Düşük ve orta molekül ağırlıklı kitosan esaslı hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve biyobozunurluk özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of low and medium molecular weight chitosan based hydrojels, characterization and investigation of biodegradability properties
Yazar: HANİFE SONGÜL KAÇOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MİTHAT ÇELEBİ ; ÖĞR. GÖR. ÖZGÜR CEYLAN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyobozunurluk = Biodegradability ; Gluteraldehit = Glutaraldehyde ; Hidrojeller = Hydrogels ; Kitosan = Chitosan ; Molekül ağırlığı = Molecular weight

Özet:
En büyük avantajı, yenilenebilir bir kaynak ve çevre dostu doğal bir biyopolimer olan kitosan; biyouyumlu, biyobozunur, antimikrobiyal, antitümor etkisi, iyi absorpsiyon kapasitesi ve toksik olmaması gibi sayısız eşsiz özelliğiyle son yıllarda oldukça ilgi gören ve gıdadan kozmetiğe, tarımdan birçok medikal uygulamaya kadar güvenle tercih edilen bir biyomalzeme olmuştur. Çevresel kaygıların ve çevre dostu yenilenebilir kaynaklara ihtiyacın arttığı bugünlerde, ülkemizde çok büyük pazar payına sahip olan deniz ürünleri endüstrisinin neden olduğu bu atıkların geri kazanımıyla yüksek katma değerli ürünlerin üretilmesi ciddi önem arz etmektedir.
Bu tez çalışmasında, tüm bu avantaj ve karakteristik özelliklerinden yararlanarak, gluteraldehit ile çapraz bağlı kitosan hidrojellerin hazırlanması amaçlanmıştır. Kitosanı karakterize eden en temel parametrelerden biri olan molekül ağırlığın ve farklı çapraz bağ konsantrasyonunun, sentezlenen hidrojellerin mekanik, morfolojik ve termal özelliklerine etkisi yapılan deneysel çalışmalarla detaylıca incelenmiştir.
Başarıyla sentezlenen ve çözünürlükten su absorplama kapasitesine, mekanik dayanımdan in vitro bozunma profiline kadar hem yapısal hem termal özellikleri incelenen kitosan hidrojellerin yara örtüleri, doku mühendisliği ve ilaç salım uygulamaları, tarımsal sulama vb. alanlarda kullanımına olanak sağlayacak birkaç uygun özelliği sunulmuştur.
Kitosana göre ağırlıkça %1, %3, %5, %7 ve %10 oranında gluteraldehit (GA) ile çapraz bağlanarak hazırlanan jellerin analizleri, düşük ve orta molekül ağırlık için karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Tüm hidrojellerin FTIR spektrumları incelenmiş, kitosan ve GA'nın Schiff reaksiyonunu doğrulayan imin bağlarının (C=N) oluştuğu görülmüştür. Absorpsiyon çalışmalarında, kitosandaki amino gruplarının protonasyonu nedeniyle en yüksek şişme değerlerine pH 2,0 ortamında ve %1 GA içeren jellerde ulaşıldığı görülmüştür. Bu sonuçlar SEM ve optik mikroskop görüntüleri ile desteklenmiştir. DSC-TGA analizleri; kitosanın termal bozunmasının üç aşamada gerçekleştiğini ve jel matrisi içerisindeki GA oranının artmasıyla bozunma sıcaklıklarının bir miktar düştüğünü göstermiştir. Artan molekül ağırlığı ve çapraz bağ oranıyla hidrojellerin basma modül değerlerinde artış olduğu, yanı sıra bu durumun daha kararlı hale gelerek yapısal bütünlüğünü koruyan kitosan hidrojellerin bozunma hızını azalttığı görülmüştür. Bu durumun; yavaş ve kontrollü bozunmanın arzu edildiği salım çalışmalarında avantaj sağlayacağı düşünülmektedir.
Mevcut sonuçlar; sentezlenen kitosan hidrojellerin özellikleri, işlevi ve kullanım alanlarının belirlenmesinin tek bir değişkene bağlı olmayıp molekül ağırlığı ve çapraz bağlayıcı konsantrasyonu yanı sıra ortam pH'ı, sol içeriği, kitosan molekülündeki (CH3CONH2) asetamit gruplarının dağılımı, hazırlanma formu vb. parametrelerin de doğrudan etkili olduğunu ortaya koymuştur. Dolayısıyla, arzu edilen özelliklere uygun kitosan hidrojelin geliştirilmesinde optimum değerlerin sağlanması oldukça önemlidir.

Abstract:
Chitosan which has the biggest advantage of being a renewable resource and an environmentally friendly natural biopolymer has attracted a lot of attention with its numerous unique properties such as biocompatible, biodegradable, antimicrobial, antitumor effect, good absorption capacity and nontoxicity in recent years. And it has become a preferred biomaterial from food to cosmetics, from agriculture to many medical applications. Nowadays, environmental concerns and the need for environmentally friendly renewable resources have increased. For this reason, it is of great importance to produce high value-added products by recycling these wastes caused by the seafood industry, which has a large market share in our country.
In this thesis, it is aimed to prepare chitosan hydrogels cross-linked with glutaraldehyde by taking of all these advantages and characteristics. The effects of the molecular weight and the different cross-link concentration of chitosan which are the most basic parameters characterizing chitosan, on the mechanical and physical properties of the synthesized gels were investigated in detail by experimental studies. 
Several suitable properties of successfully synthesized chitosan hydrogels are presented that will allow them to be used in wound dressings, drug release applications, agricultural and tissue engineering applications, etc.
The analyzes of chitosan hydrogels cross-linked with %1, %3, %5, %7 ve %10 glutaraldehyde (GA) were evaluated comparatively for low and medium molecular weight. FTIR spectra of all hydrogels was examined, it was observed that imine bonds (C=N) were formed confirming the Schiff reaction of chitosan and GA. In absorption studies, the highest swelling values were observed in the pH 2.0 medium and gels containing 1% GA due to the protonation of amino groups of chitosan. These results were supported by SEM and optical microscope images. As a result of the DSC-TGA analysis, it was found that the thermal degradation of chitosan took place in three stages and the decomposition temperatures decreased slightly with increasing amount of the GA in the gel matrix. It was observed that the compressive modulus values of hydrogels increased with increasing molecular weight and cross-linking ratio, besides the this situation decreased the degradation rate of chitosan hydrogels which became more stable and preserved their structural integrity. This situation is considered to be advantageous in the release studies where slow and controlled degradation is desired.
The present results showed that the determination of the properties, function and areas of use of the synthesized chitosan hydrogens did not depend on a single variable, but it was revealed that besides the molecular weight and crosslinker concentration, the parameters such as ambient pH, sol content, distribution of acetamide groups in the chitosan molecule, preparation form, etc. were also directly effective. Therefore, it is very important to provide optimum values for the development of a chitosan hydrogel with desired properties.