Bitki ekstraktlarından elektroçekim yöntemiyle nanolifli membran üretimi üzerine bir çalışma
A study on nanofibre membrane production from herbal extracts by electrospinning method
Yazar: NİLŞEN SÜNTER EROĞLU
Danışman: PROF. DR. SUAT CANOĞLU ; PROF. DR. METİN YÜKSEK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Nanoteknoloji, etkin, fonksiyonel kullanıma olanak tanıyan ve üstün kalite özelliklerine sahip ürünlerin nano boyutta işlenmesi ve karakterize edilmesi ile ilgili bir bilim dalıdır. Tekstilde nanoteknolojinin kullanılması ile nanolifli yapılar üretilmesi ve böylece ekolojik, ekonomik, yüzey alanı-hacim oranı yüksek, kalıcı etkileri olan yüksek kaliteli ürünler elde edilmesi sağlanmıştır. Nanolif üretimi genellikle işleme kolaylığı, üstün mekanik yetenekleri, esnek yapıları ve düşük yoğunluklarından dolayı termoplastik polimerler ile yapılmaktadır. Bitki ekstraktlarından nanolifli membran yapı üretimine ait yapılan çalışmalar sınırlı sayıdadır ve devam etmektedir. Bu tez çalışması kapsamında kullanılan "nanolif" kelimesinden kasıt elektroçekim yöntemiyle üretilmiş olan nanolifli membran yapıdır. 
Bu tez çalışmasında, Türkiye florasında yaygın olarak yetişen, iyileştirici özellikleri ile bilinen ve biyo uyumluluk açısından kullanılabilecek potansiyele sahip 11 adet bitki ekstraktı kullanılmış olup bitki ekstraktları ile biyouyumlu özelliğe sahip 3 farklı polimer birleştirilmiş ve 33 adet nanolif yapısı elde edilmiştir. Çalışmada üretilen 33 farklı nanolif yapının sağlık alanında kullanılabilecek optimum antibakteriyel ve mekaniksel özelliklere sahip bir nihai ürüne dönüştürülmesine dair olanaklar incelenmiştir. Bitki ekstraktı ilave edilen bu 33 nanolif yapısına ilaveten 3 adet %100 polimer esaslı nanolif üretilmiş ve morfolojik ve mekaniksel özellikleri kıyaslanmıştır. Toplamda 36 adet nanolif yapısının elektroçekim yöntemi ile üretimi başarılı bir şekilde sağlanmıştır. 
Literatürde, antibakteriyel özellik sağlayan nanolif yapılı kompozit yüzeyler genellikle; kitosan, hyaluronik asit, kollajen ve gümüş nano parçacıklar gibi antibakteriyel etkili malzemeler ile üretilerek sağlanmaya çalışılmaktadır. Fakat bu tez kapsamında, bitki ekstarktları ile çalışılarak biyolojik olarak parçalanabilir, çevre dostu ve sürdürülebilir yeni nesil antibakteriyel nanolif üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece nanoliflerin bilinen malzemelerin dışında farklı çeşitlilikteki bitkiler ile üretilmesi ve yeni özelliklerinin ortaya çıkarılması hedeflenmiştir. İlk olarak, çalışmada zeytin yaprağı, sarı kantaron, üzüm çekirdeği, menengiç, şahtere, kekik, yeşil çay, ebegümeci, yoğurt otu, papatya ve biberiye bitkilerinin ekstraksiyonları hazırlanarak bitkilerin çözünmesi sağlanmıştır. Bitki seçiminde, bitkilerin antibakteriyel etki başta olmak üzere antioksidan, antienflamuar, antitümör, antiviral, antikanser gibi bilinen yaygın özelliklere sahip olmasına dikkat edilmiştir. İlk aşamada, farklı fiziksel formlarda olan PVA (polivinilalkol), PCL (polikaprolakton) ve PLA (polilaktik asit) polimerlerine uygun çözgen ile muamele edilerek çözelti haline getirilmiştir. Bu tez kapsamında, yüksek mekaniksel değerleri, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve güçlü kimyasal dayanımı ile bilinen PVA, düşük erime sıcaklığı, üstün viskoelastik özellikleri ve işlenebilirlik kolaylığı ile PCL ve yüksek ısıya dayanımı, biyouyumlu ve biyobozunur olan PLA polimerleri tercih edilmiştir. Tercih edilen bu polimerler doku mühendisliği, ilaç salınımı, yara örtüsü gibi biyolojik uygulamalarda sıklıkla kullanılan polimerlerdir. Bu nedenle bu malzemeler çalışmadaki bütünlüğü koruyacağı ve kullanım amacını destekleyeceği için tercih edilmişlerdir. Bitki/polimer çözeltilerinin farklı oranlarda karıştırılma denemeleri sonucunda optimum değer homojen olarak hacimce %15 oranında sağlanmıştır ve elde edilen karışımların elektroçekim işlemi öncesi karakterizasyon ölçümleri (iletkenlik ve viskozite değerleri) ölçülerek tamamlanmıştır. Yapılan elektroçekim işlemi denemelerinde optimum değerlerde çekim işlemi parametreleri (polimer çözeltileri, işlem, ortam) sağlanarak bitkisel ekstrakt içeren nanoliflerin elektroçekim işlemi gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında üretilen bitkisel esaslı nanoliflerin morfolojik analizleri, yapısal karakterizasyonu ve mekaniksel testleri yapılmış ve elde edilen veriler değerlendirilmiştir. Çalışmanın son kısmında ise nanolif yapılarının disk difüzyon metodu ile ISO 20645:2004 standardına göre antibakteriyel aktiviteleri ve MİK (Minimum inhibisyon konsantrasyonu) testleri yapılarak etkinlik düzeyleri incelenmiştir.
Yapılan ölçümler sonucunda elde edilen sonuçların değerlendirilmesine göre, en fazla antibakteriyel etkinlik Menengiç (MN), Zeytin yaprağı (ZY)  ve Şahtere (SH) ekstraktları içeren nanoliflerde ortaya çıkmıştır. Türkiye'de birçok bölgede kolaylıkla yetişebilen bu bitkilere yönelik olarak ortaya çıkan bu sonuçlar umut verici niteliktedir. Bitki/polimer uyumu incelendiğinde; E.coli bakterisine karşı AZY (%15 zeytin yaprağı ekstraktı içeren polivinilalkol nanolifli yapı), S.Aureus için BSH (%15 şahtere ekstraktı içeren polikaprolakton nanolifli yapı), C.Albicans için AMN (%15 menengiç ekstraktı içeren polivinilalkol nanolifli yapı) ve P.aeruginosa için AZY, ASH (%15 şahtere ekstraktı içeren polivinilalkol nanolifli yapı), AMN içeren nanolif yapılarının tercih edilmesinin antibakteriyel, yapısal ve morfolojik açıdan moleküller arası etkileşim yeteneğinin daha avantajlı olacağı düşünülmektedir. En iyi antibakteriyel etki gösteren bu 3 nanolif yapının MİK testleri yapılarak bakteri miktarının sıfırlayabilme yetenekleri karşılaştırılmıştır. ASH nanolifinin içerdiği antibakteriyel inhibitör etkisinin daha fazla olduğu ve en iyi şekilde bakteri derişimini sıfırlayabildiği gözlemlenmiştir. Tez çalışması kapsamında, sürdürülebilir, çevre dostu ve geri dönüşüme olanak sağlayan, insan vücudunda biyobozunur etkisi ile fark yaratabilecek nitelikte olan bitkisel esaslı nanolif yapıları üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen tüm çalışmalar, üretimler ve değerlendirmeler sonucunda, seçilen bitkisel esaslı nanolif yapılarının tedavi amaçlı biyomedikal uygulamalarda kullanılmasının, yüksek bir potansiyele sahip olduğu ve gelecekte daha da ilgi çekeceği ve yaygınlaşacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Nanotechnology is a branch of science that is concerned with the nanoscale processing and characterization of products that allow effective and functional use and have superior quality properties. With the use of nanotechnology in textiles, it is possible to produce nanofiber structures and thus to obtain high quality products with ecological, economic, high surface area-volume ratio and permanent effects. Nanofiber production is generally made with thermoplastic polymers due to their ease of processing, superior mechanical abilities, flexible structures and low densities. Studies on the production of nanofibrous membrane structures from plant extracts are limited and ongoing. What is meant by the word "nanofiber" used within the scope of this thesis is a nanofiber membrane structure produced by the electrospinning method.
In this thesis study, 11 herbal extracts that are widely grown in the flora of Turkey, known for their healing properties and have the potential to be used in terms of biocompatibility were used, and 3 different polymers with biocompatible properties were combined with herbal extracts and 33 nanofiber structures were obtained. The possibilities of transforming 33 different nanofiber structures produced in the study into a final product with optimum antibacterial and mechanical properties that can be used in the field of health were examined. In addition to these 33 nanofiber structures, which were added herbal extract, 3 pieces 100% polymer-based nanofibers were produced and their morphological and mechanical properties were compared. In total, 36 nanofiber structures were successfully produced by electrospinning method.
In the literature, composite surfaces with nanofiber structure that provide antibacterial properties are usually tried to be provided by producing antibacterial effective materials such as chitosan, hyaluronic acid, collagen and silver nano particles. However, within the scope of this thesis, biodegradable, environmentally friendly and sustainable new generation antibacterial nanofibers were produced by using with herbal extracts. Thus, it is aimed to produce nanofibers with different types of plants other than known materials and to reveal their new properties. Firstly, extracts of olive leaves, hypericum perforatum , grape seeds, pistacia terebinthus, fumaria officinalis, thyme, green tea, malva neglecta , galium aparine, chamomile and rosemary were prepared and the plants were dissolved. In the selection of plants, attention was paid to the fact that the plants have known common properties such as antioxidant, anti-inflammatory, antitumor, antiviral, anticancer, especially antibacterial effect. In the first stage, PVA, PCL and PLA polymers in different physical forms were treated with a suitable solvent and brought into solution. In this thesis, PVA, which is known for its high mechanical values, biodegradability and strong chemical resistance, PCL with low melting temperature, superior viscoelastic properties and ease of processing, and PLA polymers, which are biocompatible and biodegradable, were preferred. These preferred polymers are often used in biological applications such as tissue engineering, drug release, wound dressing. For this reason, these materials are preferred because they will protect the integrity of the work and support the purpose of use. For this reason, these materials were preferred because they would protect the integrity of the study and support the purpose of use. As a result of the experimentation of mixing plant/polymer solutions at different ratios, the optimum value was achieved homogeneously at the rate of 15% by volume, and the characterization measurements (conductivity and viscosity values) of the obtained mixtures were completed by measuring before the electrospinning process. Electrospinning process of nanofibers containing herbal extracts was carried out by providing optimum values of spinning process parameters (polymer solutions, process, environment) in the electrospinning process trials. Morphological analysis, structural characterization and mechanical tests of herbal based nanofibers produced within the scope of the thesis were performed and the obtained data were evaluated. In the last part of the study, antibacterial activities and MIC (Minimum Inhibition Concentration) tests of nanofiber structures were tested by disk diffusion method according to ISO 20645:2004 standard.
According to the evaluation of the results obtained as a result of the measurements, the highest antibacterial activity was observed in the nanofibers containing pistacia terebinthus (MN), olive leaf (ZY) and fumaria officinalis (SH) extracts. These results for these plants, which can be grown easily in many regions in Turkey, are promising. When the plant/polymer compatibility is examined; It is thought that choosing nanofiber structures containing AZY (polyvinylalcohol nanofibrous structure containing 15% olive leaf extract) against E.coli bacteria, BSH (polycaprolactan nanofibrous structure containing 15% fumaria officinalis extract) aganist S.Aureus, AMN (polyvinylalcohol nanofibrous structure containing 15% pistacia terebinthus extract) aganist C.Albicans and AZY, ASH (polyvinylalcohol nanofiber structure containing 15% fumaria officinalis extract) and AMN aganist P.aeruginosa would be more advantageous in terms of antibacterial, structural and morphological interaction ability between molecules. MIC tests of these 3 nanofiber structures with the best antibacterial effect were performed and their ability to reset the amount of bacteria was compared. It has been observed that the antibacterial inhibitory effect of ASH nanofiber is more and it can best reset the bacterial concentration. Within the scope of the thesis, the production of plant-based nanofiber structures that are sustainable, environmentally friendly, recyclable and capable of making a difference in the human body with their biodegradable effect has been realized. As a result of all the studies, productions and evaluations, it is thought that the use of selected plant-based nanofiber structures in therapeutic biomedical applications has a high potential and will attract more interest and become widespread in the future.