Biyolojik temelli metal organik kafes yapıların sentezi, karakterizasyonu ve ilaç taşıyıcı sistem olarak uygulaması
Synthesis, characterization, and application of biological metal-organic frameworks as drug delivery systems
Yazar: HALİL İBRAHİM ÇETİNTAŞ
Danışman: PROF. DR. SEMA SALGIN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Buhar difüzyonu = Vapor diffusion ; Ketoprofen = Ketoprofen ; MDF = Medium density fiberboard ; Metal organik kafesler = Metal–organic frameworks ; Siklodekstrinler = Cyclodextrins

Özet:
Metal organik kafes (MOF) yapılar, metal iyonları ve organik ligandlardan oluşan, göreceli olarak yeni bir materyal sınıfıdır. Bu materyaller gözenekli, kristalimsi ve sağlam ağ yapılar olup tek boyutlu (1D) iki boyutlu (2D) veya üç boyutlu (3D) mimarilere sahip olabilirler. MOF'ların başlıca avantajı, metal iyonu ya da organik bağlayıcının değiştirilmesi ile yapının kullanılacak amaca uygun olarak kolayca ayarlanabilir olmasıdır. Son yıllarda tıp, kimya ve malzeme bilimi araştırmacılarının ilgisini çeken MOF'ların adsorpsiyon, iyon değişimi, ayırma, gaz depolama, ilaç taşıyıcı sistemler, katalizörler, manyetik cihazlar, piller, yakıt hücreleri ve süperkapasitörler gibi birçok potansiyel uygulama alanı bulunmaktadır.
Gerçekleştirilen doktora çalışmasında siklodekstrin (CD) ligandlar kullanılarak biyolojik olarak bozunabilen, toksik olmayan, çevreye olumsuz etkileri bulunmayan ve saf CD'lere oranla daha yüksek inklüzyon kompleksi oluşturabilme kapasitesine sahip biyolojik temelli metal organik kafes (Biyo-MOF) yapılar buhar difüzyonu yöntemiyle sentezlenmiş ve ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanımları incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda Biyo-MOF sentezi üzerine buhar difüzyonu süresi, buhar difüzyonu sıcaklığı, ligand-metal tuzu oranı ve sürfaktan kullanımı etkisi deneyleri gerçekleştirilerek optimum koşullar belirlenmiş; aynı koşullarda CD türü ve metal iyonu türü denemeleri yapılmıştır. Buhar difüzyonu yöntemiyle en küçük kristal boyutlarının elde edildiği parametreler 1 gün, 25oC, ve 1:4 β-CD:KOH mol birleşme oranı olarak belirlenmiş ve bu koşullarda model ilaç olarak seçilen ketoprofen (KP) yükleme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ilaç yükleme üzerine sıcaklık, karıştırma hızı, süre, KP:Biyo-MOF oranı ve çözücü türü etkileri incelenmiş; en yüksek ilaç yükleme veriminin elde edildiği koşullar etanol içerisinde ve 1:10 (w:w) KP:Biyo-MOF oranında, 25oC, 200 rpm, 3 h olarak belirlenmiştir. 
Buhar difüzyonu yöntemiyle aynı parametre koşullarında sentezlenerek üç boyutlu MOF yapılarının elde edildiği Biyo-MOF'lar için optimum koşullarda KP yüklemesi gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında sentezlenen Biyo-MOF'lar sayesinde KP yükleme verimi aynı koşullardaki saf β-CD'lere oranla yaklaşık 4 kat artırılmıştır.

Abstract:
Metal-organic framework (MOF) structures are a relatively new class of materials consisting of metal ions and organic ligands. These materials are porous, crystalline, and robust network structures and can have one-dimensional (1D), two-dimensional (2D), or three-dimensional (3D) architectures. The main advantage of MOFs is that the structure can be easily adjusted to fit the intended use, by changing the metal ions or organic linkers. MOFs, which have attracted the attention of medical, chemistry, and materials science researchers in recent years, have many potential applications such as adsorption, ion exchange, separation, gas storage, drug delivery systems, catalysts, magnetic devices, batteries, fuel cells, and supercapacitors.
In this study, biologically derived metal-organic framework (Bio-MOF) structures that are biodegradable, non-toxic, have no negative effects on the environment, and have a higher inclusion complex capacity than pure CDs were synthesized by vapor diffusion method using cyclodextrin (CD) ligands and their usage as a drug delivery system was examined. For this purpose, the experiments examining the effects of vapor diffusion time, vapor diffusion temperature, ligand-metal salt ratio, and surfactant usage on Bio MOF synthesis were performed and the optimum conditions were determined. The experiments under the same conditions were carried out for CD type and metal ion type. The parameters by which the smallest crystal size was obtained by the vapor diffusion method were determined as 1 day, 25oC, and 1:4 β-CD: KOH molar ratio. Under these conditions, loading experiments of ketoprofen (KP), selected as a model drug, were carried out. In addition, the effects of temperature, stirring speed, time, KP:Bio-MOF ratio, and solvent type on drug loading were investigated and the conditions, in which the highest drug loading efficiency was obtained, were determined as 25oC, 200 rpm, 3 h with 1:10 (w:w) KP:Bio-MOF ratio in ethanol.
KP loading was carried out at optimum conditions for Bio-MOFs, in which three dimensional MOF structures were obtained by synthesizing under the same parameter conditions by the vapor diffusion method, and the results were evaluated comparatively. Thanks to the Bio-MOFs synthesized within the scope of this study, the KP loading efficiency was increased approximately 4 times compared to the pure β-CDs under the same loading conditions.