Patojenik bakterilerin tanısı için nanoesaslı sensör platformları
Nanobased sensor platforms for detection of pathogenic bacteria
Yazar: ALIAKBAR EBRAHIMI
Danışman: PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmanın ilk kısmında Kitosan-g-PCL kopolimerleri ve PCL sentezlenmiştir. Oligo-PCL zincirlerinin kitosan zincirleri üzerinde graft edilmesi için kitosan azot atmosferi altında asidik ortamda (metansolfunik asit) çözündükten sonra ε-kaprolakton monmeri iki farklı oranda ortama ilave edilmiş ve iki farklı kitosan-graft-PCL kopolimerleri (CS-g-PCL I ve CS-g-PCL II) sentezlenmiştir. PCL sentezi için halka açılması polimerizasyonu kullanılmıştır. ε-kaprolakton monomeri payreks tüp içinde 110 ̊C sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra 5 dakika boyunca azot atmosferi altında tutulmuş, monomerin 1/1000 (ağırlıkça) oranında kalay oktoat katalizör olarak ilave edilmiştir. Elde edilen karışım vorteks ile hemojenleştirilmiş, daha sonra 24 saat boyunca 120 ̊C'de bekletilerek PCL sentezi tamamlanmıştır. Sentezlenen polimerler FTIR, 1H-NMR, TGA ve GPC yöntemleri ile karakterize edilmiş ve polimerlerin başarılı bir şekilde sentezlendiği saptanmış ve molekül ağırlıkları elde edilmiştir. Daha sonra PCL'nin kopolimerlerle ayrı ayrı farklı oranlarda kloroform ve N,N-dimetilformamid çözücü sisteminde karışımları oluşturulmuş ve bu karışımlar iki farklı yöntem kullanılarak elektroeğirilmiş, PCL ve kitosan-graft-PCL-blend-PCL nanofiberleri oluşturulmuştur. Nanofiberlerin üretimi için kullanılan ilk yöntem geleneksel şırıngalı elektroeğirme yöntemdir. Kullanılan ikinci yöntem ise Elmarco şirketi tarafından üretilen Elmarco "Nanospider" cihazıdır. Nanofiberlerin yüzey kimyası, hidrofilik ve hidrofobik özellikleri, mekanik özellikler, morfolojileri ve fiberlerin çapları, sırasıyla XPS (X-ışını fotoelektron spektroskopisi), su temas açısı testi, mekanik test ve SEM ile incelenmiştir. Daha sonra nanofiberlerin antibakteriyel özellikleri gram pozitif ve gram negatif patojen bakteriler üzerinde incelenmiştir. Nanofiber matrisleri üzerinde biyofilm oluşumu deneyleri de gerçekleşmiştir. Son aşamada sonokimyasal indirgeme yöntemi ile nanofiber yüzeylerine farklı konsantrasyonlar kullanılarak altın ve gümüş partikülleri yüklenmiştir. Kıyaslama amacı ile önceden sentezlenen altın nanopartikülleri de sonikasyon yardımıyla nanofiber matrisleri üzerine yüklemiştir. Nanofiberlerin SEM görüntüleri elde edilerek nanofiberlerin yüzeylerinde oluşan altın ve gümüş nanopartikülleri incelenmiştir. Farklı oranlarda nanofiber matrislerin yüzeylerine yüklenen altın ve gümüş nanopartiküllerin SERS etkileri raman spektrumları alınarak incelenmiştir. Daha sonra en yüksek SERS piklerine sahip altın ve gümüş yüklenmiş nanofiberin yüzeyleri flüoresan boya ile boyanmış ve bu yüzeylere E. coli ATCC 25922 süspansiyonu ilave edilerek yüzeylerin bakteri üzerinde etkileri değerlendirilmiştir.


Anahtar Kelimeler: Kitosan, PCL, Kitosan-graft-PCL, Nanofiber, Elektroeğirme, Sonokimyasal indirgeme, SERS, Flüoresan mikroskop.

Abstract:
In the first part of this study, chitosan-graft-PCL (CS-g-PCL) copolymers and PCL polymer were synthesized. For grafting of PCL oligomers on the chitosan chains, chitosan was dissolved in acidic solvent (Methane sulfonic acid) under N2 atmosphere, then ε-caprolactone monomers was added to the solution. Grafting reaction initiated in acidic condition and ended after 5 hours. In this part two different CS-g-PCL copolymers with different proportion of chitosan and ε-caprolactone were synthesized. Synthesizing of PCL polymer was carried out by use of the ring opening polymerization. ε-caprolactone in pyrex tube heated up to 110 ̊C under N2 atmosphere, after that Sn(Oct)2 was added as catalyzer and put in oven at 120 ̊C for 24 hours. Synthesized copolymers and PCL were characterized with FTIR, 1HNMR, GPC and TGA. Results of characterization described that the synthesize procedures were done successfully. Molecular weights of copolymers and PCL were obtained. Then, different blends of PCL with each of the copolymers were prepared in the chloroform and N,N-dimethylformamide as a solvent system. PCL and Blend solutions were used to prepare nanofibers with electrospinning. Two different types of electrospinning system were used to prepare nanofibers. In the first part, conventional electrospinning system with syringe and rotating collector was used to produce nanofibers. In the second part, nanospider electrospinning machine produced with Elmarco Co. was used for electrospinning process. Surface chemistry, hydrophilic and hydrophobic character and mechanic strength of nanofiber matrices were characterized with XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), water contact angle and mechanic tests respectively. Antibacterial activity of the nanofiber matrices were studied with use of two different bacteria as gram positive and gram negative bacteria. Also the formation of biofilm on the surface of nanofiber matrices was studied. Sonochemical reduction method was used for reduction of gold and silver nanoparticles on the surface of the nanofiber matrices, and for comparison, deposition of synthesized gold nanoparticles on the surface of the nanofiber matrices with use of sonication was done in parallel with sonochemical reduction procedure. SEM image of prepared nanofiber matrices and nanofibers doped with gold and silver particles, were obtained and showed successful preparation of matrices. Raman spectroscopy was used to study the surface enhanced (SERS) properties of doped gold and silver nanoparticles on the surface of nanofiber matrices. Then the effect of nanofiber matrices with highest SERS peaks on gram negative bacteria (E. coli ATCC 25922) studied with fluorescence  microscope.


Keywords: Chitosan, PCL, Chitosan-graft-PCL, Nanofiber, Electrospinning, Sonochemical reduction, SERS, fluorescence  microscope.