Nanoliflerin elektroçekim yöntemiyle üretiminde ölçek büyütme
Scale-up in the production of nanofibers using the electrospinning method
Yazar: MÜMİNE TANSU ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR TORT
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı / Endüstriyel Eczacılık Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Elektroçekim yöntemi nanolif üretiminde kullanılan ve son yıllarda öne çıkan bir üretim yöntemidir. Elektroçekim yöntemi temel olarak bir polimer çözeltisine uygulanan voltaj sonucu meydana gelen elektrik alanının oluşturduğu jetlerin toplayıcı plaka üzerinde lif şeklinde birikmesi esasına dayanır. Lif çapı küçüldükçe nanoliflerin fiziksel ve kimyasal özellikleri gelişir ve geniş yüzey alanı ile yüksek porozite sağlanır. Bu avantajları nedeniyle elektroçekim yöntemiyle üretilen nanolifler farmasötik uygulamalarda geniş kullanım fırsatı bulmuştur. Bu tezde iğneli ve iğnesiz elektroçekim yöntemlerinin geçmişten bugüne gelişimi, başlıca kullanım alanları, yönteme etki eden parametreler ve bu alanda yapılan çalışmalar hakkında bilgiler verilmiş olup laboratuvardan endüstriyel ölçeğe geçişte üretimin artırılması için farklı yaklaşımlar araştırılmıştır. Ayrıca piyasada bulunan laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçeklerdeki üretim cihazları hakkında bilgiler verilmiştir. İğneli elektroçekim yönteminin kolay kurulum, düşük voltaj gereksinimi, tekdüze lif çapı gibi avantajları bulunurken, düşük verim, iğnelerin tıkanması, homojen olmayan çözelti besleme hızı ve elektrik alanının daha düzensiz olması gibi dezavantajları bulunduğu görülmüştür. Buna karşılık iğnesiz elektroçekim yönteminin kolay sürdürülebilirlik, iğne tıkanma sorunu olmaması, daha yüksek verim gibi avantajları varken; daha yüksek voltaj ihtiyacı, çözeltinin viskozite ve derişiminde kalıcılığın daha zor sağlanması gibi dezavantajları olduğu görülmüştür. İğneli elektroçekim yönteminde üretim hacminin artırılması amacıyla çok iğneli sistemler kullanılırken elektriksel alanın tasarlanmasında zorluklar yaşandığı bildirilmektedir. İğnesiz elektroçekim yönteminde ise büyük ölçekli üretimde çözücü buharlaşması önemli bir sorun olarak belirtilmektedir. Elektroçekim teknolojileri ile üretilen nanolifler birçok alanda yer edinmiş olsa da endüstriyel ölçekli üretimde tekrarlanabilir üretimin sağlanabilmesi için çözülmesi gereken bazı sorunlar bulunmaktadır. Yeni geliştirilen üretim cihazları ile bu sorunların en aza indirileceği ve büyük ölçekli üretimin daha verimli gerçekleştirileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Electrospinning is a nanofiber production method that become prominence in recent years. The electrospinning process is primarily based on the formation of jets resulting from the electric field generated by the applied voltage to a polymer solution, producing fibers on the collector plate. As the fiber diameter decreases, the physical and chemical properties of nanofibers improve, resulting in large surface area and high porosity. Due to these advantages, nanofibers fabricated by electrospinning method have also found the opportunity to be used in the field of pharmaceutical applications. This thesis provides information about the historical development of needle and needleless electrospinning methods, their primary areas of use, the parameters influencing the method, studies conducted in this field, and different approaches to increase production in the transition from laboratory to industrial scale. Additionally, details about laboratory, pilot, and industrial scale production devices available in the market are presented. While the needle electrospinning method offers advantages such as easy installation, low voltage requirement, uniform fiber diameter, it has disadvantages such as low efficiency, needle clogging, inhomogeneous solution feeding rate and irregular electric field. In contrast, the needleless electrospinning method has advantages such as easy sustainability, no needle clogging issues, and higher efficiency; however, it has disadvantages such as higher voltage requirement and difficulty in maintaining the viscosity and concentration of the solution. Multi-needle systems are employed in needle electrospinning to enhance production volume, but difficulties in designing the electrical field are reported. In the needleless electrospinning method, solvent evaporation is stated as an important problem in large-scale production. Despite the widespread use of nanofibers produced by electrospinning technologies, some challenges exist that need resolution for reproducible production on an industrial scale. It is seen that these issues will be minimized and large-scale production will become more efficient with the development of new production devices.