UV ışıkla çapraz bağlanma derecesi değişebilen hidrojellerin sentezi ve çeşitli özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of photo-switchable hydrogels and investigation of various properties
Yazar: FATMA SELEN
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL GÖKHAN TEMEL
Yalova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Hidrojeller hidrofilik grup ya da kısımlar içeren ve sulu ortamda şişebilme yeteneğine sahip polimer ağ yapılar olarak bilinirler. Üç boyutlu ağ yapıları içerisinde kuru ağırlıklarının %10-20 si ile yüzlerce katı aralığında değişen miktarlarda su tutma yeteneğine sahiptirler. Suya karşı yüksek ilgileri olmasına rağmen polimer zincirleri arasında oluşan fiziksel ya da kimyasal bağlar nedeniyle çözünmezler. Hidrojeller biyouyumlulukları, biyobozunabilirlikleri, yüksek fonksiyonaliteleri ve geniş kullanım alanına sahip olmaları nedeniyle son yıllarda büyük dikkat çekmiştir. Hidrojelleri hazırlamak için doğal ve sentetik polimerler kullanılabilir. Her iki durumda da bazı avantaj ve dezavantajlar bulunmaktadır. Doğal polimerlerden üretilen hidrojellerin mekanik özellikleri yeterli olmamasına karşın düşük toksisite, yüksek biyouyumluluk ve biyobozunurluk gibi özelliklere sahiptirler. Diğer taraftan, sentetik hidrojeller daha üstün mekanik özelliklere, uzun kullanım sürelerine ve yüksek su absorpsiyon kapasitelerine sahiptirler. Modifiye edilerek biyouyumluluk, biyobozunma ve değişik özellikte fonksiyonalite kazandırılabilirler. Hem doğal hem de sentetik polimer esaslı hidrojeller yüksek orandaki su içerikleri nedeniyle doğal dokulara benzeyen esnekliğe sahiptirler. Yapıyı moleküler boyutta kontrol ederek; çapraz bağ yoğunluğu, biyobozunurluk, mekanik dayanım, uyarıcıya karşı biyolojik ya da kimyasal tepki vermek gibi özelliklere sahip polimer ağ yapıları tasarlamak ve üretmek mümkündür. Hidrojeller sıcaklık, pH, iyonik kuvvet, elektrik ve manyetik alan gibi çevresel etmenlerdeki küçük değişimlere karşı tepki vererek ani hacim faz geçişleri sergilerler. Hidrojeller kaynaklarına, polimer yapılarına ve konfigürasyonlarına, çapraz bağ türlerine, görünüşlerine ve elektriksel yüklerine göre sınıflandırılabilirler.
Fotopolimerizasyon yöntemiyle hazırlanan hidrojeller; ilaç salınım sistemleri, kaplamalar, biyosensörler ve doku mühendisliği gibi birçok uygulama alanı için incelenmiştir. Son zamanlarda fotopolimerizasyon sistemleri bu tür uygulamalar için biyouyumluluğu ve biyobozunma özellikleri geliştirilmiş çok çeşitli malzemeler sunmaktadır. Fotopolimerizasyon oda sıcaklığında hızlı kürlenme ve polimerizasyon sürecinde kontrol edilebilen minimum ısı üretimi gibi avantajlara sahiptir.
Bu çalışmada temel hedef olarak ticari hidrojellerden biri olan akrilamid bileşenli hidrojellerin amonyumpersülfat (APS) / tetrametiletilendiamin (TEMED) kimyasal başlatıcı çifti ve foto-bozunabilen diakrillenmiş-Irgacure-2959 (DAI) çapraz bağlayıcısı kullanılarak serbest radikal polimerizasyonu ile sentezlenmesi amaçlanmıştır. Daha sonra bu hidrojellerin UV ile parçalanmadan önce ve sonrakiözellikleri incelenmiştir. Çapraz bağlı hidrojellerin şişme ve mekanik mukavemeti derecesi, polimerin yapısı ve çapraz bağ yoğunluğuna bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bundan dolayı ticari olan hidrojellere fotoaktif ve dolayısıyla foto-bozunabilir grupların katılması, hidrojelin tüm özelliklerinde değişikliklere sebep olacağı anlamına gelmektedir. Bu bilgilerden yola çıkarak sentezlenen poliakrilamit bazlı hidrojellere, DAI çapraz bağlayıcısı bağlanmış ve sentezlenen ticari ve UV ile bozunabilen hidrojellerin şişme davranışları değişen sürelere göre incelenmiştir. Sentezlenen diakrillenmiş-Irgacure-2959 (DAI)' nın yapısı Gaz kromotografisi-Kütle spektroskopisi (GC-MS) ve Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak; mekanik özellikleri Üniversal Basma Test Cihazı; ısıl kararlılıkları ise, Termogravimetrik Analiz (TGA) kullanılarak karakterize edilmiştir. Ayrıca tüm hidrojellerin morfolojik çalışmaları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir.

Abstract:
Hydrogels are known as polymer networks with hydrophilic groups or domains that have the ability to swell in an aqueous medium. They are capable of holding large amount of water in their three-dimensional networks, from 10-20 % up to thousands of times to their dry weight in water. Although they have high affinity for water, they are prevented from dissolving due to the chemical or physical bonds formed between the polymer chains. Hydrogels have gained a great importance in the last few decades due to their biocompatibility, biodegradability, high functionality and wide range of applications. Natural and synthetic polymers can be used to prepare hydrogels. In both cases, there are some drawbacks and advantages. Although hydrogels made from natural polymers may not provide sufficient mechanical properties, they have advantages like low toxicity, high biocompatibility and biodegradability. On the other hand, synthetic hydrogels provide better mechanical properties, long service life and high capacity of water absorption. They can be modified to gain biocompability, degradability and functionality. Both natural and synthetic polymer based hydrogels possess a degree of flexibility similar to natural tissues due to thier large amount of water content. It is possible to design and produce polymer networks with molecular-scale control over structure such as cross-linking density and with tailored properties, such as biodegradation, mechanical strength and chemical and biological response to stimuli. In response to small changes in environmental parameters such as temperature, pH, ionic strength, electric and magnetic field; they undergo an abrupt volume phase transition. Hydrogels can be classified on different bases such as source, polymer composition, and configuration, type of cross-linking, appearance and electrical charge.
Hydrogels prepared by photopolymerization have been investigated for a number of applications such as drug delivery, coatings, biosensors, drug delivery systems and tissue engineering. Recently photopolymerization systems offer wide range of materials for these applications with improved biocompability or biodegradability. Photopolymerization has several advantages; fast curing rates at room temperature, minimal heat production and control during polymerization.
The main aim of this study is synthesis of an acrylamide based industrial hydrogel using with amoniumpersulphate (APS) / tetramethylethylenediamine (TEMED) initiators, diacrylated Irgacure-2959 (DAI) as a crosslinker according to free radical polymerization. Later, various properties before and after decomposition of hydrogels which contains a UV decomposable crosslinker (DAI) added into the industrial hydrogel formulations were investigated. Swelling behaviors and mechanical resistance properties of crosslinked hydrogels are different from each other due to the chemical structure and crosslinking density of polymeric structure. It means addition of the photodecomposable crosslinker into the conventional hydrogel formulations will effect entire properties of hydrogels. Therefore, swelling behaviours of acrylaime based UV decomposable and conventional hydrogels was determined in different time intervals. Diacrylated Irgacure-2959 (DAI) was characterized by Gas Chromatography- Mass Spectroscopy (GC-MS); mechanical properties and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Thermal properties were investigated by Thermogravimetric Analyzer (TGA). Also morphological studies of all hydrogels were carried out by using Scanning Electron Microscopy (SEM).