Yüzeyde başlatılan halka açılması metatez polimerizasyonu ve tiyol-in klik tepkimesi kombinasyonu ile hibrit polimer fırça sentezi ve DNA hibridizasyonunda kullanımı
Synthesis of hybrid polymer brush via combination of surface-initiated ring-opening metathesis polymerization and thiol-ene click reaction and its use in DNA hybridization
Yazar: ESRA ALTAY ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. TUNCER ÇAYKARA ; PROF. DR. MEHMET SAYIP EROĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Hidroksil sonlandırılmış silisyum (Si-OH) yüzeyinde iyi tanımlanmış hiyalüronik asit aşılı poli(ekzo-7-oksabisiklo [2.2.1] hept-5-en-2,3-dikarboksilik anhidrit) [poli(EHDA)-HA] fırçaları yüzeyde başlatılan halka açılma metatez polimerizasyonu (ROMP) ve tiyol-in klik tepkimesi kombinasyonu ile hazırlandı. Bu işlem birbirini takip eden dört aşamada gerçekleştirildi: (i) Si-OH yüzeyine (3-aminopropil) trietoksisilanın kendinden oluşan tek tabaka yöntemi ile bağlanması (Si-APTES), (ii) EHDA monomerinin Si-APTES yüzeyine bağlanması, (iii) yüzeyde başlatılan ROMP ile poli(EHDA) fırçaların sentezi ve (iv) tiyolize hiyalüronik asitin (Th-HA) tiyol-in klik tepkimesi ile poli(EHDA) zincirlerine bağlanması. Poli(EHDA)-HA fırçaların yüzey ıslanabilirliği, yüzey morfolojisi ve kimyasal bileşimleri sırasıyla temas açısı ölçümleri, atomik kuvvet mikroskopi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi ile karakterize edildi. Poli(EHDA) fırçaların aşılama yoğunluğu (σ, zincir nm-2) ve aşılama noktaları arasındaki ortalama uzaklık (D, nm), [katalizör]/[monomer] oranından bağımsız olarak sırasıyla 0,50 zincir nm-2 ve 1,65 nm olarak belirlendi. Bu durum silisyum substrat yüzeyinde yüksek aşılamanın oluştuğunu gösterdi. Bununla birlikte, yüksek hacimli Th-HA moleküllerinin sterik engeller oluşturması sebebiyle düşük mol kütleli HA molekülleri poli(EHDA) zincirlerine bağlandı. Fırçaların biyouyumlu özelliği, (3-(4,5-dimetiltiyazol-2-il)-2,5-difenil tetrazolyum bromür) (MTT) sitotoksisite testi ile belirlendi. Poli(EHDA)-HA fırçalara önce tek iplikli RNA molekülleri bağlandı daha sonra eşlenik DNA probu ile hibridizasyonu yapıldı ve yüzey Floresans Spektrumu ve Lazer Taramalı Konfokal Mikroskobu ile incelendi. Sonuç olarak, poli(EHDA)-HA fırçalarının biyo-uyumlu özelliği, biyomoleküllerin yüzeylerdeki davranışını kontrol etmek için gelişmiş biyolojik cihazlar yapmak için yararlı bir aday olabilir.

Abstract:
Well-defined hyaluronated poly(exo-7-oxabicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarboxylic anhydride) [poly(EHDA)-HA] brushes on the hydroxyl terminated silicon (Si-OH) surface were prepared through the combination of surface-initiated ring-opening metathesis polymerization (ROMP) and thiol-ene click reaction. This process was realized in successive four steps: (i) formation of self-assembled monolayer of (3-aminopropyl)triethoxysilane on the Si-OH surface (Si-APTES), (ii) bonding of EHDA monomer to the Si-APTES surface, (iii) synthesis of poly(EHDA) brushes via surface-initiated ROMP and (iv) coupling of thiolated hyaluronic acid (Th-HA) to poly(EHDA) chains via thiol-ene click reaction. Surface wettability, surface morphology and chemical compositions of poly(EHDA)-HA brushes were characterized by contact angle measurements, atomic force, microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, respectively. Grafting density (σ, chains nm-2) and average distance between grafting points (D, nm) of the poly(EHDA) brushes were measured to be 0,50 chains nm-2 and 1,65 nm, independent of the [catalyst]/[monomer] ratios, which indicated that high grafting was created on the silicon substrate. However, low amounts of HA molecules were bonded to poly(EHDA) chains due to the high volume of Th-HA chains creating some steric  hindrances.The biocompatibility of the brushes was determined by (3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyl tetrazolium bromide) (MTT) cytotoxicity test. First, single-stranded RNA molecules were attached to the poly(EHDA)-HA brushes,  then hybridized with conjugated DNA probe and the surface was examined by Fluorescence Spectrum and Laser Scanning Confocal Microscope. As a result, the biocompatible property of poly(EHDA)-HA brushes could be useful a candidate for making advanced biological devices to control the behavior of biomolecules on surfaces.