Yüzeyde başlatılan azot vasıtalı polimerizasyon yöntemi ile Si(100) yüzeyler üzerinde poli(N-izopropilakrilamit) fırçaların sentezi, karakterizasyonu ve biyoaktif yüzey olarak kullanımı
Synthesis and characterization of poly(N-isopropylacrylamide) brushes on Si(100) surface by surface initiated nitroxide mediated polymerization method and its use as bioactive surface
Yazar: DİLEK ÇİMEN
Danışman: PROF. DR. TUNCER ÇAYKARA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: N-izopropilakrilamid = N-isopropylacrylamide

Özet:
Bu çalışmada, yüzeyde başlatılan bimoleküler azot vasıtalı polimerizasyon yöntemi kullanılarak Si(100) yüzeyine kovalent bağlı amino, hidroksil ve karboksilik asit uç gruplu poli(N-izopropilakrilamit) fırçalar sentezlenmiştir. Fonksiyonel uç gruplara sahip polimerik fırçaların elde edilebilmesi amacıyla polimerizasyon ortamına zincir aktarım maddeleri ilave edilmiştir. Amino, hidroksil ve karboksilik asit uç gruplu polimerik fırçaların eldesi için sırasıyla sistamin, 2-merkaptoetanol ve 3-merkaptopropiyonik asit kullanılmıştır. Üç farklı zincir aktarım maddesi üç farklı derişimde polimerizasyon ortamına ilave edilerek polimerizasyon kontrol altında tutulmuş ve silikon yüzeyler üzerinde farklı film kalınlıklarına sahip polimerik fırçalar elde edilmiştir. Elde edilen fırçaların yapısal karakterizasyonu için ATR-FTIR kullanılmıştır. Özellikle, amino, hidroksil ve karboksilik asit uç gruplu fırçaların spektrumlarında gözlenen NH2, OH ve CO karakteristik bantları, silikon yüzey üzerinde fonksiyonel uç gruplu polimerik fırça sentezlendiğini göstermiştir. Poli(N-izopropilakrilamit) fırça ile amino, hidroksil ve karboksilik asit uç gruplu poli(N-izopropilakrilamit) fırçaların hidrofilik/hidrofobik karakteri su değme açısı ölçümleri ile belirlenmiştir. Poli(N-izopropilakrilamit) fırça hidrofobik, fonksiyonel uç gruplu poli(N-izopropilakrilamit) fırçalar hidrofilik özellik göstermiş, zincir aktarım maddesinin konsantrasyonunun arttırılmasıyla da polimerik fırçaların hidrofilik özelliği artmıştır. Polimerik fırçaların Atomik Kuvvet Mikroskobu ile belirlenen yüzey topolojilerinde hidroksillenmiş yüzeylere göre çok sayıda adacık içerdiği görülmüştür. Bimoleküler azot vasıtalı polimerizasyon yöntemi ile yüzey üzerinde polimerik fırçalar elde edilirken, aynı zamanda da çözelti ortamında yüzeye bağlı olmayan serbest polimerler sentezlenmiştir. Zincir aktarım maddesinin miktarının arttırılmasıyla yüzeydeki polimerik film kalınlığının azaldığı Elipsometri ile, çözelti ortamında sentezlenen polimerin mol kütlesinin azaldığı ise Büyüklükçe Ayırma Kromatografisi ile belirlenmiştir. Yüzey desenlerinin belirlenmesi amacıyla Floresans Mikroskopisi kullanılmıştır. Hidroksillenmiş silikon yüzey üzerinde hiçbir floresans sinyali görülmezken, immunoglobulin G tutuklandırılmış amino uç gruplu polimerik fırçanın floresans görüntülerinde çok sayıda floresans sinyali gözlenmiştir. Amino uç gruplu polimerik fırça yüzeyine molekül bağlandıkça yüzeyde oluşan tabakaların kalınlıklarındaki artış Elipsometre ile belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, amino, hydroxyl and carboxylic acid-ended poly(N-isopropylacrylamide) brushes were synthesized on Si(100) surfaces by surface initiated bimolecular nitroxide mediated polymerization method. Chain transfer agents were added into polymerization medium to obtain functional-ended polymeric brushes. For synthesis of amino, hydroxyl and carboxylic acid-ended poly(N-isopropylacrylamide) brushes, cysteamine, 2-mercaptoethanol and 3-mercaptopropionic acid were used, respectively. The polymerization was controlled by adding different chain transfer agents that were in different concentrations in polymerization solution, in this way polymeric brushes having different film thicknesses were synthesized onto silicon surfaces. ATR-FTIR spectroscopy was used for structural characterization of polymeric brushes. Especially, the peaks at the spectrums of amino, hydroxyl and carboxylic acid-ended polymeric brushes are assigned to the NH2, OH and CO stretching vibrations showed that we synthesized functional-ended polymeric brushes onto silicon surfaces. The hydrophilic/hydrophobic behaviors of poly(N-isopropylacrylamide) brush and amino, hydroxyl and carboxylic acid-ended poly(N-isopropylacrylamide) brushes were determined by water contact angle measurements. Poly(N-isopropylacrylamide) brush showed hydrophobic character, while functional-ended poly(N-isopropylacrylamide) brushes showed hydrophilic character and increasing of concentration of chain transfer agent, hydrophilic character of polymeric brushes increased. The surface topographies of the polymeric brushes observed by Atomic Force Microscopy (AFM) were considerably different from the hydroxylated silicon surface and they had many additional islands of various heights over the substrate. While polymeric brushes covalently attached to silicon surfaces were synthesized via bimolecular nitroxide mediated polymerization, free polymer chains were also formed in the polymerization solution, simultaneously. As a consequence of increasing of concentration of chain transfer agent, decreasing of polymeric film thicknesses of polymeric brushes were determined by Ellipsometry and decreasing of molar masses of free polymers in solution were determined by Gel Permeation Chromatography. The fluorescence images were obtained by Fluorescence Microscopy in order to determine surface patterns of polymeric brushes. Although any fluorescence signal was not observed on fluorescence image of hydroxylated silicon surface, many fluorescence signals were obtained on fluorescence image of immunoglobulin G immobilized amino-ended polymeric brushes. Increasing of film thicknesses due to the protein adsorption on the amino terminated surfaces were also determined by Ellipsometry.