Elektroeğirme yöntemiyle nano gümüş katkılı polikaprolakton hidroksiapatit (PCL/HA-Ag) nanolif üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nano silver added polycaprolacton hydroxyapatite (PCL/HA-Ag) nanofibers by electrospinning method
Yazar: NURİ BURAK KİREMİTLER
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET HANÇER
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Nanolif = Nanofiber

Özet:
Günümüz çalışmalarında nanoteknoloji uygulamalarının avantajlarından biri de nano boyutlu yapıların yüksek yüzey alanı ve porozite miktarlarının sisteme kazandırdığı ekstra özelliklerdir. Hiç şüphesiz günümüzde nano boyut çaplara sahip lifler;  üstün mekanik özellikleri,  çok yüksek yüzey alanı-hacim oranı gibi özellikleriyle pek çok farklı kullanım alanının ihtiyacını karşılayan nano boyutlu yapılardandır. Son yıllarda özellikle yara örtücü, ilaç taşıyıcı ve salınım sistemleri, doku iskeleleri, doku mühendisliği gibi biyomedikal, rejeneratif tıp uygulamalarında; yakıt hücreleri gibi enerji ve elektronik alanlarında, fonksiyonel lif olarak tekstil uygulamalarında, kontrollü gübre salınımı, parazit öldürücü olarak ileri tarım uygulamalarında nanolifler çokca araştırılmakta, üretilmekte ve ileri uygulamalarda kullanılmaktadır. Pek çok nanolif elde etme metodu olmasına rağmen yakın geçmişten beri özellikle biyomedikal ve doku mühendisliği alanlarında elektroeğirme yöntemi, üzerinde çalışılan revaçta olan bir yöntemdir. Çünkü elektroeğirme yöntemi diğer yöntemlere nazaran oldukça basit, uygulanabilir bir yöntem olup; sürekli bir lif yapısı, %90 oranlarını aşan yüksek porozite ve inanılmaz yüzey alanı gibi özellikleri barındıran çoklu fonksiyonel lif üretimini sağlayabilen bir yöntemdir. 
Bu çalışmada öncelikle elektroeğirme metoduyla biyouyumlu ve biyobozunur sentetik polikaprolakton (PCL) nano lifleri üretimi amaçlanmıştır. Bu süreçte uygun morfoloji ve karakterde nanolif üretimi için gerekli olan polimer solüsyonu ve elektroeğirme parametreleri araştırılmıştır. Farklı parametrelerde yapılan üretimler sonucunda en uygun parametreler belirlenerek nano gümüş katkılı polikaprolakton hidroksiapatit (PCL/HA-Ag)  lifleri üretilmiştir. En uygun parametrelerde üretilen lifler SEM, STEM, EDX, UV vis, Raman Spektroskopisi ve QCM-D gibi karakterizasyon metodları kullanılarak karakterize edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında yapay kemik dokusu uygulamasında kullanılması için üretilen lifler, modellenmiş doygun vücut sıvısı (SBF, 3xSBF)  içerisinde farklı zaman aralıklarında bekletilerek doğal apatit yapısının biyomineralizasyon sonucu üzerlerindeki çekirdeklenmesi ve büyümesi araştırılmıştır. Üretilen saf PCL, HA katkılı PCL (PCL/HA) ve nano gümüş katkılı (PCL/HA-Ag) lifleri morfolojik olarak karakterize edilmiş karşılaştırılmıştır. Ayrıca lifler üzerinde biyomineralizasyon ile zamanla oluşan apatit benzeri yapıların kimyasal içerikleri ve büyüme hızları karşılaştırılmıştır. Son olarak QCM-D yöntemi ile gerçek zamanlı biyomineralizasyon miktarı ve özellikleri araştırılmıştır.    
Sonuç olarak, elektroeğirme metoduyla PCL, PCL/HA ve PCL/HA-Ag uniform liflerini üretmek için gerekli olan parametreler çalışılmış ve bu parametrelerle ortalama 300-400 nm çaplarında lifler üretilmiştir. SBF içerisinde bekletilen lifler üzerinde doğal kemik yapısı benzeri apatit formları kendiliğinden biyomineralizasyon ile çekirdeklenip büyümüştür. HA ve HA-Ag katkısının biyomineralizasyonu arttırdığı ve Ca/P oranı doğal kemik yapısındaki Ca/P oranlarına yaklaştığı görülmüştür.  
  
Anahtar Kelimeler:	Elektroeğirme, Biyopolimer, Doku İskelesi, Doku Mühendisliği, Ag Npler,  Polikaprolakton, Hidroksiapatit, Biyomineralizasyon,  QCM-D.

Abstract:
One of the advantage of  nanotechnology application is the result of high surface area and porosity coming from nano scale structures. Nano scaled fibers can be used  in lots of different application because of their superior mechanical properties, high surface area to volume ratio. In last years, nanofibers are extensively investigated and produced for advanced technology which includes wound dressing, drug carrying and releasing, tissue scaffolds, tissued engineering as biomedical and regenarative medical applications; fuel cell applications on electronic and energy; parasticite application on advanced agriculture and etc. Although there are several nanofiber production method, electrospinning is the method of which especially popular for using biomedical and tissue engineering applications. Because electrospinning is easier and applicable method is able to produce multiple functional fibers which can yield properties like enormous surface area and more than %90 porosity.
The main object of this study is producing biodegradable and biocompatible synthetic policaprolactone nano fibers. During this process suitable polymer solution which are necessary for producing nanofibers with proper morphology and properties. By carefully studying different parameters, the suitable parameters are determined for producing nano silver added policaprolactone hydroxyapatite (PCL/HA-Ag) nano fibers. These fibers are characterized by different characterization methods like SEM, STEM EDX, UV-vis, Raman spectroscopy and QCM-D. At second portion of the study, the fibers were tested for being used as  artificial bone tissue applications, are incubated at different time ranges in stimulated boyd fluids (SBF, SBFx3) to investigate nucleation and growth of natural apatitic structures by biomineralization on surface of the fibers. Pure PCL, HA added PCL (PCL/HA) and nano silver added (PCL/HA-Ag) fibers are produced and characterized morfologically. Also the chemical composition and the growth rate of the apatitic structures which are occuring by biomineralization are contributed too. Finally properties and amount of biomineralization are investigated in real time by QCM-D technic.
Consequently, the suitable parameters needed to produce PCL, PCL/HA and PCL/HA-Ag uniform nanofibers by electrospinning are investigated and 300-400 nm average diameters fibers are produced. Natural bone like apatitic structures are formed and growth by nucleation on the fibers which are incubated in SBF. It is found that addition of HA and HA-Ag enhance biomineralization and also  the ratio of Ca/P is near  to ratio of Ca/P of natural bone structure were found. 

Keywords: 	Elektrospinning, Biopolimer, Tissue Scaffold, Tissue Engineering, Ag Nps, Policaprolactone, Hydroxyapatite, Biomineralization, QCM-D.