pH ve sıcaklığa duyarlı faz geçişi gösteren iç içe girmiş polimerik ağ yapılarının sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of pH and thermo sensitive interpenetrating polymer networks
Yazar: ZÜMRÜT SEDEN AKDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Hidrojeller, su içinde kendi kuru ağırlıklarının %10-20'sinden bin katınakadar şişebilen, hidrofilik polimer ağ yapılarıdır .Son otuz yıl içinde biomedikal uygulamalarda, hidrojeller , büyük bir önemkazanmışlardır. pH, sıcaklık, iyonik kuvvet, elektrik alan vb. gibi çevreselparametrelerdeki değişikliğe bağlı olarak hacimce faz geçişi gösterebilmeleri,düşük toksiteleri ve yüksek biyouyumlulukları hidrojellerin avantajlarıdır.Poli(N-isopropilakrilamid), PNIPAAm, düşük kritik çözelti sıcaklığı(lowercritical solution temperatur LCST) 320C olan, en fazla bilinen sıcaklığa duyarlıhidrojeldir. LCST sıcaklığının altında, PNIPAAm, şişmiş haldedir ve şişme oranılineer olarak artmaktadır çünkü polimer yapısındaki hidrofilik gruplar (amido)kendilerini çevreleyen su molekülleri ile moleküllerarası H-bağı kurarlar. SıcaklıkLCST'e doğru arttıkça , su molekülleri entalpi kazanırken jeldeki hidrofilikgruplar ise tekrar moleküliçi H-bağı kurmaya başlarlar ve bu esnada isopropilgruplarından kaynaklanan hidrofobik kuvvetler de artar. Bu nedenlerden dolayı, sumolekülleri ve hidrofilik gruplar arasındaki H-bağları bozulur ve su jelden dışarısalınabilir. LCST sıcaklığında, PNIPAAm, büzülmüş haldedir. Jelin şişme oranıhızla azalır. Bu faz geçişi sayesinde; ilaç salınımı, doku mühendisliği, enzimimmobilizasyonu ve buna benzer çeşitli biyomedikal ve biyomühendislikuygulamalarında, PNIPAAm hidrojeli çok kullanışlı olmaktadır.laç salınımı, biyosensör kaplaması ve hücre nakli gibi birçok biyomedikaluygulama alanında kullanabilmek için, fotopolimerize olabilen hidrojeller üzerindearaştırmalar yapılmaktadır. Biyolojik ortamların belirli sıcaklık ve pH aralıklarınasahip olmaları ve vivo uygulamarında, organik çözücü ya da monomer gibi toksikmaddelerin istenmemesi gibi kısıtlamalar, fotopolimerizasyon yöntemi ile başarılıbir biçimde aşılmaktadır. Fotopolimerizasyon yönteminin bazı avantajlarışunlardır; oda sıcaklığında hızlı kürleşme, düşük ısı açığa çıkması vepolimerizasyon esnasında kontrol edilebilmesidir. Poli( N-vinil-2-pirolidon) ,fotopolimerleşebilen ve yapısına iyonik gruplar ilave edilerek farklı pHortamlarına duyarlılık gösterebilen bir hidrojeldir.ç içe girmiş polimerik ağ yapıları, birbiri içinde sentezlenmiş iki veya dahafazla polimerik ağ yapılarının karışımıdır. IPN'ler tam ya da semi-IPN formundaolabilirler. Tam-IPN'lerde, iki bileşen arasında kimyasal bağ bulunmazken; semi-IPN'lerde, bileşenler arasında bağlar bulunur. pH, sıcaklık veya iyonik kuvvetgibi etkenlere duyarlı IPN'ler sentezlemek mümkündür.Bu çalışmada, PNIPAAm ve negatif yüklü PNVP ağlarından oluşan ardaşıktam-IPN'ler sentezlendi ve şişme davranışları, ilaç salınımı, diffüzyonmekanizmaları incelendi.lk olarak PNIPAAm hidrojelleri, oda sıcaklığında, serbest radikalpolimerizasyon yöntemi ile çapraz bağlayıcı N,N'-metilenbisakrilamid ve başlatıcıpotasyumpersülfat kullanılarak sentezlendiler. Reaksiyona girmemişmonomerlerin ve radikallerin uzaklaştırılması için hidrojeller distile su ileekstrakte edildi ve ardından kurutuldular. Kurutulmuş, ekstrakte edilmişPNIPAAm hidrojelleri, çeşitli oranlarda 2-akrilamido-2-metilpropil sulfonik asit(AMPS) içeren NVP monomer karışımları içine atıldılar. PNIPAAm hidrojelleri,denge şişme derecesine ulaşıncaya kadar monomer karışımlarında bekletildiler veardından tam-IPN'nin II. ağ yapısını oluşturmak üzere fotopolimerize edildiler.Elde edilen tam-IPN'lerin, değişik pH ortamlarında ve farklı sıcaklıklardaşişme davranışları incelendi. laç salınımındaki performanslarını tayin etmekamacıyla ilaç yükleme ve salınımı çalışmaları ,pH 7.4'de 370C'de yapıldı.Lidokain model ilaç olarak kullanıldı. Tam-IPN'lerin diffüzyon mekanizmalarısuda ve ilaç çözeltisinde incelendi.Haziran-2005 Zümrüt Seden Akdemir

Abstract:
Hydrogels are hydrophilic polymer networks that can swell from 10-20 %up to thousands of times to their dry weight in water.Hydrogels have gained a great importance as a biomedical applications in thelast few decades. They are capable of undergoing a volume phase transition inresponse to a change in external parameters such as pH, temperature, ionicstrength , electric field etc. Another advantages of hydrogels are their low toxicityand high biocompatibility.Poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAAm, is one of the well-knownthermosensitive hydrogel that has a lower critical solution temperature (LCST) at320C. At the temperature below LCST; PNIPAAm is in swollen state, swellingratio of the gel increases linearly because the hydrophilic groups (amido) in thepolymer structure form an intermolecular H-bonds with the surrounding watermolecules. As the temperature rises through LCST, water molecules gain anenthalpy and the hydrophilic groups in the gel turn to intramolecular H-bonds bythe same time hydrophobic forces of isopropyl groups increase. Due to thesereasons, H-bonds between water molecules and hydrophilic groups break downand water can release out of the gel. At LCST, PNIPAAm is in shrunken state. Theswelling ratio of the gel decrease rapidly. This phase transition makes PNIPAAmhydrogels very useful in biomedical and bioengineering applications like drugdelivery, tissue engineering, enzyme immobilization and variety of other relatedand potential uses.Photopolymerized hydrogels have been investigated for a number ofbiomedical applications including drug delivery, coating for biosensors and for celltransplantation. In vivo applications, biological systems require a narrow range oftemperature or pH, also the absence of toxic materials like organic solvents ormonomers; some photopolymerization systems can overcome these limitationssuccesfully. Photopolymerization has several advantages ; fast curing rates at roomtemperature, minimal heat production and control during polymerization. Poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) is a photopolymerizable hydrogel and by adding an ionicgroups into its structure it would show a response to different pH environments.Interpenetrating polymer networks, IPNs, are a mixture of two or morepolymeric networks, synthesized within each others. IPNs can be in full- or semi-IPNs forms. In full-IPNs, there would be no chemical bonds between the twocomponents. Semi-IPNs have some junctions between constituents. It is possibleto synthesize IPNs that are sensitive to pH, temperature or ionic strength.In this work, sequentially full-IPNs, composed of PNIPAAm and negativelycharged networks of PNVP were prepared and their swelling behaviours, drugrelease and diffusion mechanisms were investigated.In the first step, PNIPAAm networks were synthesized at room temperatureby free radical polymerization method. N-N?-methylenbisacrylamide was used as acrosslinker and potassium persulfate as an initiator. For removing the unreactedmonomers or radicals in the hydrogels , PNIPAAm hydrogels extracted in distilledwater and then dried in sterilizer. Dried, extracted PNIPAAm hydrogels immersedin monomer mixtures of NVP which have a variety amounts of 2-acrylamido-2-methylpropyl sulfonate (AMPS). PNIPAAm hydrogels kept waiting in monomermixtures till reaching the equilibrium swelling degree after that theyphopolymerized to form the second network of the full-IPNs.Swelling behaviours of the prepared full-IPNs, were observed in different pHand temperature mediums. Drug uptake and release studies were carried out in pH7.4 at 370C, for to determine the potential of the full-IPNs in drug delivery.Lidocain was used as a model drug. Diffusion mechanisms of the full-IPNs wereobserved in water and drug solution.June- 2005 Zümrüt Seden Akdemir