Safra asidi, poli (ε-Kaprolakton) ve ʟ-Lizin diizosiyanat etil ester bazlı poliüretanların sentezi ve biyobozunurluk özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of bile acid, poly (ε-Caprolactone) and ʟ-Lysine diisocyanate ethyl ester based polyurethanes and investigation of their biodegradability properties
Yazar: BURCU AÇIK
Danışman: PROF. HAMİT ERDEMİ ; DOÇ. DR. GÖKHAN AÇIK
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Günümüzün gelişen dünyasında, biyo bazlı malzemelere olan ihtiyaç artan bir eğilim göstermektedir. Bu biyo-esaslı malzemelerin gerekliliği önemli ölçüde artmış, bu da onları çok sayıda uygulamada yaygın olarak kullanılan malzemelerden biri haline getirmiştir. Bu senaryoda, poliüretanlar ve poliaktonlar uygun adaylar olarak ortaya çıkmakta ve şu anda ambalaj ve gıda endüstrilerinden tıbbi ve farmasötik uygulamalara kadar çeşitli alanlarda uygulamalar bulmaktadırlar. Diğer taraftan, safra asitleri ise vücutta önemli biyolojik rol oynayan doğal bileşiklerdir. Bu nedenle, biyouyumlu ve bozunur polimerlerin yapı taşları olarak tercih edilen adaylardır. Ayrıca elde edilecek malzemenin yapısında biyolojik olarak uyumlu ve toksik olmayan bir diizosiyanat olan ʟ-lizin diizosiyanat etil esterin varlığı, kullanılacak uygulamaya bağlı olarak farklı bir bakış açısı verebilir.
Bu tezde, bir dizi çevre dostu poliüretan (PU) film başarıyla sentezlendi. Bu amaçla, sırası ile ε-kaprolaktonun (ε-CL) kolik asit (CA) başlatıcısı varlığında halka açma polimerizasyonu (ROP) ile elde edilen CA bazlı poli(ε-kaprolakton) (CA-PCL) ile ve ʟ-Lizin diizosiyanat etil ester (ʟ-LDI) arasında basamaklı büyüme polimerizasyonu (SGP) gerçekleştirildi ve çözelti döküm yöntemi kullanıldı. ε-CL monomerinin farklı besleme oranlarının (CA:ε-CL=1:60, 1:75 ve 1:90, mol olarak) PU'ların özelliklerine etkisi, fourier transform kızılötesi (FT-IR) ve proton nükleer manyetik rezonans (1H-NMR) spektroskopileri, jel geçirgenlik kromatografisi (GPC), su temas açısı (WCA) ölçümleri, termogravimetrik ve diferansiyel taramalı kalorimetri analizleri (TGA ve DSC) ve mekanik testler ile ayrıntılı olarak araştırıldı. Ayrıca, elde edilen PUR'lerin bozunma davranışlarını belirlemek için domuz pankreas lipazının yokluğunda veya varlığında biyolojik bozunma testleri yapılmıştır. PU omurgasında daha yüksek oranda ε-CL tekrarlayan birimlerin hidrofobiklik, termal ve mekanik özelliklerde iyileşmeye neden olurken, bozunma davranışında bozulmaya neden olduğu bulundu. Ayrıca, biyolojik bozunma çalışmaları, CA-PCL-PU'ların, CA'sız sentezlenen PCL-PU'ya kıyasla hem hidrolitik hem de enzimatik ortamda daha fazla bozunabilir olduğunu ortaya koydu. Bu tez çalışmasının sonuçları, CA, PCL ve ʟ-LDI bazlı biyolojik olarak parçalanabilen PU filmlerin özellikle doku mühendisliği ve yara pansumanlarında uygulama için büyük potansiyele sahip olduğunu kanıtlamıştır.

Abstract:
In today's developing world, the need for bio-based materials shows an increasing trend. The necessity of these bio-based materials has substantially increased, making them one of the broadly utilized materials over numerous applications. In this regard, polyurethanes and polyactones are emerging as suitable candidates and are currently finding applications in a variety of fields, from the packaging and food industries to medical and pharmaceutical applications. On the other hand, bile acids are natural compounds that play an important biological role in the body. Therefore, they are preferred candidates as building blocks of biocompatible and degradable polymers. In addition, the presence of ʟ-lysine diisocyanate ethyl ester, which is a biocompatible and non-toxic diisocyanate in the structure of the material to be obtained, may give a different perspective depending on the application to be used. For all these aforementioned reasons, combining bile acid, poly (ε-caprolactone)  and ʟ-lysine diisocyanate ethyl ester under the same skeleton will result in the emergence of a fully biobased polyurethane. 
In this thesis, a series of environmentally friendly polyurethane (PU) films were successfully synthesized. For this purpose, ring-opening polymerization (ROP) of ε-caprolactone (ε-CL) in the presence of cholic acid (CA) initiator, step-growth polymerization (SGP) between achieved CA based poly (ε-caprolactone) (CA-PCL) and ʟ-Lysine diisocyanate ethyl ester (ʟ-LDI), and solution casting method were used, respectively. The effect of using different feeding ratios of ε-CL monomer (CA:ε-CL=1:60, 1:75 and 1:90, by mole) on the properties of PUs were investigated in detail by fourier transform infrared (FT-IR) and proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) spectroscopies, gel permeation chromatography (GPC), water contact angle (WCA) measurements, thermogravimetric and differential scanning calorimetry analyses (TGA and DSC) and mechanical tests, respectively. Moreover, biodegradation tests in the absence or presence of porcine pancreatic lipase were conducted to determine the degradation behaviors of resulted PURs. It was found that a higher proportion of ε-CL repeating units in the PU backbone caused the improvement in hydrophobicity, thermal and mechanical properties, while leading to the deterioration in degradation behavior. Furthermore, biodegradation studies revealed that CA-PCL-PUs were more degradable in both hydrolytic and enzymatic media compared to PCL-PU synthesized without CA. The results of this thesis study proved to CA, PCL and ʟ-LDI based biodegradable PU films have great potential for application in particularly tissue engineering and wound dressing.