Yüzey aktif maddelerle dekore edilmiş nanopartiküllerin model hücre membranı ile fiziksel etkileşiminin incelenmesi
Investigation of the physical interactions of surfactant-modified nanoparticles with a model cell membrane
Yazar: GÖKÇE DİCLE DEMİR
Danışman: PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Lipidler = Lipids ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Altın nanopartiküller günümüzde, çok gelişmiş optik ve elektriksel özelliklerininyanısıra farklı kümeleşme davranışları sebebiyle, çok çeşitli bilimselaraştırmalarda ve uygulamada kullanılmaktadır. Altın nanopartiküllerin sıklıklakullanıldığı alanlardan biri de medikal uygulamalardır. Hastalık teşhisinde vetedavisinde özellikle ilaç/gen taşıyıcı sistemler gibi birçok taşınım işleminde vehastalıklı hücrelerin tayini gibi hedef hücre tespit edilmesini gerektirençalışmalarda altın nanopartiküllerden faydalanılmaktadır. Bu uygulamalarınbirçoğunda hücre membranı ile bu partiküllerin etkileşimi büyük önemtaşımaktadır. Bu çalışma dahilinde, farklı yüzey özellikleri ve geometrisine sahipaltın nanopartiküllerin model hücre membranı ile etkileşiminin sistematik şekildeincelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın İlk aşamasında altın nanopartiküllerinsentezinde iki farklı yöntem kullanılmıştır. Turkevich yöntemi kullanılaraksentezlenen hidrofilik ve negatif yüklü altın nanopartiküller, pozitif yüklümoleküllerle yüzey modifikasyonu yapılmasına imkan tanımıştır. Özel olaraktasarlanmış ve sentezlenmiş FHL (C33H53F17N+ I-) ve HHL (C28H60N+Br-)katyonikmolekülleri bu amaçla kullanılmıştır. Tohum-büyütme yöntemi kullanılarakyüzeyleri CTAB (setil tri metil amonyum bromür) molekülleriyle kaplı, hidrofilik vepozitif yüklü çubuk, küp ve küre şeklindeki altın nanopartiküller sentezlenmiştir.Sentezlenen tüm nanopartiküllerin boyut ve şekil analizleri LS (Işık Saçınımı), UVvisSpektrometresi, ve TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu) kullanılarakyapılmıştır. Tezin ikinci aşamasında ise sentezlenen altın nanopartiküllerin, LB(Langmuir-Blodgett) cihazı üzerinde, ?tampon çözelti-hava? arayüzeyindehazırlanmış olan model membran sistemleriyle etkileşiminin incelenmiştir. DPPCtekli tabakası ve DPPC, DPPE, DPPS, Cl, SM ve LP lipitlerinden oluşan endotelmodel membran (EMM) sistemi tekli tabakası olmak üzere iki farklı membranlaçalışılmıştır. Altın nanopartiküllerin lipit tekli tabakalarla olan etkileşimleri LB cihazıkullanılarak, 2 farklı şekilde incelenmiştir. ?Tampon çözelti-hava? arayüzeyine iiyayılan lipit moleküllerinin basıncı, 30 mN/m değerine getirilmiş ve alt fazdan altınnanopartikül çözeltisi enjekte edildikten sonra yüzey basıncının zamanla değişimigözlenmiştir. Farklı geometrilerdeki altın nanopartiküller için (çubuk, küp, küre),zamanla yüzey basıncındaki artış değerleri, DPPC tekli tabakası kullanıldığındasırasıyla 8, 9 ve 6 mN/m olarak ölçülmüştür. Ayrıca, yüzey modifikasyonuyapılmamış (eksi yüklü-hidrofilik), FHL kaplı ve HHL kaplı altın nanopartiküller içinyüzey basıncındaki değişim sırasıyla -3, 11 ve 4 mN/m olarak ölçülmüş iken,EMM tekli tabakası kullanılarak aynı inceleme yapıldığında basınç artışı -7, 22 ve5 mN/m olarak ölçülmüştür. EMM tekli tabakası kullanılarak, çubuk altınnanopartiküllerle yapılan çalışmada ise bu artışın 13 mN/m değerine ulaştığıgörülmektedir. Ayrıca LB cihazı ?tampon çözelti-hava? arayüzeyinde yayılmış olanlipit moleküllerinin, alt faza enjekte edilen altın nanopartikül çözeltisiyle birliktedöngüsel davranışları incelenmiş ve altın nanopartiküllerin lipit moleküllerinkendisine ait sıkıştırma-açma döngüsüne olan etkisi incelenmiştir. Farklıgeometrilerdeki altın nanopartiküller (çubuk, küp, küre) için DPPC tekli tabakasıylaçalışıldığı durumda hesaplanan yüzey basıncı artış değerleri sırasıyla %60, 64 ve55 şeklindedir. Farklı yüzey özelliğine sahip altın nanopartiküller ile bu deneytekrarlandığında, yüzey modifikasyonu yapılmamış, FHL ve HHL kaplı altınnanopartiküller için sabit alandaki yüzey basıncı artışı sırasıyla, %-10, 155 ve 33olarak hesaplanmıştır. Çubuk nanopartiküller ve EMM tekli tabakasıyla bu deneytekrarlandığında, yüzey basıncında kaydedilen artışın %115 değerine ulaştığıgörülmüştür. Arayüzeyde, hazırlanan lipit tekli tabakalarıyla etkileşim halinde olanaltın nanopartiküllerin varlığının daha farklı yöntemlerle gösterilebilmesi için AFM(Atomik Kuvvet Mikroskobu) ve TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu) ilegörüntüleri alınmıştır. Elde edilen görüntüler, LB cihazı yardımıyla alınan yüzeybasıncı ? zaman grafikleri ve yüzey basıncı-alan izotermleriyle uyumlulukgöstermiştir.

Abstract:
In recent years, gold nanoparticles are used in several scientific researches andapplications owing to their advanced optical, electrical, and different aggregationproperties. Among the other usages, gold nanoparticles can be used in biomedicalapplications. They can be exploited in the diagnosis, drug/gene delivery agent inthe treatment of diseases, and targeting of the diseased cells. In most of theseapplications, the interaction between the gold nanoparticles and the cellmembrane becomes a very important issue. In this study, it is aimed to investigatesystematically the interaction between the model cell membrane and the goldnanoparticles with different surface properties and geometry. In the first part of thestudy, gold nanoparticles were synthesized by using two different synthesismethods. By using Turkevich method, negatively charged and hydrophilic goldnanoparticles were synthesized, and by using their negative charge, surfacemodification was performed with positively charged molecules. These cationicmolecules, whose chemical formulas are C33H53F17N+ I- (FHL) and C28H60N+Br-(HHL), used in order to modify the nanoparticles were designed and synthesizedin our laboratory. By using Seed-Mediated method, hydrophilic rod, cube andsphere shaped gold nanoparticles were synthesized whose surfaces are coveredby bilayer of positively charged CTAB (cetyl trimethyl ammonium bromide)molecules. The size and the geometry characterization of synthesized goldnanoparticles were performed by using LS (Light Scattering), UV-visSpectroscopy, and TEM (Transmission Electron Microscopy). In the second part ofthe study, the interaction between the model cell membrane which was preparedon the ?buffer-air? interface of the LB (Langmuir ? Blodgett) equipment and goldnanoparticles were investigated. As the model cell membrane, DPPC monolayerand the endothelial model membrane (EMM) which is composed of DPPC, DPPE,DPPS, Cl, SM and LP lipids were used. The interaction between the goldnanoparticles and model cell membranes were investigated by using two methods. ivIn the first one, lipid molecules were spread on the ?buffer-air? interface and thenthe surface pressure was increased to 30 mN/m. After that, gold nanoparticlesolution was injected to the system from the subphase and the change of thesurface pressure was recorded against time. The increase of the surface pressurevalue against time for gold nanoparticles with different geometry (rod, cubesphere) was measured as 8, 9, 6 mN/m, respectively. In addition, with the DPPCmonolayer, change in the surface pressure for the unmodified, FHL modified andHHL modified gold nanoparticles, synthesized by using Turkevich method, weremeasured as -3, 11 and 4 mN/m, with the EMM monolayer, the same values weremeasured as -7, 22 and 5 mN/m. The increase on the surface pressure of EMMmonolayer when rod shaped gold nanoparticles used was measured as 13 mN/m.In the second method, lipid molecules were spread on the ?buffer-air? interface ofLB, and then the gold nanoparticles were injected into the subphase when thesurface pressure value was zero. After that, the compression-expansion cycleswere performed and the obtained data were compared with the isotherms of thelipid molecules in the absence of the gold nanoparticles. The increase of thesurface pressure when the gold nanoparticles which have different geometry (rod,cube, sphere) used, were measured as %60, 64 and 55, respectively. The sameresults for the particles with different surface modification (unmodified, FHLmodified, HHL modified) were measured as %-10, 155 and 33. When the sameexperiment was repeated with rod shaped gold nanoparticles, it is seen that theincrease of the surface pressure value was %115. The monolayer which iscomposed of the gold nanoparticles with the lipid monolayer at 30 mN/m on theair/buffer interface was deposited to solid supports in order to take a visual byusing AFM (Atomic Force Microscopy) and TEM (glass for AFM, carbon grid forTEM). The results obtained from the AFM and TEM measurements werecompatible with the LB results.