İnsan plazmasından demir(III) iyonları uzaklaştırılması için demir(III) baskılanmış poli(GMA-MAC) mikroküre - kriyojel kompozit sisteminin hazırlanması
Preparation of iron(III) imprinted poly(GMA-MAC) microbead - cryogel composite system for removal of iron(III) ions from human plasma
Yazar: BAHAR ERGÜN
Danışman: DOÇ. DR. HANDAN YAVUZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Mikroküreler = Microspheres

Özet:
Metallerin biyolojik olaylarda oynadıkları önemli roller bilinmekle ve bazıları gerekli elementler olarak sınıflandırılmakla birlikte, belirli bir derişimin üzerine çıktıklarında zararlı özellik göstermektedirler. Genetik bir bozukluk veya yanlışlıkla aşırı miktarda demir alınması sonucu vücutta oluşan demir fazlalığı, kalp krizleri, diabet, depresyon ve karaciğer bozukluğu gibi semptomlara yol açmaktadır.Moleküler baskılanmış polimerler (MIP) belirlenen bir hedef molekül için yüksek seçicilikte ayrım yapabilen destek malzemeleridir. Moleküler baskılama, afinite sistemlerinin hazırlanması için güvenilir bir teknik olmuştur. İyon baskılama çalışması üç basamaktan oluşmaktadır. (i) metal iyonları ile fonksiyonel monomerlerin ön kompleksleşmesi (ii) polimerizasyon (iii) kalıbın uzaklaştırılması. Hedef iyon uzaklaştırıldıktan sonra, hazırlanan polimer matriks ile çeşitli metal iyonları içeren çözeltilerden, hedef iyonlar yüksek seçicilikte uzaklaştırılabilir.Makrogözenekli monolitik hidrojeller, diğer bir deyişle kriyojeller, gözenek çapı 100 ?m`ye kadar çıkan, birbirleriyle bağlantılı gözeneklere sahip ve bundan dolayı düşük basınç düşmesi gösteren yeni nesil kromatografik taşıyıcılardır.Sunulan çalışmada kriyojellerin düşük yüzey alanı özelliğini bertaraf etmek amacı ile mikroküreler, kriyojel matriksleri içine gömülerek yeni nesil kompozit sistemler hazırlanmıştır.Bu çalışmada yeni bir yaklaşımla; moleküler olarak demir baskılanmış mikroküreler, makrogözenekli yapıların içine konularak yüksek akış yolu özellikleriyle seçici kompozit adsorbentler hazırlanmış ve karakterizasyon çalışmaları tamamlanmıştır. PHEMA kriyojelin yüzey alanı 11.7 m2/g olarak bulunmuştur. Kürelerin kriyojel içerisine gömülmesiyle hazırlanan poli(GMA-MAC)/PHEMA kompozit sistemin yüzey alanı ise 76.8 m2/g'dır. Sonuçlardan görüldüğü üzere kriyojel yapısına mikrokürelerin gömülmesi kriyojelin yüzey alanında önemli bir artışa neden olmuştur. Elementel analiz ile azot stokiyometrisinden faydalanılarak Fe3+ baskılanmış poli(GMA-MAC)/PHEMA kompozit sistemin yapısına katılan MAC miktarı 192.8 µmol/g polimer olarak bulunmuştur. GMA ve diğer polimerizasyon bileşenlerinin azot içermediği not edilmelidir. Elementel analizle belirlenen azot miktarı polimer yapısına katılan MAC gruplarından kaynaklanmaktadır. Sulu çözeltiden yapılan adsorpsiyon çalışmalarında maksimum adsorpsiyon miktarı 2.62 mg/g polimer olarak bulunmuştur. Fe3+ baskılanmış poli(GMA-MAC)/PHEMA kompozit sistemde; polimerin Fe3+ iyonlarına Ni2+ iyonlarına göre 53.48 kat, Zn2+ iyonlarına göre 49.25 kat ve Fe2+ iyonlarına göre 53.95 kat daha seçici olduğu gözlenmiştir. Fe3+ baskılanmış poli(GMA-MAC)/PHEMA kompozitin demir ile zehirlenmiş insan plazmasından Fe3+ adsorpsiyon kapasitesi 0.20 mg/g olarak bulunmuştur.Kompozit polimerin tekrar kullanılabilirliğini belirlemek üzere adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü aynı kompozit polimer çubuk kullanılarak yapılmış ve yirmi döngüye kadar sistemin adsorpsiyon kapasitesinde kayda değer bir düşüşe rastlanamamıştır.

Abstract:
Although it is emphasized that metals play important roles in biological processes and some of them are classified as essential, the toxic symptoms will manifest when a metal ion level exceeds a certain threshold level. Many symptoms of iron toxicity, for example heart attacks, diabetes, arthritis, depression and liver failure, are arised from the absorption of iron in unacceptably high concentrations because of a genetic failure or by accidental ingestion.Molecular imprinted polymers (MIP) are support materials which make highly specific template separation possible. Molecular imprinting is a safe method for the preparation of affinity systems. Ion imprinting is composed of three steps; (i) formation of a complex between metal ions and functional monomers (ii) polymerization (iii) removal of template. Following the template removal, ions can be selectively seperated from solutions containing various metal ions via imprinted polymer matrices.Macroporous monolithic hydrogels, so-called cryogels are new generation chromatographic matrices which has interconnected pores up to 100 ?m in diameter and accordingly has low back-pressure.In the present study, new generation composite systems are prepared by embedding the microspheres into cryogel matrices in order to eliminate the low surface area property of cryogels.In the present study, iron imprinted microspheres were embedded into macroporous structures and selective composite adsorbents with a high flow rate were prepared and characterization studies were completed.Surface area of PHEMA cryogel was 11.7 m2/g while the surface area of poly (GMA-MAC)/PHEMA composite system was 76.8 m2/g. As the surface area results indicate, the embedding of microspheres into cryogels significantly increases the surface area. MAC content of Fe3+ imprinted poly (GMA-MAC)/PHEMA composite system was found to be 192.8 µmol/g polymer according to elemental analysis by using nitrogen stoichiometry. Note that GMA and other polymerization components do not contain nitrogen. The amount of nitrogen determined by elemental analysis comes from only incorporated MAC groups into the polymeric structure. Maximum adsorption capacity was found to be 2.62 mg/g polymer from aqueous solutions. In Fe3+ imprinted poly (GMA-MAC)/PHEMA composite system, selectivity results show that the selectivity of the column against Fe3+ was 53.48 times that of Ni2+, 49.25 times that of Zn2+ and 53.95 times that of Fe2+. The maximum adsorption capacity of Fe3+ imprinted poly (GMA-MAC)/PHEMA composite system from human plasma poisoned with iron was found to be 0.20 mg/g polymer.In order to show the stability and reusability of the MIP particles, the adsorption-desorption cycle was repeated twenty times using the same adsorbent and no significant decrease in column performance was observed.