Poli (n-bütil metakrilat) (PBMA) ve poli (Dimetil amino etil metakrilat) (Pdmaema) içeren katyonik kopolimerlerin sentezi ve DNA ile etkileşiminin incelenmesi
Synthesis of cationic copolymers containing poly(N-butyl methacrylate) (PBMA) and poly(dimethyl amyno ethyl methacrylate) (Pdmaema) and investigation of their interaction with DNA
Yazar: İREM ALTINOK
Danışman: PROF. HÜLYA ARSLAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, poli(n-bütil metakrilat) (PnBMA) ve poli(N,N-dimetilaminoetil metakrilat) 
(PDMAEMA) içeren katyonik kopolimerlerin sentezi gerçekleştirilmiş ve bu kopolimerlerin 
DNA ile etkileşimleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Katyonik kopolimerler, ilaç salınım 
sistemleri, biyomedikal alanda gen taşıma ve gen terapisi gibi uygulamalarda büyük öneme 
sahiptir. Bu bağlamda, PnBMA ve PDMAEMA'nin uygun polimerizasyon yöntemleri ile 
kopolimerleştirilmiş, bu kopolimerlerin DNA ile etkileşiminin incelenmiştir. PBMA-co-PDMAEMA rasgele kopolimerleri azobisizobütironitril (AIBN) azo başlatıcısı kullanılarak 
geleneksel radikalik yöntemle, PBMA-b-PDMAEMA diblok kopolimeri ise Atom Transfer 
Radikalik Polimerleşme (ATRP) yöntemiyle sentezlendi. Farklı monomer oranları ve reaksiyon 
koşulları kullanılarak çeşitli kopolimer kompozisyonları elde edilmiştir. Elde edilen 
kopolimerler; Jel Geçirgenlik Kromatografısi (GPC), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi 
Spektroskopisi (FTIR) ve Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi gibi teknikler 
kullanılarak karakterize edilmiştir. GPC sonuçları; ATRP yöntemi kullanılarak sentezlenen polimerlerde hedeflenen mol kütlesine ulaşıldığını ve homojen dağılımlı yapılar elde edildiğini 
göstermiştir. 1H-NMR ve FTIR analizleri de kopolimer yapılarının oluştuğunu ispatlamıştır. 
Yapılan karakterizasyon çalışmalarının ardından kopolimerler 1-Bromometil Piren ile 
quartinize edilerek PDMAEMA bloklarının katyonik hale getirilmesi sağlanmıştır. 
Yapılan NMR, UV Spektroskopi ve FTIR analizlerinde 1-Bromometil Piren'in yapıya 
bağlandığı belirlenmiştir. Kopolimerlerin katyonik özellikleri ve DNA ile etkileşim 
potansiyelleri UV Titrasyon Yöntemi, Yarışmalı Floresans Spektroskopisi ve Elektroforez 
yöntemleri ile belirlenmiştir.
Çalışmanın sonuçları, PnBMA ve PDMAEMA içeren katyonik kopolimerlerin verimli bir 
şekilde sentezlenebildiğini ve bu kopolimerlerin DNA ile etkili bir şekilde kompleksleştiğini 
göstermiştir. UV titrasyon sonuçları polimerin DNA ile elektrostatik olarak etkileştiğine işaret 
etmektedir. Etidyum bromür (EB) ile yapılan yarışmalı floresans sonuçları polimerin EB 
moleküllerini DNA baz çiftleri arasından çıkmaya zorladığını göstermiştir. Elektroforez 
sonuçlarında, kopolimerlerin sahip olduğu pozitif yüzey yükü sayesinde DNA ile etkileştiği 
özellikle hidrofobik blok uzunluğunun artmasıyla düşük konsantrasyonlarda bile DNA ile 
etkileşerek DNA'yı nötralize ettiği anlaşılmıştır. Bu bulgular, PnBMA ve PDMAEMA içeren 
katyonik kopolimerlerin, ilaç salınım sistemleri, biyomedikal alanlar ve gen terapisi gibi 
alanlarda potansiyel bir aday olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir. Gelecek 
çalışmalar, bu kopolimerlerin hücre içi dağılımı ve gen ekspresyonu üzerindeki etkilerini 
inceleyerek biyomedikal uygulamalardaki potansiyellerini daha da derinlemesine araştırmayı 
hedeflemektedir.

Abstract:
In this study, the synthesis of cationic copolymers containing poly(n-butyl methacrylate) 
(PnBMA) and poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) was carried out, and 
the interactions of these copolymers with DNA were examined in detail. Cationic copolymers 
have significant applications in biomedical fields such as drug delivery systems, gene transfer, 
and gene therapy. In this context, the copolymerization of PnBMA and PDMAEMA using 
appropriate polymerization methods was performed, and their interactions with DNA were 
investigated. Two different copolymerization methods were employed in the study: PBMA-coPDMAEMA random copolymers were synthesized using the conventional radical method with 
azobisisobutyronitrile (AIBN) as the azo initiator. On the other hand, PBMA-b-PDMAEMA 
diblock copolymer was obtained using Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Various 
copolymer compositions were created using different monomer ratios and reaction conditions,
and these copolymers were characterized in detail using techniques such as Gel Permeation 
Chromatography (GPC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Nuclear 
Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy. GPC results showed that the target molecular 
weight was achieved and homogeneous structures were obtained in the polymers synthesized
by the ATRP method. Additionally, 1H-NMR and FTIR analyses also confirmed the successful 
formation of the copolymer structures. Following the characterization studies, the copolymers 
were quaternized with 1-Bromo Pyrene to render the PDMAEMA blocks cationic. These 
synthesis and characterization studies have provided the necessary foundation for examining 
the interactions of cationic copolymers with DNA, and the data obtained offer important 
insights into the potential applications of these copolymers in biomedical fields.
NMR, UV Spectroscopy, and FTIR analyses confirmed the attachment of 1-Bromo Pyrene to 
the structure. The cationic properties of the copolymers and their potential interactions with 
DNA were determined using UV Titration Method, Competitive Fluorescence Spectroscopy, 
and Electrophoresis techniques. The results of the study demonstrated that cationic copolymers 
containing PnBMA and PDMAEMA could be efficiently synthesized and that these copolymers 
effectively complexed with DNA. The UV titration results indicate that the polymer interacts 
electrostatically with DNA. The competitive fluorescence results with ethidium bromide (EB) 
showed that the polymer forces EB molecules to displace from between the DNA base pairs.
Electrophoresis results indicated that the copolymers interact with DNA due to their positive 
surface charge, and particularly with the increase in hydrophobic block length, they neutralize 
DNA even at low concentrations. These findings suggest that cationic copolymers containing 
PnBMA and PDMAEMA could be considered potential candidates in fields such as drug 
delivery systems, biomedical applications, and gene therapy. Future studies aim to further 
explore the potential of these copolymers in biomedical applications by investigating their 
intracellular distribution and effects on gene expression.