Bakteri selülozunun mekanik özelliklerinin arttırılması
Improvement of mechanical properties of bacterial cellulose
Yazar: ALPER AYDINLI
Danışman: PROF. DR. TÜLİN KUTSAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Biyopolimer filmler son yıllarda dünya çapında ilgi odağı olmuştur. Biyofilmler dönüştürülebilirlik ve tekrar kullanılabilirlik açısından elverişli çevresel avantajları nedeniyle sentetik polimer filmlerle karşılaştırılmaktadırlar. Ancak biyofilmler geniş bir ticari uygulama alanında kullanılmak için gerekli olan mekanik özelliklere sahip değildirler. Doğada en çok bulunan biyopolimer selülozdur ve genellikle bitkilerden elde edilmektedirler. Ayrıca bazı bakterilerde selüloz üretme yetenekleri ile bilinirler. Bakteri selülozu bitki selülozuna göre daha saf elde edilebilmektedir. Saf olarak elde edilen bakteri selülozu yüksek gözenekli yapısı sayesinde doğal kompozit malzemeler elde edebilmek için çok elverişlidir.Bu çalışmada, Acetobacter xylinum bakterisi kullanılarak zamana karşı hücre çoğalma ve selüloz oluşumu gözlenmiştir. Spesifik büyüme hızı 0.0976 sa-1, ikilenme süresi ise 7.1 saat bulunmuştur. Daha sonra 21 günlük inkübasyon sonucunda bakteriyel selüloz sentezlenmiştir. Üretilen selülozun çeşitli alkalilerle temizleme işlemi yapılmıştır ve her alkali için 0.05 M, 0.1 M, 0.2 M ve 0.4 M'lık çözeltiler kullanılmıştır. Potasyum hidroksit, sodyum karbonat ve potasyum karbonat'ın yaygın olarak kullanılan sodyum hidroksit'in aksine mekanik dayanımlarını arttırdığı saptanmıştır. En yüksek gerilme dayanımı 9.223 ± 0.557 MPa'dır ve 0.4 M'lık potasyum karbonat çözeltisi kullanılarak temizlenen selülozdan elde edilmiştir.Bakteri selülozunun mekanik dayanımını daha fazla arttırmak için farklı konsantrasyon değerlerinde poli(vinil) alkol çözeltisi kullanılarak modifikasyon yapılmıştır. Gerilme dayanımı % 5'lik çözelti kullanıldığında, 16.198 ± 0.309 MPa bulunmuştur.Üretilen bakteri selülozlarının modifikasyondan önce ve sonrasında kimyasal yapısının belirlenmesi için Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR) ve yüzey morfolojisinin özelliklerini belirlemek için taramalı elektron mikroskopisi (SEM) kullanılmıştır.

Abstract:
Biopolymer films have been the focus of attention worldwide in recent years. Biofilms are campared with synthetic polymer films according to their convenient environmental advantages because of reutilization and recyclability. However biofilms do not have the required mechanical strength needed for a wide range in commercial use. The most available biopolimer in the nature is cellulose which is obtained from plants. And some bacterias are known with their cellulose production ability. Bacterial cellulose can be obtained purer than plant cellulose. Pure bacterial cellulose has a high porous structure and is suitable to be used in natural composites as support material.In the present study, cell growth and cellulose production of Acetobacter xylinum was studied and assessed against the time. The specific growth rate of Acetobacter xylinum was found to be 0.0976 h-1and its dublication time as 7.1 h. After 21 days of incubation bacterial cellulose was synthesized. 0.05 M, 0.1 M, 0.2 M ve 0.4 M alkali solutions were prepared for the cleaning of produced bacterial cellulose samples with alkalies. It was also observed that potassium hydroxide, sodium carbonate and potassium carbonate solutions improve the mechanical properties of bacterial cellulose unlike commonly used sodium hydroxide. The highest tensile strength was determined to be 9.223 ± 0.557 MPa and was obtained from the samples cleaned with 0.4 M potassium carbonate solution.To improve the mechanical strength, bacterial cellulose was modified with variable concentrations of poly(vinyl) alcohol solutions. Tensile strength was found to be 16.198 ± 0.309 MPa when % 5 poly(vinyl) alcohol solution was used.Surface characteristics of the bacterial cellulose samples before and after modifications were examined using Fourier transform infrared spektroscopy (FTIR) and the surface morphology was determined with scanning electron microscopy (SEM).