Elektrospin tekniği ile hazırlanan biyopolimer nanoliflerin yüzey modifikasyonları ve uygulamaları
Surface modifications of biopolymer nanofibers created by 
electrospinning and their applications
Yazar: BURCU OKTAY
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Organik Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Nanolif = Nanofiber ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Nanolifler; yüksek gözeneklilik, kontrol edilebilen gözenek boyutu, spesifik biyomoleküllerin bağlanması için geniş yüzey alanı, doğal ekstrasellüler matriks yapısını taklit edebilme ve fonksiyonel gruplara sahip olma gibi özelliklerinden dolayı yeni nanomalzemelerin üretimine olanak sağlamaktadır. Polimer nanoliflere çeşitli yüzey modifikasyonları uygulanıp, onların özellikleri geliştirilerek kullanım alanları genişletilmektedir.  
Yapılan bu tez çalışmasında,  elektrospin tekniği ile hazırlanmış olan nanolifler çeşitli modifikasyon yöntemleri kullanılarak modifiye edildi. Birinci kısımda, UV ışınları ile çapraz bağlanmış Poli(vinil alkol) (PVA) esaslı nanolifler hazırlandı. PVA ve glisidil metakrilatın (GMA) asidik ortam şartları altında gerçekleşen epoksi halka açılma reaksiyonu sonucunda foto-çapraz bağlanabilen PVA elde edildi. Reaktif elektrospin tekniği ile ortalama 200 nm lif çaplarına sahip nanolifler hazırlandı. Çapraz bağlı PVA nanolif yüzeyleri hücre kültürü çalışmaları için 1,1'-karbonil diimidazol ve ardından kollagen ile modifiye edildi. Yüzeyleri kollajen ile modifiye edilmiş nanoliflerin hücre çoğalma ve yayılmasını desteklediği gözlendi. Aynı zamanda nanolifler yapısal, morfolojik ve termal olarak karakterize edildi.
Çalışmanın ikinci bölümünde, PVA nanolif yüzey modifikasyonunda kontrollü modifikasyon yöntemlerinden biri olan atom transfer radikal polimerizasyonu (ATRP) kullanıldı. Farklı GMA monomer konsantrasyonunda yüzeyde başlatılmış ATRP ile nanolifler modifiye edildi. Modifiye edilmiş nanolifler,  FT-IR, XPS, SEM, DSC ve TGA ile karakterize edildi. Ayrıca, α-amilaz enzimi kovalent olarak, nanolif yüzeyine aşılanmış düzenli PGMA zincirlerine tek basamakta immobilize edildi. Enzimatik çalışmalar immobilize α-amilaz enziminin kararlılığını koruduğunu gösterdi.
Son bölümde, elektrospin tekniği ile hazırlanan kitosan nanolifler klik ve ATRP yöntemleri kullanılarak kontrollü olarak ile modifiye edildi. Bifonksiyonel yapıya sahip ATRP başlatıcısı yüksek verimde gerçekleşen klik reaksiyonu ile kitosan nanolif yüzeyine bağlandı. Daha sonra nanolif yüzeyinde başlatılan ATRP ile metakriloiloksietilfosforilkolin (MPC) monomerinin kontrollü polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. 
Yüzeyleri modifiye edilerek hazırlanan yeni nanomalzemelerin enzim immobilizasyonu ve hücre çalışmaları gibi biyolojik uygulamalar için gerekli olan özellikleri sağladıkları belirlendi.

Abstract:
Nanofibers enable to fabricating of novel nanomaterials due to theirs various properties such as high porosity, controllable pore size, large surface area for the binding of specific biomolecules, mimicking extra cellular matrix and having functional groups. Polymer based on nanofibers may be increasing areas of usage by applying many surface modifications. 
In this thesis, the nanofibers were prepared by electrsopininng, which were modified via various modification techniques. At first chapter, PVA based nanofibers which were crosslinked by UV radiation. Photo-crosslinkable PVA nanofibers were synthesized by the epoxide ring opening between PVA and glycidyl methacrylate (GMA) on the acidic condition. The nanofibers having diameters of 200 nm were prepared by reactive electrospinning. The surface of crosslinked PVA nanofiber was modified with 1,1'-carbonyl diimidazole and then collagen for the cell culture application.  It has been seen that the collagen modified nanofibers improved the cell proliferation and propagation.  The nanofibers were also characterized structurally, morphologically and thermally.
In the second chapter, atom transfer radical polymerization (ATRP) that is one of the controlled polymerization techniques was used for the surface modification of PVA nanofibers. The nanofibers were modified using various GMA monomer concentrations by surface initiated ATRP.  The surface modified nanofibers were characterized via FT-IR, XPS, SEM, DSC and TGA. Additionally, α-amylase was covalently immobilized in one step reaction on to the well-defined PGMA brushes, which were grafted the nanofiber surface. The enzymatic studies showed that immobilized α-amylase activity remains stable. 
In the final chapter, the chitosan nanofibers which were prepared by electrospinning technique, were surface modified by using click reaction and ATRP techniques. Bifunctional ATRP initiator was immobilized on the chitosan nanofiber surface via click reaction at the high yield. Afterwards, surface initiated ATRP of 2-(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholin (MPC) was performed on the chitosan nanofiber. 
The prepared novel nanomaterials which were prepared by surface modification, have desirable properties for biological applications such as enzyme immobilization and cell culture.