Yüzeyde başlatılan atom transfer radikal polimerizasyonu ile Si(100) yüzeyine kovalent bağlı tek tabakaların hazırlanması ve yönlendirilmiş immünoglobülin G immobilizasyonunda kullanımı
Preparation of polymeric monolayers covalently attached to Si(100) surface by surface-initiated atom transfer radical polymerization and their use for the oriented immobilization of immunoglobulin G
Yazar: EYLEM TURAN
Danışman: PROF. DR. TUNCER ÇAYKARA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: N-izopropilakrilamid = N-isopropylacrylamide ; Poli(n-izopropilakrilamid) = Poly(n-isopropylacrylamide)

Özet:
Bu çalışmada, Si(100) yüzeyler üzerinde yüzeyde başlatılan atom transfer radikal polimerizasyonu (YB-ATRP) ile fonksiyonel uçlu Poli(N-izopropilakrilamit) (PNIPAM) fırçalar sentezlenmiştir. Amin veya hidroksil uçlu polimer fırçaların eldesi için sırasıyla sistamin veya 2-merkaptoetanol kullanılmıştır. İki farklı zincir aktarım maddesi beş farklı derişimde polimerizasyon ortamına ilave edilerek polimerizasyon kontrol altında tutulmuş ve silisyum yüzeyler üzerinde farklı film kalınlıklarına sahip polimer fırçalar elde edilmiştir. Elde edilen fırçaların yapısal karakterizasyonu için X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FT-IR) kullanılmıştır. Amin veya hidroksil uçlu PNIPAM fırçaların hidrofilik/hidrofobik karakteri su değme açısı ölçümleri ile belirlenmiştir. Fonksiyonel uçlu PNIPAM fırçalar hidrofilik özellik göstermiş ve zincir aktarım maddesinin derişiminin arttırılmasıyla da polimerik fırçaların hidrofilik özelliğinin arttığı gözlenmiştir. Ayrıca PNIPAM fırçaların ısıl faz geçişleri belirli bir sıcaklık aralığında su değme açısı ölçümleri ile incelenmiştir. Bu ölçümler, 25-45oC sıcaklık aralığında PNIPAM fırçaların 27 ve 38 oC' da 2 farklı ısıl faz geçiş sıcaklığına sahip olduğunu göstermiştir. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntüleri YB-ATRP yönteminin homojen polimer fırçaların oluşturulması için uygun olduğunu göstermiştir. ATRP ile yüzey üzerinde polimerik fırçalar büyütülürken, aynı zamanda da çözelti ortamında yüzeye bağlı olmayan serbest polimerler sentezlenmiştir. Zincir aktarım maddesi derişiminin arttırılmasıyla yüzeydeki polimer fırça kalınlığının azaldığı elipsometre ile, çözelti ortamında sentezlenen polimerlerin sayıca ortalama mol kütlelerinin azaldığı ise büyüklükçe ayırma kromatografisi (BAK) ile belirlenmiştir. Yüzey desenlerinin belirlenmesi için floresan mikroskobu kullanılmıştır. İmmunoglobülin G (IgG) adsorblanmış amin uçlu polimer fırçanın floresan görüntülerinde çok sayıda sinyal gözlenmiştir. Amin uçlu polimer fırça yüzeyine molekül bağlandıkça yüzeyde oluşan tabakaların kalınlıklarındaki artış elipsometre ile belirlenmiştir. IgG tabakasının kalınlığı 3.89±0.79 nm bulunmuştur. Neticede, elipsometrik analize dayanarak, protein A sonlu tabakaya IgG adsorbe olduğunda, protein A' nın IgG' nin Fc (kristallenebilen bölge) kısımlarına bağlanması ve Fab (antijen bağlama bölgeleri) kısımlarını açıkta bırakmasıyla yüzeyde yönlenmesinin sağlandığı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) of N-isopropylacrylamide (NIPAM) on Si(100) surface conducted in attempt to create controllable Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) and functional-terminated PNIPAM brushes. Chain transfer agents were added into polymerization medium to obtain functional-terminated polymer brushes. For synthesis of amino or hydroxyl-terminated PNIPAM brushes, cysteamine or 2-mercaptoethanol were used, respectively. The polymerization was controlled by adding two different chain transfer agents that were in five different concentrations in polymerization solution, in this way polymer brushes having different film thicknesses were synthesized onto silicon wafer surfaces. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) were used for structural characterization of polymer brushes. The hydrophilic/hydrophobic behaviours of PNIPAM and amino or hydroxyl-terminated PNIPAM brushes were determined by water contact angle measurements. PNIPAM brushes and functional-terminated PNIPAM brushes showed hydrophilic character and increasing of concentration of chain transfer agent, increasing of hydrophilic character of polymer brushes were observed. The thermal phase transitions of PNIPAM brushes were also investigated by contact angle measurements over a range of temperature. These measurements showed that PNIPAM brushes had two different thermal phase transition temperatures at 27 and 38 oC between 25-45 oC. Atomic force microscopy (AFM) images also showed that the SI-ATRP method suggest to obtain homogeneous polymer brushes. While polymer brushes covalently attached to silicon surfaces were growing via atom transfer radical polymerization, at the same time free polymer chains were also formed in the polymerization solution. As a consequence of increasing of concentration of chain transfer agent, decreasing of polymer film thicknesses of polymer brushes were determined by ellipsometry and decreasing of number average of molecular weights of free polymers in solution were determined by size exclusion chromatography (SEC). The fluorescence images were obtained by fluorescence microscopy in order to determine surface patterns of polymer brushes. Many fluorescence signals were obtained on fluorescence image of immunoglobulin G (IgG) immobilized amino-ended polymer brushes. Increasing of film thicknesses due to the protein adsorption on the amino terminated surfaces were also determined by ellipsometry. The thickness of the IgG layer found to be 3.89±0.79 nm. Finally, based on the ellipsometric analysis, it was concluded that the IgG is adsorbed on the protein A terminated layer in the manner that its Fc (the fragment crystallizable) domain is bonded to the protein A layer and the Fab (the fragment antigen binding) domains face away from the surface.