Biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere polimerik tabanlı kompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer-based composite materials for use in biomedical applications
Yazar: ÇİĞDEM SERDENGEÇTİ
Danışman: DOÇ. DR. AYLİN ŞENDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektroeğirme ve spin kaplama yöntemleri kullanılarak invaziv nöral implant ve protezlere uygun polimerik tabanlı kompozit malzemelerden arayüz geliştirilmiştir. Doğal bir biyopolimer olan ve biyomedikal alanda geniş kullanımlarasahip kitosan, biyoçözünürlüğü yavaş olması sebebiyle uzun dönemli invaziv uygulamalarda tercih edilmekle birlikte elektroeğirmede işlem performasını olumlu etkileyen polikaprolakton ve nöral hücrelerin elektroaktif hücreler olmaları sebebiyle grafen ile kompozitler oluşturulmuştur. İnce film kaplamalar için grafen/kitosan kompozitler tercih edilirken nanolif yüzeylerin üretimi için grafen/PCL kompozitler hazırlanmıştır. Karakterizasyon için taramalı elektron mikroskopisi (SEM), XRD analizi, Raman spektroskopisi, FTIR spektroskopisi. TG-DTG termogram analizleri, dört nokta prob yöntemi, elektrokimyasal empedans analizi; yüzeylere ekilen hücrelerin proliferasyonlarının belirlenmesi için MTT testi uygulanmıştır. Kontrolden yüksek proliferasyon değerlerine sahip yüzeylere aktin-DAPI boyama uygulanarak floresans mikroskobisinde hücrelerin nörit geliştirme özellikleri incelenmiştir. Hücre canlılığı ile nörit gelişiminin, elektriksel iletkenlikle paralel olduğu ve grafen katkılı nanolifler üzerinde nörit sayısının, filizlenmenin ve nörit uzunluklarının arttığı, grafen katkılı PCL nanolif yüzeylerin invaziv nöral uygulamalarda kullanıma uygun oldukları gösterilmiştir. Çalışmanın önemli bilimsel katkılarından bir diğeri de grafen katkılı PCL nanolif üretiminde elde edilen başarılı sonuçlardır

Abstract:
In this thesis, electrospinning and spin coating techniques has been studied to develop interfaces for biomedical applications, particularly on invasive neural implants and prosthesis. Chitosan, a natural biopolymer that has wide application areas on biomedical sciences, polycaprolactone, a synthetic biopolymer that is usually used in long term invasive implant applications due to its slow degradation in the body and ease of production by electrospinning technique, and  graphene, due to its high electrical conductivity, since neural cells are electro-active and can be electrically stimulated, were chosen for production of composites. Thin films were produced by graphene/chitosan composites, while nanofibers were produced using graphene/PCL composites. Characterization of composites were performed scanning electron microscopy (SEM), XRD analysis, Raman spectroscopy, FTIR spectroscopy,  TG-DTG termogram analysis, four point probe method and electrochemical impedance spectroscopy. Proliferation of cells seeded on thin film and nanofiber surfaces were determined by MTT assay. The surfaces that had better proliferation values than control were investigated for neurite growth properties by fluorescence microscopy using actin-DAPI staining. The results showed that cell proliferation shows a parallel trend with electrical conductivity, and graphene reinforced nanofibers lead to higher neurite numbers, higher sprouting and longer neurite formation. Our results show that graphene loaded PCL nanofibers are suitable surfaces for invasive neural implants and interfaces. Another important scientific contribution of this thesis is the succesful production of graphene reinforced PCL nanofibers by electrospinning.