Doku iskelelerinin süperkritik karbondioksit ortamında hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation of scaffolds by using a supercritical carbondioxide assisted process and characterization
Yazar: AYŞEGÜL ARİKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYŞE KARAKEÇİLİ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Kitosan = Chitosan ; Süperkritik karbon dioksit = Supercritical carbon dioxide

Özet:
Sunulan tez çalışmasında, doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere üç boyutlu, gözenekli, toksik özelik göstermeyen, biyouyumlu ve biyobozunur yapıdaki kitosan ve kitosan-nanohidroksiapatit doku iskelelerinin süperkritik karbondioksit (SK-CO2) ortamında hazırlanması ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla, süperkritik ortamında faz ayrımı ve jel kurutma yöntemleri kullanılmıştır. Faz ayrımı yöntemi kullanılarak yapılan çalışmalarda, belirlenen koşullarda üç boyutlu kitosan yapılar elde edilememiş ve bu yöntemin uygun olmadığına karar verilmiştir. Tez çalışmasında ikinci olarak SK-CO2 ortamında jel kurutma yöntemi kullanılmıştır. En uygun çalışma koşullarını belirlemek amacıyla yürütülen çalışmalar sonucunda elde edilen doku iskeleleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile analiz edilmiş ve uygun gözenek yapısına sahip doku iskeleleri belirlenmiştir. Buna göre; 200 bar basınç, 35°C sıcaklık, 5 saat kurutma süresi ve 15 g/dakika SK-CO2 akış hızı koşullarında elde edilen doku iskelelerinin içsel bağlantılı, homojen bir gözenek dağılımına sahip olduğu belirlenmiştir. Kitosan derişiminin ve deasetilasyon derecesinin (DD) doku iskelesi oluşumuna etkisinin incelenmesi amacıyla farklı derişimlerde (%5, 3, 2 ve 1) kitosan çözeltisi ve farklı deastilasyon derecesine sahip (%75-85 DD ve %91 DD) kitosanlar kullanılarak çalışmalar yürütülmüştür. SEM analizi sonucunda %75-85 DD ve %2 derişime sahip kitosan ile hazırlanan doku iskelelerinin en uygun yapıya sahip oldukları sonucuna varılmıştır. Tez çalışmasının ikinci bölümünde ise nanohidroksiapatit-kitosan kompozit doku iskeleleri, kitosan çözeltisine (%75-85 DD, % 2, w/v) çeşitli oranlarda (% 0.25, % 0.50 ve % 1.00, %wt) nanohidroksiapatit (nHAp) eklenerek süperkritik akışkan ortamında jel kurutma yöntemine göre hazırlanmıştır. Elde edilen kompozit doku iskelelerinin homojen yapıda bağlantılı gözeneklere sahip oldukları ve nHAp eklenmesinin gözenek boyutu dağılımını etkilemediği sonucuna varılmıştır. Ayrıca kitosan doku iskelelerine nHAp eklenmesi doku iskelelerinin mekanik dayanımında ve su tutma oranlarında artışa neden olmuştur. Doku iskelelerinin sitotoksisitesi ISO/EN 109935 numaralı standarda göre MTT testi ve kristal viyole boyaması ile tayin edilmiştir. Hazırlanan kitosan-nHAp doku iskelelerinin hücre canlılığı üzerine in-vitro ortamda toksik etkisinin olmadığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, üretilen kompozit doku iskelelerinin doku mühendisliği uygulamalarında kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The aim of this study is to prepare three-dimensional, porous, non-toxic, biocompatible and biodegradible chitosan and chitosan-nanohydroxyapatite scaffolds by using a supercritical carbondioxide (SC-CO2) assisted process for tissue engineering applications. For this purpose; SC-CO2 assisted phase separation and gel drying methods were used. Phase seperation method was decided to be unsuitable for production of 3D scaffolds under predetermined supercritical conditions. For the production of chitosan scaffolds by using SC-CO2 gel drying method, pressure, temperature, drying period and SC-CO2 flow rate conditions were optimized. The scaffolds were characterized by scanning electron microscope (SEM) analysis and the optimum conditions were decided to be 200 bar pressure, 35°C temperature, 5 h drying time and 15g/min SC-CO2 flow rate. In order to investigate the effect of concentration and deacetylation degree (DD) on scaffold formation, different chitosan solutions (5, 3, 2 and 1, wt%) and chitosan with different deacetylation degree (75-85% and 91% DD) were used. SEM analysis revealed that scaffolds prepared by using 2% (w/v) of 75-85% DD chitosan have homogeneous interconnected microporous structure. In the second part of the study, various amounts of nanohydroxyapatite (nHAp) particles (% 0.25, % 0.50 ve % 1.00, wt%) were added to chitosan solution to prepare chitosan-nanohydroxyapatite scaffolds by using SC-CO2 gel drying. Characterization studies were performed by using SEM/EDAX, FTIR-ATR, XRD, TGA, swelling studies, compression tests and pore size distribution analysis. Biodegradability was tested by using chicken egg lysozyme. Cytotoxicity tests were performed according to ISO/EN 109935. The results obtained from characterization studies showed that chitosan-nHAp composite scaffolds prepared by using SC-CO2 provide a suitable microenvironment for in-vitro tissue deveopment.