Nanobiyomalzemelerin sentezi, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulamaları
Synthesis, characterization and biotechnological applications of nanobiomaterials
Yazar: SEDEF KAPTAN USUL
Danışman: PROF. DR. DİDEM BALKANLI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ASLAN CANPOLAT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Diş Hekimliği = Dentistry

Özet:
Bu araştırmada, nanobiyomalzemelerin sentezi, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulamaları araştırılmıştır. İlk çalışmada fonksiyonel silika nanopartikül içerikli antimikrobiyal malzemeleri geliştirmek amaçlanmıştır. Çalışmada farklı özelliklere sahip silika nanopartiküllerin yüzeyi 1-Vinil-1,2,4-triazol monomeri ile aşılanmıştır. Nanobiyomalzemelerin morfolojik özellikleri, termal özellikleri analiz edilmiştir.  Ayrıca minimum inhibitör konsantrasyon ölçümü kullanılarak Escherichia coli, Staphylococcus aureus ve Saccharomyces cerevisiae'ye karşı invitro antimikrobiyal aktivite açısından değerlendirilmiştir. Nanobiyomalzemeler yapılarına bağlı olarak farklı antibakteriyel, antifungal özelliklere sahiptir.  Bu malzemelerin HaCaT hücreleri üzerindeki sitotoksik etkileri MTS deneyi ile gerçekleştirilmiştir. İkinci çalışmada; MSN, glisidil metakrilat monomeri ile işlevselleştirildikten sonra, 1,2,4-Triazol, 3-Amino-1,2,4-triazol ve 5-Aminotetrazol partikülleri yüzeye tutturularak nanobiyomalzemeler oluşturulmuştur. Nanobiyomalzemelerin yapısal karakterizasyonu için FTIR, XRD, TGA ve SEM-EDS analizleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen nanopartiküllerin antifungal ve antibakteriyel aktivitesini ortaya koymak için, maya suşu Saccharomyces cerevisiae'ye karşı minimum inhibitör konsantrasyon (MİK) ve minimum fungisidal konsantrasyon (MFK) ve bakteri suşları Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis ve Escherichia coli'ye karşı minimum bakterisidal konsantrasyon (MBK) değerleri belirlenmiştir. 
Nanobiyomalzemeleri ikinci olarak kullandığımız biyoteknolojik alan enzim immobilizasyonudur. Bu çalışmada Bacillus licheniformis'ten (BlA) α-amilazın immobilizasyonu için azol fonksiyonelleştirilmiş nanopartiküllerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu yer almaktadır. BCA testi ile immobilizasyonu oranı %47 olarak belirlenmiştir. Enzimatik aktivite DNS yöntemi kullanılarak ölçülmüştür. Amilazın tasarlanan nnanobiyomalzeme ile immobilizasyonu sonrasında termal stabilite, depolama kararılığının arttırdığı gözlemlenmiştir.
Dental kompozitler, nanobiyomalzemeleri kullanıldığı üçüncü çalışma alanıdır. İki farklı dental kompozit çalışması gerçekleştirilmiştir. 1,2,4-Triazol, 3-Amino-1,2,4-triazol ve 5-Aminotetrazol fonksiyonel SiO2 nanopartiküller, reçine içerisine homojen olarak dağıtılarak polimerizasyon gerçekleştirilmiştir. Azol içerikli dental kompozitlerin karakterizasyonu için FTIR, SEM, XRD, TGA ve DSC analizleri yapılmıştır. İkinci uygulamada, imidazol ve benzimidazol içerikli dental kompozitlerin, fizikokimyasal ve mekanik özelliklerini ile antibakteriyel aktiviteleri incelenmiştir. Tasarlanan I10 ve B10 dental kompozitlerinin, diş çürüklerinin önlenmesi ve dental kompozitlerin uzun süreli kullanımı için mükemmel bir alternatif oluşturacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, synthesis, characterization and biotechnological applications of nanobiomaterials were investigated. The first study aimed to develop functional silica nanoparticle-oriented antimicrobial materials. In the study, the surface of silica nanoparticles with different properties was grafted with 1-Vinyl-1,2,4-triazole. Morphological and thermal properties of nanobiomaterials were analyzed.  They were also evaluated for in vitro antimicrobial activity against microorganism using minimum inhibitory concentration (MIC) measurement. The cytotoxic effects of these materials on HaCaT cells were realized by MTS assay. In the second study, MSN was functionalized with glycidyl methacrylate monomer, and nanocomposites were formed by attaching 1,2,4-Triazole, 3-Amino-1,2,4-triazole and 5-Aminotetrazole particles to the surface. FTIR, XRD, TGA and SEM-EDS analyses were performed for structural characterization of the nanocomposites. MIC measurement also was analysed these nanobiomaterials.
The second biotechnological area where we use nanobiomaterials is enzymes. Here we present the design, synthesis and characterization of azole functionalized nanoparticles for the immobilization of α-amylase from Bacillus licheniformis (BlA). Enzymatic activity was measured using the DNS method. Immobilization of amylase with the designed nanobiomaterial enhanced the thermal stability, and long-term storage.
Dental composites are the third field of study where we have used nanobiomaterials. Two different dental composites were studied. Azole functional SiO2 nanoparticles were homogeneously dispersed into the resin and polymerization was carried out. FTIR, SEM, XRD, TGA and DSC analyses were performed to confirm the binding of azole-containing dental composites. In the second application, the effects of imidazole and benzimidazole derivatives on the physicochemical and mechanical properties and antibacterial activity of dental composites were investigated. Since the chemical, mechanical and antimicrobial properties of dental composites containing ten percent imidazole and benzimidazole functional nanoparticles are much more efficient.