Biyopolimer esaslı makro ve mikro akışkan hidrojel sistemler ve biyomedikal uygulamalarının araştırılması
Biopolymer based macro and micro fluidic hydrogel systems and investigation of biomedical applications
Yazar: SABİHA DEMİRCİ
Danışman: PROF. DR. FATMA AYHAN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Sunulan bu araştırma kapsamında PEG-DA (polietilen glikol diakrilat) makromeri kullanılarak farklı özelliklerde su içeriği yüksek, şişebilen ve biyopolimer içeren makro ve/veya mikro akışkan hidrojel sistemlerin tasarlanması, sentezlenmesi, karakterizasyonu ve biyomedikal alandaki uygulamalarının araştırılması amaçlanmıştır.
Günümüzde kullanım alanları giderek artan makro ve/veya mikro akışkan sistemlerin uygulaması hidrojel yapıların için de çalışılmıştır. Mikro akışkan sistemlerde cevap sü-resinin kısa olması, küçük hacimlerde çalışılması, sistem kontrolünün kolay olması ça-lışmalarda uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Bu yüzden günümüzde mikro akışkan sistemler hatta nano akışkan sistem çalışmaları giderek önem kazanmaya başlamıştır. Bu tür hidrojel sistemlerin rejeneratif tıp, kontrollü ilaç salım sistemleri, hücre biyolojisi, doku mühendisliği vb. birçok biyomedikal alanda kullanımı ile ilgili çalışmalar vardır. 
Çalışmada makromer olarak polietilen glikol diakrilat (PEG-DA) kullanılırken, çeşitli biyopolimer olarak Jelatin, Selüloz, Nişasta, KonkanavalinA, Dekstran kullanılarak biyokompozitler sentezlenmiştir. Böylelikle, farklı yapılarda ve bileşimlerde hidrojel sistemlerinin sentezlenmesi sağlanmıştır.
Sentezlenen biyokompozit hidrojel sistemlerinin akışkan düzeneklere sahip olabilmesi için ticari olarak temin edilen sistemlerle kalıp yöntemi kullanılarak mikro akışkan sistemlerin oluşturulması sağlanmıştır. Ayrıca elde edilen yapıların rastgele makro ve/veya mikro gözenekler içermesi durumu da akış sistemleri için değerlendirilmiştir.
Elde edilen hidrojel sistemlerin karakterizasyon çalışmaları kapsamında SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ve FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrofotometrisi) kul-lanılmıştır. Mikroakışkan hidrojellerin optik mikroskop ve SEM görüntüleri alınmıştır. 
Sentezi gerçekleştirilen biyokompozit hidrojellerin dinamik şişme davranışları incelen-miştir. Kurutulmuş farklı oranlarda biyopolimer içeren biyokompozit hidrojellerin pH=1,2 (sitrat tamponu) ve pH=7,4 (fosfat tamponu) çizeltileri olmak üzere iki farklı pH ortamında zamanla dinamik şişme davranışları incelenmiştir.
Biyomedikal uygulamaya yönelik olarak sentezlenen biyokompozit hidrojellerden model ilaç gentamisinin salım davranışı yine pH=1,2 ve pH=7,4 olmak üzere iki farklı pH ortamında ve vücut sıcaklığında analiz edilmiştir. PEG-DA hidrojellere üç farklı oranda biyopolimerler eklenmiş ve zamana karşı gentamisin salım davranışları şekiller ile gös-terilmiştir. Son olarak mikroakışkan hidrojellerden ilaç salımı da sunulmuştur. 


Anahtar kelimeler: Biyopolimerler, PEG-DA (Polietilen Glikol Diakrilat), Hidrojeller, Mikro Akışkan Sistemler, Biyomedikal Uygulamalar

Abstract:
In the scope of this research, it was aimed to design, synthesize, characterize macromolecular and / or microfluidic hydrogel systems with high water content, swellable, and containing biopolymers with different properties by using PEG-DA (polyethylene glycol diacrylate) macromer and investigate their use in biomedical applications.
The application of macro and / or micro fluid systems, which are increasingly used today, has been studied for hydrogel structures. The microfluidic systems give ease to applications due to short response time, small working volumes,and easy system control. Therefore, microfluidic systems, and even nanofluidic system studies are getting more and more important nowadays. There are many studies about the use of these type of hydrogel systems in biomedical fields such as regenerative medicine, controlled drug delivery systems, cell biology, tissue engineering, etc.
While polyethylene glycol diacrylate (PEG-DA) was used as macromer in the study, biocomposites were synthesized using various biopolymers such as Gelatin, Cellulose, Starch, KonkanavalinA, Dextran. Thus, the synthesis of hydrogel systems with different structures and compositions were achieved.
The formation of microfluidic mechanism of the synthesized biocomposite hydrogel systems has been achieved by using a molding method with commercially available systems so that the formation of microfluidics were provided. In addition, the state of inclusion of random macros and / or micro-pores in the obtained structures was also evaluated for fluidic systems.


SEM (Scanning Electron Microscope) and FTIR (Fourier Transformed Infrared Spectroscopy) were used for the characterization studies of the obtained hydrogel systems. Optical microscope and SEM images of microfluidic hydrogels were taken.
The dynamic swelling behaviors of the synthesized biocomposite hydrogels were investigated. The dried biocomposite hydrogels containing different biopolymers ratios were investigated in two different pH media, pH = 1,2 (citrate buffer) and pH = 7.4 (phosphate buffer) solutions.
The release behavior of the model drug gentamicin from the synthesized biocompatible hydrogels for biomedical application has been analyzed again at pH = 1.2 and pH = 7.4, two different pH media and body temperature, PEG-DA hydrogels were synthesized with three different biopolymer ratios and the gentamicin release behaviors were shown in figures. Finally, drug delivery from microfluidic hydrogels were also presented.

Key words: Biopolymers, PEG-DA (Polyethylene Glycol Diacrylate), Hydrogels, Microfluidic Systems, Biomedical Applications