PEG (polietilenglikol) bazlı biyopolimerik IPN (iç içe geçmiş ağsı yapı) hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
PEG (polyethyleneglycol) based interpenetrating polymer network (IPN) hydrogels; synthesis, characterization and applications
Yazar: NAZLI SÖKMEN BEDEL
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİÇEK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Diakrilat = Diacrylate ; Polimer sentezi = Polymer synthesis ; Uzun etkili ilaçlar = Delayed action preparations

Özet:
Bu tez çalışmasında polietilen glikol diakrilat makromonomeri (PEGM) kullanılarak jelatin ve kitosan (CS) doğal polimerleri ile iç içe geçmiş yarı ağsı (yarı-IPN) hidrojel yapılar üretilmiş ve uygulamaları araştırılmıştır. Tez çalışması üç ana kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda  jelatin/PEGM yarı-IPN hidrojelleri, UV başlatıcılı sistemle NaHCO3 gözenek oluşturucuları varlığında PEGM (Mn:700) ile jelatinin farklı molekül ağırlıklarında üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Bu hidrojellere model ilaç olarak gentamisin yüklenmiş ve gentamisinin pH: 1.2 ve 7.4?deki salımları hesaplanmıştır. Gentamisinin pH:1.2?de pH:7.4?e göre daha hızlı salındığı ve genellikle istenen yavaş salımın pH 7.4 ortamında gerçekleştiği bulunmuştur. Artan jelatin molekül ağırlığı ile ilaç salım hızının azaldığı görülmüştür.
İkinci kısımda, CS/PEGM (Mn:400) yarı-IPN hidrojelleri, gözenek oluşturucu olarak molekül ağırlığı 2000 olan polietilenglikol(PEG) (PEG2000)?in ve NaHCO3?ın kullanılmasıyla amonyumpersülfat (APS)/tetraetilenmetilendiamin (TEMED) redoks başlatıcılı sistemi ile üretilmiştir. Hidrojel üretiminden önce CS?nin molekül ağırlığı, deasetilasyon derecesi hesaplanmış ve sırasıyla 69183 g/mol ve 75-80 olarak bulunmuştur. Üretilen hidrojellerin denge şişme değerlerinin ve gözenek büyüklüklerinin çok küçük olduğu belirlenmiştir. Hidrojellerin antibakteriyel aktivite göstermemesi PEGM?in düşük molekül ağırlığına ve küçük hidrojel gözenek boyutlarına bağlanmıştır.
Tezin son kısmında antibakteriyel aktivite gösterebilecek daha büyük gözenek yapılı CS/PEGM yarı-IPN hidrojellerin üretilmesi planlanmıştır. Hidrojeller  PEG2000 ve NaHCO3 gözenek oluşturucuları varlığında APS/TEMED kimyasal ve UV başlatıcı sistemi kullanılarak hazırlanmıştır. CS, PEG2000 and NaHCO3?ın PEGM ile tek başına kullanılması durumunda büyük ve içsel bağlantıların gözenek içeren hidrojel yapısı elde edilemezken CS?nin PEG2000 veya NaHCO3 ile kullanılması arzu edilen gözenekli hidrojel yapısının oluşumuna neden olmuştur. İki farklı başlatıcı sistemi kullanılarak farklı molekül ağırlığında PEGM, CS ve gözenek oluşturucu içeriği ile hidrojel yapılar hazırlanmış ve antibakteriyel özelliklerin hidrojel reçetesi ile  ve polimerizasyon koşulları ile değişimi pH 6.5 de incelenmiştir. Makul antibakteriyel etki %2 CS içeriği ve yüksek NaHCO3 ile elde edilebilmiştir. Makro ve içsel bağlantılı veya içsel bağlantısı olmayan gözeneklere sahip hidrojeller sadece E.coli?e karşı yüksek antimikrobiyel aktivite göstermiştir. Orta gözenek boyutunda ve sürekli gözenekler S.aureus?a karşı antimikrobiyel aktivitede artışa neden olmuştur. PEGM?in molekül ağırlığı dikkate alındığında hidrojellerin antimikrobiyel aktivitesinin 2000>400>8000 sıralamasına göre oluştuğu sonucuna ulaşılmıştır. Molekül ağırlığı 2000 olan PEGM kullanılarak yüksek miktarda PEG2000 kullanılmasının NaHCO3?in aksine kapalı gözenek oluşumu ve düşük antibakteriyel aktiviteye neden olmuştur. Antibakteriyel CS/PEGM hidrojellerin üretimi için kimyasal başlatıcı sistemi PEG2000 ve NaHCO3 gözenek oluşturucuların her ikisi içinde UV başlatıcı sistemine göre daha iyi sonuçlar vermiştir. PEGM?in 8000 ve 400 molekül ağırlıkları ile hazırlanan hidrojeller sırasıyla çok esnek ve kırılgan davranış gösterdiklerinden sadece PEGM (Mn:2000) antibakteriyel hidrojellerin hazırlanması için uygun bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler: Kitosan, Jelatin, Yarı-iç içe geçmiş ağ yapı, Antibakteriyel Aktivite, Kontrollü İlaç Salımı

Abstract:
In this thesis, semi interpenetrating networks of natural polymers gelatin and chitosan with polyethylene glycol diacrylate macromonomer (PEGM) were produced and their application area were investigated. This thesis consist of three parts.In first part, gelatin/PEGM semi-IPN hydrogels were produced with PEGM (Mn:700) in presence of  UV initiation system and NaHCO3 pore-forming agent and characterized. Model drug Gentamycin was loaded on these hydrogels and its release rate was calculated at pH 1.2 and 7.4.  Its release rate was found higher at pH 1.2 than 7.4. Its release rate increase with molecular weight of gelatin.In second part, CS/PEGM semi-IPN hydrogels were produced with ammoniumpersulphate (APS)/tetraethylenemethylendiamine (TEMED) redox initiation system in presence of pore-forming agents polyethylene glycol(PEG, Mn:2000) (PEG2000) and NaHCO3. Before production of hydrogel, molecular weight and deacetylation degree of CS was determined as 69183 g/mol and 75-80. Equilibrium swelling value and pore size of hydrogel were found very small. Lack of antimicrobial activity was releated to small molecular weight of PEGM and porosity.
While using of CS, PEG (Mn:2000) and NaHCO3 alone didn?t produce large and continuous pores, using of CS with PEG or low amount of NaHCO3 could be able to create this desired result for both of initiation system. Hydrogels with different molecular weight of PEGM, CS and pore forming agent content were prepared with the two initiation system to examine dependence of antibacterial properties on hydrogel recipe and polymerization conditions at pH 6.5. Acceptable antimicrobial results were obtained with 2 % CS and high NaHCO3 content.  Hydrogels carrying macroporous and continuous/or not continious  pores presented high antibacterial activity to only E. coli. These with medium pore size and continuous pores caused incereament in antimicrobial activity of S. aureus. Antibacterial activity of hydrogels on base of PEGM molecular weight were obtained in order of 2000>400>8000. With hydrogels synthesized by using PEGM2000 high amount of PEG content caused closed pore formation and also less antimicrobial activity contrary to NaHCO3. To obtain antibacterial CS/PEGM hydrogels, chemical initiation system were found more suitable with both of PEG2000 and NaHCO3 pore forming agents instead of UV initiation system. Since physical form of hydrogels prepared with PEGM (Mn:8000) and PEGM(Mn:400) were very flexible and brittle, respectively, only hydrogels prepared with PEGM (Mn:2000) was found most suitable as antibacterial hydrogel.
Keywords: Chitosan, Gelatin, Semi interpenetrating polymer network,  Antibacterial Activity, Controlled Drug Delivery