Vücut dışı polimerik biyomalzeme yüzeylerine antimikrobiyal özellik ve biyouyumluluk kazandırılması
Creating antimicrobial properties and biocompatibility on extrakorporeal polymeric biomaterial surfaces
Yazar: GÜLŞAH ARSLAN
Danışman: PROF. DR. FATMA AYHAN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Tek kullanımlık kan torbaları içine alınan kan dondurulmadan en fazla 1 hafta dayanıklıdır. Kan torbalarının içinde antikoagülan olarak sodyum sitrat bulunur. Dondurulduktan sonra çözülerek hastalara verilen kan vücut tarafından etkin şekilde değerlendirilememektedir. Hasta vücutlarının verilen kanı daha etkin bir şekilde kullanabilmesi adına ve kanın daha uzun süre dayanım kazanması ve dondurulup-çözülen kanın şekilli kan hücrelerinde bozulmaları engellemek amacıyla kan torbası iç yüzeyinde bazı yüzey modifikasyon işlemleri yapılmıştır. Dondurulmadan verilecek kanın hastanın iyileşme sürecine etkisinin daha büyük olacağı açıktır. 
Ticari kan torbalarının biyouyumluluğun arttırılması ve antibakteriyel özellik kazanımı için yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, Medikal özellikli Polivinil klorürden (medical grade PVC) üretilmiş tek kullanımlık kan torbalarının kan ile temas halinde olan yüzeylerinin özelliklerinin değiştirilmesinde fiziksel adsorpsiyon ve Atmozferik plasma (elektriksel boşalım) (glow discharge) yöntemleri kullanılmıştır. Konvansiyonel kimyasal adsorbsiyon yöntemleri ile gelen safsızlıkların ve toksisite faktörlerinin azaltılması ve yüzey adsorbsiyon kapasitesinin arttırılmasıamacıyla bu yöntem seçilmiştir. Sonraki yüzey modifikasyon işlemlerinde fiziksel adsorbsiyon kullanılmıştır. Bu bağlamda kan torbalarının iç yüzeyleri üç farklı yöntem ile modifiye edilmiştir.
Fiziksel adsorpsiyon yönteminde biyomalzeme yüzeyleri PEG, AgNP ve PEG+AgNP olmak üzere üç farklı şekilde modifiye edilmişlerdir. Atmosferik plazma sistemi kullanılarak yapılan işlemlerde ise Argon inert gazı ortamında farklı sürelerde (1-3-5 dak.) ve farklı güçlerde (0,5-1-3 A) yüzeyler elektriksel boşalım yöntemi ile pürüzlendirilmiştir. İkinci aşamada pürüzlendirilmiş yüzeyler polietilen glikol (PEG) ile kaplanarak biyouyumluluğun arttırılması sağlanmış, üçüncü aşamada ise çevreci bir yaklaşımla grubumuz tarafından üretilen Gümüş nanopartiküller (AgNp) yüzeye adsorplanarak antibakteriyel özellik kazandırılmıştır. Araştırmada Muğla yöresi Liquidambar orientalis Mill. (Sığla ağacı) bitkisinin yaprak özütü kullanılarak gümüş nanoparçacık sentezi gerçekleştirilmiştir. Sonuçta kan ile temas halinde olan tıbbi malzemenin yüzey özellikleri, atmosferik plazma uygulanmasından sonra; PEG, AgNP ve PEG+AgNP immobilizasyonu olmak üzere üç farklı şekilde değiştirilmiştir. FTIR spektrumları ile yüzeyde oluşan fonksiyonel grup değişimleri belirlenmiş, biyouyumlu malzeme olan PEG'in de biyomalzeme yüzeyindeki varlığı benzer şekilde fonksiyonel gruplar ile doğrulanmıştır.   
Modifiye edilen yüzeylerin antimikrobiyal aktivitelerini belirlemek amacı ile nazokomyal mikroorganizmaların üremeleri Disk difüzyon yöntemi ile belirlenmiştir. Bakteriler (P. aeruginosa, E. coli, S. aureus, K. pneumoniae, Metisilin dirençli S. aureus) Nutrient besi ortamında, C. albicans ise Saboraud dekstroz besi ortamında aktifleştirildikten sonra Muller Hinton agar bulunan Petri kutularına ekilmişlerdir. Yüzey özellikleri değiştirilen ve belli büyüklükte hazırlanan biyomalzemeler 2 cm aralıklarla besiyerine yerleştirilip inkübasyona bırakılarak süre sonunda inhibisyon zonları ölçülmüştür. İşlem görmemiş yüzeylerde antimikrobiyal aktivite % 50 iken en çok atmosferik plazma uygulaması sonrası bu oran %70 olarak hesaplanmıştır. Fiziksel adsorpsiyon denemerinde bu değer % 89'a ulaşmıştır. Atmosferik plazma uygulaması sonrası gerçekleştirilen antimikrobiyal aktivite değeri % 95 oranında gerçekleşmiştir. Sonuç olarak önerilen yöntemler ile nazokomyal mikroorganizma türlerine karşı antimikrobiyal aktivite kazandırmak için kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
The blood taken to single use blood bags can be stored up to one week without freezing. Blood bags contain sodium citrate as anticoagulant. The use of defrozen blood in patients can not be beneficial effectively by body. The inner surface of the disposable blood bags was modified with several methods in order to be more effective when used in patient, make blood to stored for longer period, and to prevent the lysis of the blood cells after frozen and defrozen processes. It is clear the the use of blood without freezing will be more effective in healing time of patients.  
The surface of the commercial blood bags was modified in order to increase the biocompatibility and gain antibacterial property. For this purpose, physical adsorption and atmospheric plasma (glow discharge) methods were used to change the single use blood bag's surface made from medical grade polyvinyl chloride (PVC) that contact with blood. Physical adsorption was selected due to trace materials and toxicity factors coming from conventional chemical adsorption methods and to increase the adsorption capacity. Hence, surface modification processes were conducted with physical adsorption method. In this context, the inner surface of single use blood bags was modified by using three methods. 
Biomaterial surfaces were modified with physical adsorption method with three different types of arrangments which are selected as PEG, AgNP ve PEG+AgNP. The surfaces were roughened by glow discharge in atmospheric plasma system containing inert Argon phase at different times ((1-3-5 dak.) and powers (0,5-1-3 A). The roughened surfaces were coated with PEG to alter the biocompatibility in second stage, and third stage was the adsorption of the silver nanoparticles (AgNPs) synthesized with green chemistry approach in our group to attain antibacterial properties.  The AgNPs synthesis was performed by liquid leave broth of Muğla region Liquidambar orientalis Mill. (Sığla ağacı) plant. Ultimately, the surface properties of medical material contact with blood after with atmospheric plasma treatment were changed to three diffirent types by immobilization of PEG, AgNP, and PEG+AgNP. The change in functional groups were determined by FTIR spectrums, the presence of biocompatible material, PEG was also conformed by ith functional groups on biomaterial surface. 
In order to determine the antimicrobial activities of modified surfaces, the growth of nosocomial microorganisms was estimated by Disk diffusion method. The culturing in Muller Hinton agar containing petri dishes were performed after the activation of bacteria (E. coli, S. aureus, K. pneumoniae, P. aeruginosa, Metisilin dirençli S. aureus) in Nutrient broth, and C. albicans in Saboraud dextrose. Biomaterials with different surface properties were cutted at predetermined size were placed on growth media to incubate and the inhibition zones formed after incubation time were measured. Antimicrobial activity on untreated surfaces was about 50 % while it was calculated as 70 % after atmospheric plasma treament. This ratio reached to 89 % in physical adsorption tests. The antimicrobial activity of 95 % ratio was obtained when atmospheric plasma application was performed.  In conclusion, the proposed methods can be used to add antimicrobial activity on biomaterial surfaces againts nosocomial microorganism types.