PVA/kopolimer-g-PLA/organik kil/AgNO3 nanokompozitlerinin ve nanoliflerinin sentezi, karakterizasyonu ve antibakteriyel özellikleri
Synthesis, characterization and antibacterial acti̇vi̇ti̇es of PVA/copolymer-g-PLA/organoclay/AgNO3 nanocomposites and nanofibers
Yazar: NİLUFER NAGİZADE
Danışman: PROF. DR. ZAKİR RZAYEV
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Son yıllarda, nano yapıların,  özellikle polimer nanoliflerin,   biyomühendislik ve doku rejenerasyonu alanında üretimi ve uygulamaları için farklı yöntemler geliştirilmiştir. Polimer nanosistemlerin ve nanoliflerin nano ölçekli görüntüleri, polimer faz ayrımı, foto- ve e-ışın litografisi, kimyasal buhar biriktirme, santrifüj çekim (s-spun) elektro çekim (e-spun) gibi çeşitli üretim yöntemleriyle oluşturulmaktadır. Elektro çekim yöntemi diğer yöntemler arasında en önemlilerinden biridir ve polimer nanolif üretiminde basit, düşük maliyetli ve etkili bir teknoloji yöntem olarak kullanılmaktadır. Bu yöntem ile üretilen edilmiş polimer nanolifler yüksek bir yüzey alanı-hacim oranı, ince tabakaları, hafif ağırlık, nano ölçekli fiber çapı ve nano yüzey morfoloji yapı gibi kendilerine özgü önemli özellikleri nedeniyle yaygın olarak tıbbi uygulamalarda tercih edilmektedir. Bu yöntemle elde edilen polimer nanoliflerin biyomedikal uygulamaları için sensör ve nanolif takviyeli kompozitler, filtrasyon, koruyucu, elektronik ve optik malzemeler geniş çapta kullanılmaktadır. Yeni nesil antibakteriyel fonksiyonel polimer sistemlerinin üretiminde son gelişme olan nanopartiküller içeren polimer nanolifler ve biyoloji aktif maddeler ile işlevselleştirilmiş biyopolimer/sentetik polimer sistemlerin yüksek antibakteriel özelliklere sahip olduğu gösterilmiş ve birçok alanda, özellikle  doku mühendisliği, nanomühendisliği, tıp ve eczacılıkta başarılı bir şekilde kullanılmaktadır.
Bu tez çalışmasının amacı, deiyonize su/DMF ortamında e-spun yöntemi ile yeni nesil antimikrobiyel ve antifungal Ag-içeren poli[(vinil alkol)0.89-ko-(vinil asetat)0.11] (PVA)/oktadesil amin-montmorillonit (ODA-MMT organik kil) ve PVA/ODA-MMT/poli(maleik anhidrit-alt-1-oktadesen)-g-poli(L-laktik asit (PLA)/Ag-MMT katmanlı silikat nanokompozitlerin ve elektro çekim nanoliflerinin sentezi, karakterizasyonu ve kullanım alanlarının incelenmesi gibi önemli aşamaları kapsamaktadır. Sentezlenen nanokompozitlerin ve nanoliflerin kimyasal, fiziksel ve yüzey morfoloji yapıları FTIR, XRD ve SEM analiz metotları kullanarak incelenmiştir. Elektro çekim parametrelerini optimize etmek için, matris-ortak polimer konsantrasyonları, fiber çapı ve dağıtım ilerleme hızı, plakalar arası mesafe ve yüksek gerilim etkilerinin ve nanofiberlerin oluşum mekanizmasinin araştırılması öngörülmektedir. Bu tezin diğer araştırma konusu, gümüş parçacıkların miktarının, matris-ortak polimerlerin kimyasal ve fiziksel yapı özelliklerinin ve nanoyapı oluşumda gerçekleşen eş-anlı proseslerin nanoliflerin nanoyapı ve morfoloji parametrelerine (lif boyutu ve dağılımı) ve faz ayrımı işlemlerine etkinliklerinin incelenmesidir. Sentezlenen nanokompozit ve nanolif malzemelerin (toz, film veya kaplama) çeşitli Gram-negatif (P.aeruginosa PA14, E.Coli DH5? ve P.aeruginosa PA01) ve Gram-pozitif (B.thuringiensis, B. subtilis'in 3610, S. aureus NEWMAN) bakterilere ve fungal mikroorganizmalara karşı antimikrobiyel ve antifungal özellikleri standart disk deneme metodu kullanılarak araştırılmıştır. Sonuç olarak bu nanoliflerin çeşitli mikroorganizmalara (g-negatif ve g-pozitif ) karşı yüksek antibakteriyel ve antifugal özelliklerine sahip olduğu bulunmuştur.

Abstract:
Recently, the different methods were developed for the fabrication of nanostructures, especially polymer nanofibers and application in bioengineering and tissue regeneration. Nanoscale images of polymer nanosystems and nanofibers are created by various fabrication methods such as polymer phase separation, photo- and E-beam-lithography, chemical vapor deposition, cetrifuge spinning (s-spun), electrospinning (e-spun) and etc. Among these methods, electrospinning is a simple, low cost, and effective technology to prepare polymer nanofibers. Polymer nanofibers fabricated by electrospun method are preferred because of their unique properties, such as high surface area-to-volume ratio, thin films, lighter weight, nanoscale fiber diameter and nanoporous surface morphology, as well as their widely medical applications. Biomedical field is one of the important application areas among others utilizing the electrospinning technology for various applications of polymer nanofibers like filtration and protective materials, electrical and optical applications, sensors, and nanofibre reinforced composites. The recent developments in the fabrication of a new class of antibacterial functional polymer systems, nanofibers, polymer capsulated nanoparticles, and biopolymers/synthetic polymers functionalized with bioactive groups indicated that these systems successfully can be utilized as biocides in many areas, especially in tissue engineering nanoengineering, medicine and pharmacy. 
Gaol of this thesis includes the following important steps of investigations: synthesis and characterization of novel antimicrobial and antifungal Ag-containing poly[(vinyl alcohol)0.89-co-(vinyl acetate)0.11] (PVA)/octadecyl amine-montmorillonite (ODA-MMT organoclay) and PVA/ODA-MMT/poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene)-g-polyi(L-lactic acid) (PLA)/ Ag-MMT layered silicate nanocomposites and e-spun nanofibers, as well as evaluation of their application areas. Chemical and physical structures, and surface morphology of synthesized nanocomposites and nanofibers were performed by FTIR, XRD and SEM analysis methods. To optimize the electrospinning parameters, matrix polymer and polymer-partner concentrations, feed rate, distance between plates, and high voltage on the fiber length and distribution were investigated. Effects of silver nanoparticle amount, chemical and physical structures of the matrix-partner polymer systems, in-situ processing, which  is occur in the formation of nanostructures, on the structural and morphology parameters (fiber diameters and distributions) and phase separation processing were an another aspect of this thesis investigations. To evaluate antimicrobial and antifungal activities of the synthesızed nanocomposite and nanofiber materials (powder, film or coating)  against various Gram-negative (P.aeruginosa PA14, E.Coli DH5?, and P.aeruginosa PA01), and Gram-positive (B.thuringiensis, B.subtilis 3610, S.aureus NEWMAN) bacteria and fungal microorganizms, a standard disc diffusion testing method was utilized. Thus, these nanofibers exhibit higher antibacterial and antifungal activities against various (g-positive and g-negative) microorganisms.