RAFT yöntemi ile N-(2-hidroksipropil)metakrilamid-b-4-vinilpiridin (HPMA-b-VP) kopolimerinin sentezi ve karakterizasyonu
N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide-b-4-vinylpyridine (HPMA-b-VP) copolymer synthesis via RAFT method and characterization
Yazar: ZEYNEP ÖZDEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEVİL DİNÇER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release ; Polimer sentezi = Polymer synthesis ; Polimetakrilat = Polymethacrylate

Özet:
Bu çalışma ile ilaç salım veya gen aktarım uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip amfifilik blok kopolimerlerin yaşayan/kontrollü bir polimerizasyon yöntemi olan Tersinir Katılma-Ayrışma Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT) ile sentezi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır.Amfifilik özellikteki polimerlerden oluşturulan taşıyıcı sistemler özellikle hidrofobik ilaçların hedefe aktarılmasında etkin yöntemler olarak karşımıza çıkmaktadır. Diğer taraftan, pozitif yüklü polimerik taşıyıcılar da ilaç salımında potansiyel olabileceği gibi, DNA ile etkileşerek hücre aktarımına olanak sağlamaktadır. Ancak bu çalışmalarda kullanılacak sentetik polimerin fizikokimyasal özellikleri çalışmanın etkinliği ve tekrarlanabilirliği açısından önemlidir. Bu nedenle monodisperse yakın özellikte polimerlerin sentezlenmesi için yeni yöntemler önem kazanmaktadır.Yaşayan/kontrollü radikal polimerizasyon teknikleri molekül ağırlığı önceden tahmin edilebilen ve düşük polidispersite değerine sahip makromoleküler yapıların üretiminde kullanıldıklarından son zamanlarda yapılan çalışmalarda önem kazanmışlardır. Bu yöntemlerden biri olan RAFT tekniği ile farklı yapılarda (blok, gradient, graft, yıldız), monodispers özellikte ve fonksiyonel gruplu polimerler sentezlenebilmektedir.Bu özellikler göz önüne alınarak yapılan bu çalışmada polimer yapısının ve Mn'in kontrol edilebildiği RAFT polimerizasyon tekniği kullanılarak poli(HPMA-b-VP) kopolimeri sentezlenmiştir. Bunun için öncelikle HPMA monomeri sentezlenmiştir. Bu monomere uygun RAFT ajanı ve bu ajanın reaksiyonu kontrollü olarak ilerlettiği monomer/RAFT ajanı/başlatıcı oranı bir seri deneme yapılarak saptanmıştır. Seçilen RAFT ajanı ve belirlenen monomer/RAFT ajanı/başlatıcı oranında poli(HPMA) homopolimeri RAFT polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Geleneksel yöntem ile yapılan sentez mikrodalga ısıtma sistemi kullanılarak da gerçekleştirilmiş ve mikrodalga enerjisinin reaksiyona etkisi incelenmiştir. Sonraki aşamada ise sentezlenen poli(HPMA) homopolimeri zincir ucunda taşıdığı RAFT ajanının foksiyonel gruplarından dolayı makroCTA ajanı olarak kullanılarak vinil piridin monomeri ile poli(HPMA-b-VP) kopolimeri sentezlenmiştir. Sentezlenen homopolimer ve kopolimerlerin reaksiyon kinetikleri incelenmiş, GPC ve ¹H-NMR ile molekül ağırlıkları, FT-IR ve ¹H-NMR ile yapısal olarak karakterize edilmişlerdir. Daha sonra, kopolimere pozitif yük kazandırmak için, alkil halojenür yardımıyla kuaternleşme reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, amfifilik özellikteki kopolimerin Zetasizer ile misel oluşturma kabileyeti incelenmiş, boyut ve yük analizleri yapılmıştır.Elde edilen sonuçlar incelendiğinde RAFT yöntemi ile poli(HPMA-b-VP) kopolimerinin kontrollü olarak başarılı bir şekilde sentezlendiği gözlemlenmiştir. Piridin halkasının kısmi kuarternleştirilmesi yükünde pozitif artma sağlanmıştır. Ayrıca gösterdiği misel oluşturma potansiyelinden dolayı ilaç/gen taşınmasında kullanım için uygun taşıyıcılar oldukları düşünülmekte ve bu amaçla çalışmalar yürütülmektedir.

Abstract:
This study aimed at synthesis and characterization of amphiphilic block copolymers by one of the living/controlled polymerization methods, named as Reversible Additional-Fragmentation Chain Transfer Polymerization (RAFT), as potential carriers for gene or drug delivery.The carrying systems formed by polymers which have amphiphilic properties came out as an effective method for the delivery of hydrophobic drugs to the cells. In addition, positively charged polymeric carriers allow DNA to enter cells as well as show great potential in drug delivery. However, physicochemical properties of synthetic polymers to be used in these studies are in great importance for efficiency and reproducibility. Therefore new methods for the synthesis of monodisperse polymers have been gaining significance in this area.Living/Controlled radical polymerization techniques have a great deal of attention because of their versatility in the production of complex macromolecular architectures with pre-estimated molecular weights and very narrow molecular weight distribution. These methods allow us to synthesize polymers various architectures (block, gradient, graft, star), monodisperse and functional.Here, poly(HPMA-b-VP) copolymer was synthesized via RAFT polymerization by which controlled structure and Mn are possible. First, N-(2-hyroxypyropyl) methacrylamide monomer was synthesized. Then suitable RAFT agent and monomer/RAFT agent/initiator ratio were determined by changing monomer/CTA/initiator ratios. Then poly(HPMA) homopolymer synthesized with chosen RAFT agent and ratio. In adiditon to the conventional heating, these reactions were also carried out by microwave heating and effect of microwave irradiation was investigated. In the following step, poly(HPMA-b-VP) copolymers were synthesized by using vinyl pyridine monomer and poly(HPMA) homopolymer as a macroCTA. Reaction kinetics of synthesized polymers were examined by using conversion (gravimetrically) and molecular weight data (by GPC). Structural and functional characterizations were determined by FT-IR and H-NMR. Then, quaternization was applied to the copolymers by using an alkyl halide to obtain permanent positive charge on the chains. In addition, the micelle formation capability, charge and size of amphiphilic polymers were examined by Zetasizer.According to the results, poly(HPMA-b-VP) copolymer was successfully synthesized via RAFT method in a controlled molecular weight and narrow size distribution. It was shown that these amphiphilic polymers have micelle-forming ability and can be partially positively charged. Therefore, these polymers have a great potential to be used in drug or gene delivery. It has been planning to study the applications of these carriers to elucidate their effectiveness in corresponding systems.