Poli-3-hidroksibutirat-kitosan-selüloz esaslı biyobozunur, çevre dostu ve toksik olmayan yara örtüsü üretimi
Production of poly-3-hydroxybutyrate-chitosan-cellulose based biodegradable, environmentally friendly, and non-toxic wound dressing
Yazar: ARİF ENES KARACA
Danışman: DOÇ. DR. AYLİN ŞENDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Kitosan = Chitosan ; Selüloz = Cellulose ; Yara iyileşmesi = Wound healing

Özet:
Bu tez kapsamında, poli-3-hidroksibütirat (PHB), kitosan ve selüloz biyomalzemeleri literatürde ilk kez bir arada kullanılarak biyouyumlu, biyobazlı, biyobozunur ve düşük maliyetli yara örtüleri üretilmiştir. Pirinç kabuklarından ekstrakte edilen selülozun fonksiyonel gruplarının, morfolojisinin, termal davranışının, kristalliğinin ve yüzey özelliklerinin belirlenmesi amacıyla sırasıyla Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FT-IR), Taramalı Elektron Mikroskobu-Enerji Dispersiv Spektrumu (SEM-EDS), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), X-Işını Difraksiyon (XRD) ve Yüzey Analiz ve Porozite (BET) analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, elde edilen selülozun ticari selülozlardan herhangi bir farkı bulunmadığı sonucuna varılmıştır. %1'lik asetik asit içerisinde ağırlıkça %1, %1,5 ve %2'lik konsantrasyonda kitosan oda şartlarında çözdürülmüştür. Ardından, ağırlıkça %0,5 selüloz ve %0,5 PHB ilaveleri kitosan çözeltisi üzerine eklenmiştir. Elde edilen viskoz çözeltiden 15 mL casting (döküm) yöntemi ile cam plaka üzerine dökülmüş ve oda şartlarına 1 gün bekletilerek yara örtüsü üretilmiştir. Üretilen yara örtülerinin temel karakterizasyonları (FT-IR, SEM-EDS, TGA, DSC, mekanik mukavemet, su absorpsiyonu, kütle kaybı ve topraktaki biyobozunurluk testi) ve in vitro karakterizasyonları (3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil-2H-tetrazolyum bromür (MTT) sitotoksisite, çizik analizi, antimikrobiyal aktivite) gerçekleştirilmiştir. FT-IR sonucuna göre kitosan oranı arttıkça kitosan kaynaklı -NH piklerinin daha da derinleştiği gözlemlenmiştir. SEM görüntülerinde yara örtülerinin neredeyse pürüzsüz bir morfolojiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Yara örtüsü içerisindeki PHB, kitosan ve selüloza ait spesifik piklerin varlığına TGA ve DSC grafiklerinde rastlanmıştır. Ek olarak, yara örtülerinin su absorpsiyon kapasitesi %80-%120 arasında belirlenmiştir. Toprakta gerçekleştirilen biyobozunurluk analizi sonuçlarına göre ise, yara örtüleri 30 gün içerisinde tamamen yok olmuşlardır. MTT sitotoksisite analizinde yara örtülerinin toksik olmadığı gözlemlenmiştir. Yara örtülerinin yarayı iyileştirdiği çizik analizi ile kanıtlanırken, antimikrobiyal bir etkiye sahip olmadıkları sonucuna varılmıştır. Yara örtülerine antimikrobiyal bir özellik kazandırılmasının ardından diğer pre-klinik testleri gerçekleştirilerek uluslararası yara bakımı piyasasına, sürdürülebilir bir medikal malzeme kazandırma potansiyeli değerlendirilecektir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, biocompatible, biobased, biodegradable and low-cost wound dressings were produced using poly-3-hydroxybutyrate (PHB), chitosan and cellulose biomaterials together for the first time in the literature. Fourier transform infrared (FT-IR), Scanning electron microscopy-energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), Thermal gravimetric analysis (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analyses were performed to evaluate the functional groups, surface morphology, thermal behavior, surface area, and crystallinity of cellulose extracted from rice husks, respectively. According to the results of the analyses, it was concluded that the extracted cellulose was not different from commercial cellulose. Chitosan at concentrations of 1%, 1.5% and 2% by weight in 1% acetic acid was dissolved at room conditions. Then, 0.5% cellulose and 0.5% PHB by weight were added into the chitosan solution. 15 mL of the obtained viscous solutions were poured onto glass plates, and the wound dressing was produced by casting and keeping it under room conditions for 1 day. Basic characterizations (FT-IR, SEM-EDS, TGA, DSC, mechanical strength, water absorption, mass loss and biodegradability in soil test) and in vitro characterizations ((3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide) (MTT) cytotoxicity, scratch test, antimicrobial activity) of the produced wound dressings were performed. According to the FT-IR result, it was observed that the -NH peaks originating from chitosan became deeper as the chitosan ratio increased. The wound dressings were observed to have an almost smooth surface morphology in SEM images. The presence of PHB, chitosan and cellulose in the formulation was determined in TGA and DSC graphs. In addition, the water absorption capacity of wound dressings was between 80% and 120%. According to the results of the biodegradability analysis carried out in the soil, the dressings were completely biodegradable within 30 days. The dressings were observed to be non-toxic according to MTT cytotoxicity analysis. While it has been proven by scratch assay that wound dressings help in healing of the wound, it is concluded that they do not have an antimicrobial effect. After the wound dressings are added an antimicrobial feature, other pre-clinical tests will be carried out to evaluate the potential of introducing a sustainable medical material to the international wound care market.