Poli(metakrilik asit) graft biyopolimerlerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of poly(methacrylic acid) graft biopolymers and investigation of their properties
Yazar: MEHMET ALİ GÜLER
Danışman: PROF. DR. SAADET KEVSER PABUCCUOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Hidrojeller = Hydrogels ; Metakrilik asit = Methacrylic acid ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nişasta = Starch

Özet:
Polimerlerin bir grubu olan hidrojel ve nanokompozit hidrojel yapısındaki ürünler, bilhassa son yıllarda yapılan araştırmalardan da görüldüğü gibi ilaç salım sistemlerinde taşıt maddesi olarak sıklıkla kullanılmaktadırlar. Bu bileşikler başlangıç monomerlerinden sentetik olarak elde edilebildikleri gibi, biyopolimerlere (kitosan, nişasta, selüloz, kollajen v.b.) bazı modifikasyon reaksiyonlarının uygulanması ile de üretilebilmektedirler. Biyopolimerler içerisinde özellikle nişastanın doğada bol miktarda bulunması ve biyouyumlu ve ucuz olması nedeniyle tercih edilen polisakkarit bileşiklerindendir. Bilhassa nişastanın akrilik monomerlerle graft kopolimerizasyon ürünleri, ilaç salım sistemlerinde taşıt maddesi olarak kullanımına yönelik, yeni ve istenen özelliklerin geliştirilmesi açısından büyük bir potansiyele sahiptir. Bu alanda yapılan çalışmalarda nişasta esaslı graft polimerler, akrilat türevlerinden akrilik asit, akrilamid, metakrilik asit vb. monomerler ve seryum amonyum-IV-nitrat başlatıcısı kullanılarak sentezlenmiştir. Bu malzemelerden nişasta graft poli(metakrilik asit) (N-g-PMA) kopolimerleri, asidik ortamda düşük şişme ve yüksek mukozaya yapışabilirlik özellikleri göstermelerinden dolayı oldukça dikkat çekmektedir.Bu tezle sunulan çalışmanın temel amacı, biyoyapışabilir ilaç salım sistemlerinde hidrojel/nanokompozit hidrojel yapıdaki polimer taşıyıcı olarak kullanılabilecek özellikte nişasta graft poli(metakrilik asit) kopolimerleri (N-g-PMA), ilk defa, çeşitli tipte nişastalar; mısır (M), patates (P), pirinç (Pr), buğday (B) kullanılarak sentezlenmesi, karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesidir.Çalışmanın ilk kısmında metakrilik asidin monomerinin (MA) çeşitli nişastalar üzerine graft reaksiyonu, seryum amonyum nitrat (CAN) başlatıcılığında, azot atmosferi altında gerçekleştirildi. Nişastalara jelatinizasyon ön işlem uygulanmasının ve çapraz bağ reaktifi N,N'-metilen bisakrilamid (NMBA) kullanılmasının son ürünün özellikleri üzerindeki etkileri incelendi. Ürünlerin yapıları FTIR (Fourier Transform Infrared Spektroskopisi) ile aydınlatılarak graft miktarları (%GM) tayin edildi. Ürünlerden hazırlanan tabletlerin suda ve in vitro vajinal ortam pH 5 laktat tamponundaki şişme davranışları ile mekanik özellikleri ve in vitro ortamda koyun vajina dokusu kullanılarak biyoyapışabilirlik özellikleri incelendi.Çalışmanın ikinci kısmında MA, B ve farklı miktarlardaki (monomerin ağırlıkça %1-10'u) montmorillonitin (MMT) kullanılarak nanokompozit hidrojel yapısında graft polimerler elde edildi. Ürünlerin yapıları Fourier Transform Infrared Spektoskopisi (FTIR) ve X Işını Kırınımı (XRD) teknikleri ile aydınlatılarak %GM'ları tayin edildi. Ürünlerden hazırlanan tabletlerin suda ve in vitro vajinal ortam olarak pH 5 laktat tamponundaki şişme davranışları ile mekanik özellikleri ve in vitro ortamda koyun vajina dokusu kullanılarak biyoyapışabilirlik özellikleri incelendi.Çalışmanın üçüncü kısmında ise buğday nişastası allil glisidil eter (AGE) ile aktive edilerek, başlatıcı kullanılmadan ve K2S2O8 başlatıcısı kullanılarak MA monomeri graft edildi. Ürünlerin yapıları FTIR ile aydınlatılarak graft miktarları (%GM) tayin edildi. Ürünlerden hazırlanan tabletlerin suda ve in vitro vajinal ortam olarak pH 5 laktat tamponundaki şişme davranışları ile mekanik özellikleri ve in vitro ortamda koyun vajina dokusu kullanılarak biyoyapışabilirlik özellikleri incelendi.Tüm sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirildiğinde; en yüksek graft miktarına (%43.6) sahip ürünün B ve CAN kullanılması durumunda elde edilebildiği, nişasta tipinin ürünlerin başlıca graft miktarı olmak üzere şişme davranışı, mekanik ve mukozaya yapışabilme özellikleri üzerinde etkili bir faktör olduğu, jelatinizasyon ön işlemi uygulamanın kullanılan tüm nişasta tiplerinde elde edilen ürünlerin özellikleri üzerinde olumlu katkısı olduğu, nanokompozit ürünler durumunda MMT miktarının %1'den %7'ye arttırılmasıyla son ürünün graft miktarının belirgin bir şekilde arttığı, B'nın AGE bileşiği ile modifiye edilerek B'sı molekülüne olefinik fonksiyonalite kazandırılabildiği ve MA monomerinin persülfat bileşiği tipinde bir başlatıcı kullanılmadan graft reaksiyonunun gerçekleştirilebileceği, tüm ürünlerin in vitro çalışmalar sonucunda koyun vajina dokusuna yapışabilen özellikte ve genel anlamda mukozaya yapışabilen polimerler olduğu saptandı.

Abstract:
As seen particularly in recent studies, the products with hydrogel/nanocomposite hydrogel structure are mostly used in drug delivery systems as carrier. These compounds are synthesized from their monomers as synthetic, but also they are manufactured by the application of the some modification reactions to the biopolymers (such as chitosan, starch and collagen etc). In these biopolymers starch is particularly preferred due to the abundant, inexpensive and biocompatible natural polysacharide compounds. The starch based acrylic monomers graft copolymer products have especially a great potential in respect to the improved new and desired properties as carrier in drug delivery systems. In the studies carried out in this area, starch based graft copolymers were synthesized by using the acrylate derivatives such as acrylic acid, acrylamide, methacrylic acid monomers etc., and cerium ammonium nitrate as initiator. The N-g-PMA copolymers in these materials, take considerably attention because of they exhibit high mucoadhesive and low swelling properties in acidic medium.The main aim of the study presented this thesis, first time, starch based poly(methacrylic acid) graft copolymers that can be used as the polymeric carriers with hydrogel/nanocomposite hydrogel structure in the bioadhesive drug delivery systems in to synthesize by using the various of the starch types; corn (M), potato (P), rice (Pr) and wheat (B) to characterize and investigate their properties.The first part of this study, graft reactions of methacrylic acid (MA) onto various starches was carried out by using cerium amonium nitrat (CAN) as an initiator under nitrogen atmosphere. The effects of gelatinization pretreating to starches and using crosslinking agent onto properties of the products were investigated. The structures of the products were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) grafting amounts (%GM) of copolymers were determined. Swelling behaviours of tablets prepared from these products were investigated in water and in pH 5 lactate buffer solution used as in vitro vajinal medium, also mechanical preperties and in vitro bioadhesion characteristics of all tablets were investigated by using vaginal mucosa of sheep.The second part of the study, graft copolymers with nanocomposite hydrogel structure were obtained by using MA monomer, B and different amounts (1-10 wt% of monomer amount) of montmorillonite (MMT). The structure of the products were characterized by Fourier Transform Infrared Spestroscopy (FTIR) and X-ray difraction (XRD) techniques, grafting amounts (%GM) of copolymers were determined. Swelling behaviours of teblets prepared from these products were investigated in water and in pH 5 lactate buffer solution used as in vitro vaginal medium, also mechanical preperties in vitro bioadhesion characteristics of all tablets were investigated by using vaginal mucosa of sheep.The third part of the study, wheat starch was activated by allyl glycidyl ether and MA monomer was grafted by using and without using K2S2O8 initiator. The structures of the products were characterized by Fourier Transform Infrared Spestroscopy (FTIR) and grafting amounts (%GM) of copolymers were determined. Swelling behaviours of tablets prepared from these products were investigated in water and in pH 5 lactate buffer solution used as in vitro vaginal medium, also mechanical preperties and in vitro bioadhesion characteristics of all tablets were investigated by using vaginal mucosa of sheep.All resuls were evaluated in comparison; it was concluded that the products which has the highest grafting amount (43,6%) was obtained by using B and CAN, the type of starch was an effective factor on the mainly grafting amount, swelling behaviour, mechanical and mucoadhesion characteristics of the products, gelatinization pretreating for all types of starch has a positive contribution on the properties of the products, in case nanocomposite products grafting amount of the products obviously increases by increasing the MMT amounts from 1% up to 7%, olefinic functionality on the B can be achieved by the modification with AGE compound and the grafting reaction of the MA monomer onto B molecule can be carried out without using an initiator such as persulfate compounds, as a result of in vitro studies all products have bioadhesive properties and they are mucoadhesive polymers.