Polimer karışımları kullanılarak nanokompozit jellerin hazırlanması, karakterizasyonu ve biomedikal uygulamaları
Preparation and characterization of nanocomposite gels using polymer blends and biomedical applications
Yazar: DARİUSH NİKJOO
Danışman: PROF. DR. AYŞE ZEHRA AROĞUZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Araştırmacılar sağlık alanında daha hızlı ilerlemek için yeni biyomalzemeler geliştirmeye çalışırlar. Geleneksel malzemelerin yerine daha gelişmiş olan nano boyutlu veya mikro ölçekli katı maddelerin polimerlerle karışımından oluşturulan yeni malzemeler üretmişlerdir. Manyetik alana duyarlı malzemeler başlıca ferroakışkanlar, manyeto-reolojik akışkanlar, manyetik jeller ve manyetik elastomerleri içermektedirler. Manyetik jeller yeni kompozit yapıya sahip olan, esnek yapıdaki polimerik matrikste dağılan mikron-nanometre boyut aralığında küçük manyetik parçacıklardan oluşurlar. Bu özellikler, araştırıcıları yeni tip anahtarlar, sensörler, mikrocihazlar, biomimetik enerji dönüştürücüler ve kontrollü salım sistemleri çalışmalarına yönlendirmiştir.
Bu çalışmada, metilselüloz (MC) doğal polimeri ile farklı oranlardaki polikaprolakton (PCL) kullanılarak film ve disk şeklinde hidrojelleri hazırlanmıştır. Demir oksit (Fe3O4) nanopartiküller kullanılarak hidrojeller manyetik alana duyarlı hale getirilerek, nanokompozit yapılmıştır. Hidrojellerin hazırlanmasında, glutaraldehit (GA) çapraz bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Hazırlanan diğer bir grup hidrojeller de MC ve sodyum aljinat (SA)'ın kalsiyum klorür (CaCl2) ve glutaraldehit (GA) ile çapraz bağlanması ile elde edilen MC-SA tanecik yapılı jelleri'dir. İlaç yüklü hidrojeller, model ilaç 5-fluorouracil (5-FU)'in polimerlerin çapraz bağlanmadan önce karışıma ilave edilmesiyle elde edilmiştir. 
İlaç yüklenmiş ve yüklenmemiş jellerin FTIR, XRD ve TGA analizleri yapılarak yapısal ve termal özellikleri karşılaştırılmıştır. Jellerin, 37 °C'de farklı pH (pH=2.1 ve 7.4) değerlerine sahip tampon çözeltilerde şişme değerleri ve bu jellerin 5-FU ilacının salımında kullanılabilirliği ve salım kinetiği incelenmiştir. Bunun yanı sıra, jel filmler ve nanokompozit jel filmlerin mekanik özellikleri belirlenmiştir.
Karakterizasyon çalışmaları sonucunda 5-FU ilacının jellerde homojen olarak dağıldığı tespit edilmiştir. MC-PCL hidrojellerinin, nötral ortamdaki (pH=7.2) şişme denge değerleri pH=2.1'dekine göre daha fazla bulunmuştur. SA-MC hidrojellerinin ise asidik ortamda (pH=4.0)  şişme denge değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. MC-PCL ve SA-MC jellerinde sırasıyla pH=7.2 ve pH=4.0 olduğu ortamda ilaç salım miktarının daha çok olduğu gözlenmiştir. Bu sonuç, şişme denge değerlerinden elde edilen sonuçlarla uyumludur. İlaç salım deneyleri manyetik alan etkisinde yapılmıştır. Sonuçlara göre, MC-PCL hidrojellerinde, manyetik alan etkisinde ve nanopartiküllerin artmasıyla salımın azaldığı görülmüştür. Ayrıca, SA-MC hidrojellerinde manyetik alan etkisinde ve nanopartikül miktarının artmasıyla ilaç salım değerinin azaldığı gözlenmiştir.

Abstract:
Researchers try to develop of novel biomaterials to advance in the field of health care more swiftly. The new materials display novel and improved properties compared with the traditional materials and consist of the combination of polymers with nanosized or microsized solid materials. Magnetic field sensitive materials mainly contain ferrofluids, magneto-rheological fluids, magnetic gels, and magnetic elastomers. The magnetic gels display a new type of composite and include small magnetic particles with dimension of the nanometer to micron range, dispersed in a highly elastic polymeric matrix. Focus on properties of these polymeric systems, will help the researchers to develop new type of switches, sensors, micro-machines, biomimetic energy transducing devices and controled delivery systems.
In this study, film and disc hydrogels have been synthesized using methylcellulose natural biopolymer and polycaprolactone blends.  Fe3O4 nanoparticles have been used for production of nanocomposite gels which is sensitive to magnetic field. Gluteraldehide solution was also used as crosslinking agent during hydrogel synthesis. Furthermore, MC and sodium alginate blend hydrogels were synthesized using the CaCl2 and GA as crosslinking agents. Drug loaded hydrogels have been obtained by the addition of model drug 5-FU to the feed before the polymerization.
The structural and thermal characterization of drug-loaded or -unloaded hydrogels have been analyzed by FTIR, XRD and TGA analysis, and their structural and thermal properties were compared. The swelling of gels in both buffer solutions with pH=2.1 or 7.4 at 37 °C were determined, and the application potential of these gels in the delivery of 5-FU, and release kinetic was investigated. In addition, the mechanical properties of these gel films and nanocomposites were also determined.
The characterization studies indicated that the drug was dispersed homogeneously in the hydrogels. It has been determined that the equilibrium swelling values of MC-PCL - hydrogels in the neutral - medium (pH=7.2) were higher than those at pH=2.1 and for SA-MC hydrogels, equilibrium swelling values is higher in acidic medium (pH=4.0). The highest amount of drug release for MC-PCL and SA-MC gels was observed at pH=7.2 ve pH=4.0, respectively. These results are in accordance with results for equilibrium swelling values for corresponding gels. Additioally, drug release experiment has been performed under magnetic field. It has been determined that drug release for MC-PCL hydrogels increases under magnetic field and by increasing the nanoparticle concentration and for SA-MC hydrogels decrease in the release has been determined by  increasing nanoparticle concentration.