Biyomedikal uygulamalar için ksantan, guar, arabik ve locust bean gamlardan makro, mikro ve nano yapılar
Xanthan, guar, arabic and locust bean gum based macro, micro and nano structures for biomedical applications
Yazar: SELİN SAĞBAŞ
Danışman: PROF. DR. NURETTİN ŞAHİNER
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Yapılan tez çalışmaları kapsamında biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere doğal polisakkarit olan ksantan, guar, arabik ve locust bean gamlardan çapraz bağlı makro, mikro ve nano yapılar % 78,5 ile 100 arası değişen yüksek verimlerde sentezlenmiştir. Farklı polimerizasyon teknikleri kullanılarak ve yüzey aktif madde çeşidi ve miktarı, polimer konsantrasyonu, çapraz bağlayıcı çeşidi ve miktarı ve sıcaklığa bağlı olarak farklı boyutlarda gam esaslı çapraz bağlı makro, mikro ve nanojeller ve hatta kriyojeller hazırlanmıştır. Negatif zeta potansiyel değerine sahip gam esaslı makro, mikro ve nanojeller kuaternize amin, lineer amin ve dallanmış amin grupları içeren modifiye ajanlar ile modifiye edilerek +5 ile +45 mV arasında zeta potansiyel değerlerine sahip olabilen katyonik yapılar hazırlanmıştır. Ardından polimerik ağ yapıdaki amin grupları protonlanarak ve anyon değişim reaksiyonu ile -NH3+[N(CN)2]-, -NH3+[PF6]- veya -NH3+[BF4]- gruplarını içeren polimerik iyonik sıvı formunda makro, mikro ve nanojeller elde edilmiştir. Gam esaslı polimerik yapıların morfolojik karakterizasyonu optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile fizikokimyasal karakterizasyonları ise Fourier dönüşümlü-kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), termogravimetrik analiz (TGA), dinamik ışık saçılması (DLS) ve zeta potansiyel (ZP) ölçümleri ile belirlenmiştir. Hazırlanan gam esaslı polimerik yapılar 2 mg/mL konsantrasyonda maksimum % 2,6 hemoliz oranı ve minimum % 82,7 kan pıhtılaşma indekslerine göre kan uyumlu malzemeler olduğu ve COS-1 maymun fibroblast hücreleri üzerinde 1000 µg/mL konsantrasyonda minimum % 93,7±10,2 hücre canlılığı ile önemli bir sitotoksik etkilerinin olmadığı belirlenmiştir. Protonlanmış ve iyonik sıvı formdaki mikrojeller, 5-20 mg/mL minimum inhibisyon konsantrasyon (MİK) değerleri ve 11±2 mm zon çapları ile Eschericia coli ve Staphylococcus aureus bakterilerine karşı antimikrobiyal etki göstermiştir. Ayrıca gam esaslı mikrojeller, çözeltiden ilaç yükleme yöntemine göre ilaç konjugasyonu yöntemi ile 10 kat ve mikrojellerin modifikasyonları ile ise 100 katı daha fazla sodyum diklofenak (SDF) ilacını yükleyerek, pH 7,4 ve 37,5 ºC'deki fizyolojik koşullarda lineer bir şekilde 120 saat boyunca salmıştır. Gam esaslı kriyojeller çeşitli biyoaktif moleküller ve biyomakromoleküllerin ayırımında kullanılmış ve hatta gam esaslı kriyojellerin whey (peyniraltı atık suyu) proteinlerini 599±11 mg/g gibi yüksek absorplama kapasitesine sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
In the scope of this thesis, crosslinked macro, micro and nanogels derivated from natural polysaccharides, xanthan, guar, arabic and locust bean gum were synthesized with high yields varying between 78.5 and 100 % for biomedical applications. Employing different polymerization techniques and depending on the used surface-active agent types and amounts, polymer concentrations, types of the crosslinking agents and their amounts and the reaction temperature, gum based crosslinked macro, micro and nanogels and even their cryogels were prepared. Gum based macro, micro and nanogels with negative zeta potential values were modified using modifying agents that have quaternized amine, linear amine and branched amine rendering structures with positive zeta potential values varying between +5 and +45 mV. Subsequently, the amine groups on the polymeric networks were protonated and via anion exchange reaction, macro, micro and nanogels in ionic liquid polymeric structures with -NH3+[N(CN)2]-, -NH3+[PF6]- or -NH3+[BF4]- groups were obtained. The morphological characterization of gum based polymeric structures were done by optic microscope and Scanning Electron Microscope (SEM), and the physicochemical characterization were carried out using Fourier Transformed Infrared-Radiation (FT-IR) spectroscopy and Thermogravimetric Analysis (TGA), Dynamic Light Scattering (DLS) and zeta potential measurements. The prepared gum based polymeric structures were determined as blood compatible materials with maximum 2.6 % hemolysis ratio and minimum 82.7 % blood clotting indexes and revealed no cytotoxic effects on the COS-1 monkey fibroblast cell with minimum 93.7±10.2 % at 1000 µg/mL concentration. Protonated and ionic liquid forms of microgels were shown antimicrobial effects against Eschericia coli and Staphylococcus aureus bacteria with 5-20 mg/mL minimum inhibition concentration (MIC) values and 11±2 mm inhibition zones. Furthermore, gum based microgels in comparison to drug loading from solution method were loaded sodium diclofenac (SDF) drug 10-fold by drug conjugation method, and 100-fold by the modification of microgels, and provided a linear release profile for 120 hours at physiological conditions, pH 7.4 at 37.5 ºC. Gum based cryogels were used in the separation of bioactive molecules and biomacromolecules, and even a high absorption capacity, 599±11 mg/g of whey proteins for gum based cryogels were observed.