PMMA-co-PHEMA, PMMA-co-PnBMA ve PnBMA-co-PHEMA kopolimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve lens materyali olarak kullanımının araştırılması
Investigation of the synthesis, characterization and usage of PMMA-co-PHEMA, PMMA-co-PnBMA veandPnBMA-co-PHEMA copolymers as lens material
Yazar: CUMALİ GÜÇLÜ
Danışman: PROF. DR. HÜLYA ARSLAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Kontakt lens kullanıma en uygun çeşitleri yapabilmek ve biyomedikal alanlarda uygulaması olan materyallerin sentezi ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesi için araştırmalar yapılmaktadır. Monomerlerin çeşitli kombinasyonları bu materyallerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirebilmektedir. Bu çalışma kapsamında, hem lens materyali olan hem de biyomedikal ve teknoloji alanlarında uygulaması olan polimetilmetakrilat (PMMA), polihidroksietilmetakrilat (PHEMA) ve poli(n-butilmetakrilat) (PnBMA) polimerlerini farklı kombinasyonlarda ve bileşimlerde içeren PMMA-co-PHEMA (PMMA/PHEMA: 1/1; 1/2; 2/1), PMMA-co-PnBMA (PMMA/PnBMA: 1/1; 1/2; 2/1) ve PnBMA-co-PHEMA (PnBMA/PHEMA: 1/1; 1/2; 2/1) rastgele kopolimerleri Azobisizobütironitril (AIBN) başlatıcısı kullanılarak geleneksel radikalik polimerleşme yöntemi ile sentezlendi. Sentezlenen kopolimerlerin karakterizasyonu; Azaltılmış Tam Yansıma Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektroskopi (ATR-FTIR), Nükleer Magnetik Rezonans Spektroskopisi (1H-NMR), Jel Geçirgenlik Kromatografısi (GPC), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termogravimetrik Analiz (TGA) teknikleri ile yapıldı. Film formda hazırlanan kopolimerlerin UV-VİS ölçümleri, dalga boyuna bağlı (325-700 nm) olarak yapılarak, optik bölgede kırma indisleri (RI) hesaplandı. Kopolimerlerin denge su içerikleri (EWC) gravimetrik yöntemle (24 saat ve 48 saat sonra) belirlenerek, oksijen geçirgenlik (Dk) değerleri hesaplandı. Homopolimerlerin ve kopolimerlerin FTIR spektrumları karşılaştırılarak, kopolimerizasyon oluşumu moleküler düzeyde gözlendi. GPC sonuçlarına göre; polimerizasyonun başarılı olduğu bulundu. Kopolimerlerin 1H NMR spektrumları kopolimerizasyonun başarılı bir şekilde gerçekleştiğini göstermiştir. DSC termogramlarından camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) bulunarak, kopolimer yapılarının oluştuğu belirlendi. TGA sonuçları kopolimerlerin yüksek sıcaklık değerlerine kadar termal olarak kararlı olduğu göstermektedir. Tüm örnekler için görünür bölge optik geçirgenlik oldukça yüksek bulundu. PMMA-co-PHEMA ve PMMA-co-PnBMA kopolimerlerinin UVA (325-400 nm) geçirgenliğinin oldukça yüksek olmasından dolayı, kopolimerlerde UVA ışınlarına karşı korumayı sağlayacak ek kimyasalların kullanımının gerekli olabileceği sonucuna varıldı. Kopolimerlerin RI değerlerinin literatürdeki lens materyalleri için bulunanlarla uyumlu olduğu görüldü. PMMA-co-PnBMA kopolimerlerinde EWC değerlerinin çok düşük olması, bu kopolimerlerinin kontakt lens materyali olarak kullanılamayacağını göstermiştir. Bu sonuçlardan yola çıkarak, PMMA-co-PnBMA kopolimerlerinin kemik çimentosu ve dental komposit resin olarak kullanılmasının daha doğru olacağı, ancak kontakt lens materyali olarak kullanılacaksa bazı su tutucu ek monomerlerle yeni kopolimerlerin oluşturulması önerilmektedir. PMMA-co-PnBMA kopolimerlerinde çok düşük su tutma kapasitesi bulunmuştur. Bu durumda kontakt lens materyali olarak önerilmesi pek doğru olmayacaktır. PnBMA-co-PHEMA kopolimerlerde 24 saat sonunda PHEMA oranı artığında (1/1 ,1/2) EWC değeri artarken PnBMA oranı (1/1 , 2/1) artığında EWC değerinin azaldığı gözlenmiştir. PnBMA-co-PHEMA kopolimerlerin görünür bölge optik geçirgenliği diğer örneklere göre daha düşük olarak ölçülürken, bu grupta en yüksek optik geçirgenlik (1/1) örneğine aittir. Nem tutuculuk (EWC) ve oksijen geçirgenliği bakımından en iyi sonuçlar PnBMA-co-PHEMA kopolimerleri için elde edilmiştir. PnBMA-co-PHEMA kopolimerlerinin UVA (325-400 nm) geçirgenliğinin diğer iki kopolimere göre daha düşük ancak kontakt lens materyali olarak kullanım için diğerleri gibi yüksek olduğu tespit edilmiştir. Dk değeri (48 saat) BH1 için 88.5 BH2 için 28.57 olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara göre PnBMA-co-PHEMA kopolimerleri kontakt lens materyali olarak umut vadetmektedir. 
Böylece farklı bileşimlerdeki kopolimerlerin lens malzemesi olarak kullanımının uygunluğunun araştırılması yanında optik özelliklerine bileşimin etkisi de araştırılmış oldu. Bunlara ilaveten PMMA-co-PnBMA kopolimerlerinin film formlarına çekme deneyleri yapılarak filmlerin mekanik özellikleri incelendi. PMMA-co-PHEMA ve PnBMA-co-PHEMA kopolimerlerinin filmleri kırılgan olduğu için mekanik test uygulanamadı.

Abstract:
Researches have carried out to make the most suitable types for contact lens use and to develop the synthesis and physical properties of materials that have applications in biomedical fields. Various combinations of monomers can alter the physical and chemical properties of these materials. In this study, polymethylmethacrylate (PMMA), polyhydroxyethylmethacrylate (PHEMA) and poly(n-butylmethacrylate) (PnBMA) homopolymers, which are thought to have lens material potential, were used in different combinations and compositions. Random copolymers of PMMA-co-PHEMA (PMMA/PHEMA: 1/1; 1/2; 2/1), PMMA-co-PnBMA (PMMA/PnBMA: 1/1; 1/2; 2/1) and PnBMA-co- PHEMA (PnBMA/PHEMA: 1/1; 1/2; 2/1) were synthesized by conventional radical method using AIBN azo initiator. Characterization of these copolymers was performed using Reduced Full Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR), Gel Permeability Chromatography (GPC), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA). The UV-VIS measurements of the copolymers prepared in film form were made depending on the wavelength (325-700 nm), and the refractive indices (RI) in the optical region were calculated. Equilibrium water content(EWC) of the copolymers was determined by gravimetric method (24 hours and 48 hours later), and oxygen permeability (Dk) values were calculated. By comparing the FTIR spectra of homopolymers and copolymers, copolymerization formation was observed at the molecular level. According to GPC results, the polymerization was successfully achieved. Glass transition temperatures (Tg) were found from DSC thermograms and it was determined that copolymer structures were formed. TGA results show that the copolymers are thermally stable up to high temperature values. Visible area optical transmittance was found to be quite high in all samples. It was concluded that copolymers need additional chemicals to provide protection against UVA rays due to their high UVA (325-400 nm) permeability. The RI values were found to be compatible with those found in the literature for lens materials. The very low EWC values of PMMA-co-PnBMA copolymers showed that these copolymers cannot be used as contact lens material. 
When all the results obtained are evaluated, it is suggested that it would be more accurate to use PMMA-co-PnBMA copolymers as bone cement and dental composite resin, but if it is to be used as contact lens material, it is recommended to form new copolymers with some water-retaining additional monomers.
In PnBMA-co-PHEMA copolymers, it was observed that EWC value increased when PHEMA ratio increased (1/1 ,1/2) after 24 hours, while EWC value decreased when PnBMA ratio (1/1 , 2/1) increased. While the visible region optical transmittance of PnBMA-co-PHEMA copolymers is measured lower than the other samples, the highest optical transmittance belongs to (1/1) sample in this group. The best results in terms of moisture retention (EWC) and oxygen permeability were obtained for PnBMA-co-PHEMA copolymers. It has been found that the UVA (325-400 nm) transmittance of PnBMA-co-PHEMA copolymers is lower than the other two copolymers, but as high as the others for use as contact lens material. 
Thus, besides investigating the suitability of using copolymers of different compositions as lens materials, the effect of the composition on their optical properties was also investigated. In addition to these, tensile tests of PMMA-co-PnBMA copolymers on film forms were performed and the mechanical properties of the films were investigated. Mechanical testing could not be performed because the films of PMMA-co-PHEMA and PnBMA-co-PHEMA copolymers are brittle.