Biyolojik uygulamalarda kullanılabilecek polimerik akıllı malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of smart polymeric materials for biological applications
Yazar: ELİF YÜCE ERARSLAN
Danışman: PROF. DR. SERKAN EMİK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AYÇA BAL ÖZTÜRK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde doku mühendisliği alanı gözle görülür bir şekilde 3B biyobasım uygulamalarına yönelmiştir. Bu sayede biyobasım uygulamasında kullanılan biyomürekkeplere olan ilgi artmıştır. İdeal bir biyomürekkepten istenilen en önemli özellikler basılabilir ve biyouyumlu olmasıdır. Doğal biyomürekkepler, biyouyumlu olmalarına rağmen basılabilirlik özellikleri iyi değildir. Bu kapsamda bu tez çalışmasında iki ayrı bölümde gelişmiş biyomürekkepler sentezlenmiş ve incelenmiştir. İlk olarak, basılabilirliği arttırmak adına farklı konsantrasyonlarda çift tabakalı hidroksit (LDH) nanoparçacıkları içeren metakrile kitosan (KitMA) ve metakrile jelatin (JelMA) hibrit nanokompozit biyomürekkepleri sentezlenmiştir. Biyopolimerlerin yapısal karakterizasyonu FTIR ve NMR analizleri ile incelenmiştir. Ayrıca viskoelastik akış davranışları reolojik analiz ile gerçekleştirilmiştir. Ultraviyole ışık (UV) altında çapraz bağlanan 3B doku iskelelerinin mekanik özellikleri, şişme davranışları incelenmiştir. Optimum özelliklere sahip biyomürekkebin %5 oranında LDH içeren KitMA-JelMA nanohibrit biyomürekkebi olduğu belirlenmiştir. Bu kapsamda hücre adezyonu çalışmaları yapılmış ve LDH varlığının biyouyumluluğa katkı sağladığı gözlemlenmiştir. Basılabilirliği arttırmak adına uygulanan diğer bir yaklaşım ise ev sahibi-konuk özelliklerine sahip AlgMA ve HAMA biyomürekkepleri olmuştur. Bu amaçla biyopolimerlerin ana zincirlerinde modifikasyonlar yapılmış ve yapıları FTIR ve NMR analizleri aracılığıyla kanıtlanmıştır. Daha sonra optimum biyomürekkep basılabilirlik, mekanik ve şişme davranışlarının incelenmesiyle belirlenmiştir. UV ile çapraz bağlanan biyomürekkebin kendini iyileştirebilme özellikleri kesilen yapının tekrar birleşmesi gözlemlenerekk gerçekleştirilmiştir. Ayrıca reolojik açıdan da kendini iyileştirebildiği kanıtlanmıştır.

Abstract:
Nowadays, tissue engineering applications have turned to the field of 3D bioprinting. In this way, interest in bioinks has increased. The most important features desired from an ideal bioink are printable and biocompatible. Although natural bioinks are biocompatible, their printability is not good. In this context, advanced bioinks have been synthesized and examined in two separate sections in this thesis. Firstly, methacrylate chitosan (KitMA) and methacrylate gelatin (JelMA) hybrid nanocomposite bioinks containing double layer hydroxide (LDH) nanoparticles at different concentrations were synthesized to increase printability. Structural characterization of biopolymers was investigated by FTIR and NMR analysis. In addition, viscoelastic flow behaviors were carried out by rheological analysis. The mechanical properties and swelling behavior of 3D scaffolds crosslinked under ultraviolet light (UV) were investigated. It was determined that the bioink with optimum properties was KitMA-JelMA nanohybrid bioink containing 5% LDH. In this context, cell adhesion studies were carried out and it was observed that the presence of LDH contributed to the biocompatibility. Another approach applied to increase printability has been AlgMA and HAMA bioinks with host-guest properties. For this purpose, modifications were made to the main chains of biopolymers and proved by FTIR and NMR analysis. Then, the optimum bioink printability was determined by examining the mechanical and swelling behavior. The self-healing properties of the UV crosslinked bioink were demonstrated by observing the recombination of the cut structure. It has also been proven to be rheologically self-healing.