Akrilatların fotopolimerizasyonu ile hidrojellerin üretimi ve kontrollü ilaç salım sistemleri olarak kullanımları
Production of hydrogels by photopolymerization of acrylates and their use as controlled drug release systems
Yazar: AYŞEGÜL ARSLAN
Danışman: DOÇ.DR. FATMA AYHAN ; DOÇ.DR. HAKAN AYHAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Sunulan çalı ma kapsamı nda; akrilat bazlıhidrojellerin sentezi, eldeedilen hidrojellerin karakterizasyonu ve bu hidrojellerin kontrollü ilaç salı msistemlerinde kullanımları n incelenmesi gerçekleşnı tirilmiştir.şÇalı manı ilk bölümünde farklın özelliklere sahip akrilat bazlı hidrojellerinfotopolimerizasyon yöntemi ile fotobaş cı kullanılatı larak serbest-radikalfotopolimerizasyonuyla sentezi gerçekleş tirilmiş tir. Bu aş amada yüksekbiyouyumluluklarınedeniyle 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) monomeri vepolietilen glikol diakrilat (PEG-DA) makromeri; çapraz bağ cıolarak etilenlayıglikol dimetakrilat (EGDMA), fotobaş cı olarak ise 2,2-dimetoksi-2-latıfenilasetofenon (DMPA) kullanı ş r. Bu kapsamda farklıbileşlmı tı imlere sahipçözeltiler, belirli bir süre UV ığyla (365 nm) azot atmosferinde etkileşşıı tirilmiş tir.Sistemi etkileyen parametrelerin incelenmesi amacı öncelikle ı k ş ş iddeti 3-ıyla,10 mW/cm aralıı değ tirilerek polimerizasyona etkisi araş rı ş r. Dahağnda2iş tılmı tıı kça % 30-100sonra suda çözünen monomer ve makromer oranlarıağrlıaralıığnda; çapraz bağ cı layı oranı ı kça % 0.25-3.0 aralı nda; fotobaş cığıağrlı latıoranıağrlı % 0.1-1 aralııı kça ğnda değ tirilerek çözelti bileş miktarları niş en nısisteme etkisi araş rı ş r. Bu sayede fotopolimerizasyon yöntemi ile farklıtılmı tıözelliklere sahip hidrojellerin sentezi gerçekleş tirilmiş tir.şÇalı manı ikinci bölümünde elde edilen hidrojellerin karakterizasyonlarınkapsamı nda tüm hidrojellerin ATR-FTIR spektrumları Fourier Dönüş ümlüİnfrared Spektrofotometre (FTIR) ile alı ş ve analizleri yapı şr.nmı lmıtıSpektrumlarda HEMA ve PEG-DA hidrojelleri için karakteristik sayı labilecek O-Hgerilme, C-H gerilme, C=O gerilme ve C-O gerilme titreş bantlarıim görülmüş tür.Karakterizasyon için hidrojellerin dinamik ş me davranı da incelenmiş Buşiş ları tir.lamda, ş me deneyleri tuz ile ayarlanmı şpH 7.4 tampon çözeltisi ile 37ï°bağ iş Ctirilmiş Böylece hidrojelin ş me derecesi olaraksabit sı kta gerçekleşcaklı tir. iştanımlanan Wt değ erinin zamana bağ olarak değ im grafiğ elde edilmişlı iş i tir.Monomer ya da makromer oranı n artması hidrojel ş me derecesininnı yla işazaldıığ tespit edilirken, en yüksek ş me derecesi % 30 PEG-DA hidrojellerindeişgörülmüş tür.Öz iişÇalı manı üçüncü bölümünde ise ilaç yüklü hidrojellerin sentezi ve ilaçnsalı deneyleri gerçekleşm tirilmiş Karakterizasyon sonuçları göre kontrollütir. nailaç salı uygulamaları özellikleri uygun bulunan farklım için bileşimlere sahip dörtayrı hidrojel seçilmiş Bu dört ayrıtir. hidrojel çözeltisine farklı derişimlerde ilaçeklenerek ilaç yüklü hidrojellerin fotopolimerizasyon yöntemi ile sentezitirilmiş Ağrlııve yüklenen ilaç miktarlarıbilinen kuru polimerığgerçekleş tir.disklerin, iyon ş şpH 7.4-2.2 tampon çözeltilerinde ve 37ï°iddeti ayarlanmı C'desabit, 100 vuruş /dak. (cmp) çalkalama hında ilaç salı deneylerizı mgerçekleş tirilmiş Hidrojel disklerden salıtir. nan ilaç miktarları spektrofotometrikşve her bir polimer örneğ için salı ilaç miktarı nyöntem ile hesaplanmı i nan nızamana bağ olarak değ im grafikleri elde edilmiş Yüklenen ilaç miktarı nlı iş tir. nıtamamı nana dek ilaç salı deneyleri devam ettirilmiş pH 2.2'de gözlenensalı m tir.ilaç salı hı nı her iki tip hidrojel için de pH 7,4'e göre oldukça hı olduğm zları n zlı ugözlenmiş Hidrojellerdeki transport mekanizması yaygı alarak kullanıtir. ise n lanyarı -ampirik bir eş itlikle belirlenmiş ve salı sisteminin difüzyon ile olduğm ubulunmuş tur.şÇalı manı dördüncü ve son bölümünde ise sentezlenen ilaç yüklü dörtnfarklıhidrojelin ilaç aktiviteleri Staphylococcus aureus ve Pseudomonasaeruginosa bakteri kültürlerinin kullanı ğ ldııortamda test edilmiş Tüm ilaçtir.yüklü hidrojellerin her iki bakteri grubunun üremesine etkili olduğ görülmüşu tür.Anahtar Kelimeler: Akrilat Bazlı Monomerler (HEMA, PEG-DA),fotopolimerizasyon, kontrollü ilaç salımışDanıman: Doç.Dr. Hakan AYHAN, Hacettepe Üniversitesi, Kimya MühendisliğiBölümü, Kimyasal Teknolojiler ABD.şYardımcıDanıman: Doç.Dr. Fatma AYHAN, Gazi Üniversitesi, EczacılıkFakültesi.

Abstract:
In the work presented, synthesis of acrylate based hydrogels,characterization of synthesized hydrogels and usage of these hydrogels incontrolled drug release systems are studied.In the first part of the work, synthesis of acrylate based hydrogelshaving different properties by photopolymerization by using photoinitiator withfree radical photopolymerization is done. In this stage because of theirbiocompatibility 2-hidroxyethyl metacrylate (HEMA) as monomer andpolyethylene glycol diacrylate (PEG-DA) as macromer; ethylene glycoldimetacrylate (EGDMA) as cross-linker and 2,2 dimetoxy-2phenylacetophenon (DMPA) as photoinitiator are used. Solutions withdifferent components are interacted with UV light at nitrogen medium for acertain time. In order to study the parameters affecting the system, first theintensity of the light is altered between 3-10 mW/cm2 to observe effect of theintensity of light on polymerization. Then, in order to observe the effects ofthe amounts compounds of the solutions of the system, the ratios of themonomers and macromeres are altered between 30-100% by weight, cross-linker ratio altered between 0.25-3% by weight and photoinitiator ratio isaltered between 0.1-1% by weight. So, hydrogels with different properties aresynthesized by photopolymerization method.In the second part of the work, characterizations and analysis ofsynthesized hydrogels are made with ATR-FTIR (Fourier Transform InfraredSpectroscopy). In the spectrums, O-H tension, C-H tension, C=O tension,C-O tension vibration bands which can be said to be a characteristic ofHEMA and PEG-DA hydrogels are observed. In order to observe dynamicswelling behaviors of hydrogels for characterization, the experiments forswelling are performed in a buffer solution with pH 7.4 adjusted with salt at37ºC constant temperature. So, the graph of the degree of swelling of ahydrogel, W t versus time is obtained. A decrease in swelling degree ofhydrogel is observed with an increase in monomer or macromer ratio and thehighest swelling degree is observed in 30% PEG-DA hydrogels.Abstract ivIn the third part of the work, synthesis of drug carrying hydrogels anddrug release experiments are performed. 4 different hydrogels with differentcompositions which are compatible with the applications of controlled drugrelease are selected according to characterization results. For this, differentdrug concentrations are added to the 4 different hydrogel solutions and drugcarrying hydrogels are synthesized by photopolymerization. Then drugrelease experiments of dry polymer disks with known weight and known drugamount loaded, are performed in pH 7.4-2.2 buffer solutions with set ionicstrengths, in shaking incubator at 37ºC constant temperature with a shakingspeed of 100 bets/min. Amount of drug released from hydrogel disks arecalculated with spectrophotometric method and amount of drug releaseversus time graphs of every polymer sample are obtained. The drug releaseexperiments are continued until the amount of drug loaded is completelyreleased. The rate of drug release in pH 2.2 for two types of hydrogels isobserved to be much faster than pH 7.4. The transport mechanism inhydrogels is determined by a widely used semi-empirical formula and it isfound that the release system is diffusion.In the fourth and last part of the work, drug activities of synthesizeddrug-loaded 4 different hydrogels are tested in a medium containingStaphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa bacteria cultures. It isobserved that all drug-loaded hydrogels are affective on reproduction of bothbacteria groups.Key Words: acrylate based monomers (HEMA, PEG-DA),photopolymerization, controlled drug releaseAdvisor: Assoc. Prof. Hakan AYHAN, Hacettepe University, ChemicalEngineering Department, Chemical Technologies DepartmentCo-advisor: Assoc. Prof. Fatma AYHAN, Gazi University, PharmacyDeparmant