Krotonik ve itakonik asit bazlı katyonik hidrojel sentezi ve bu hidrojelin elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of crotonic and itaconic acid based cationic hydrogel and investigation of electrical properties of this hydrogel
Yazar: HEDİYE NUR BOSTANCI
Danışman: PROF. DR. YASİN ÖZÇELEP ; DOÇ. DR. GÖKHAN ÇAYLI
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Krotonik asit = Crotonic acid ; Sürdürülebilirlik = Sustainability ; İtakonik asit = Itaconic acid

Özet:
Hidrojel, çoğunlukla su ve küçük bir kısmı çapraz bağlı polimer ağının oluşturduğu jel benzeri
bir malzemedir. Oldukça emicidir ve yapısal bütünlüğünü korurken büyük miktarlarda su tutma
özelliğine sahiptir. Hidrojeller ayrıca pH, sıcaklık veya elektrik sinyalleri gibi spesifik
uyaranlara yanıt verecek şekilde tasarlanabilir ve bu da onları kontrollü ilaç salımı ve diğer
biyomedikal uygulamalar için çok yönlü malzemeler haline getirir. Elektriksel iletkenliği olan
hidrojeller, son yıllarda büyük ilgi gören ve birçok potansiyel uygulamaya sahip olan önemli
bir malzeme sınıfı haline gelmiştir.
Günümüzde fosil karbon kaynaklarının sınırlı olması nedeni ile sürdürülebilir kaynaklı
malzemelerin üretimi önem kazanmıştır. Doğal kaynaklı hidrojeller de bu malzemelere örnek
verilebilir. Genellikle yenilenemeyen petrol bazlı kaynaklardan üretilen geleneksel hidrojellerin
aksine, yenilenebilir hidrojeller tipik olarak doğal polimerler veya biyo bazlı monomerler gibi
yenilenebilir kaynaklardan sentezlenir. Yenilenebilir hidrojeller biyouyumlu ve toksik
olmayacak şekilde tasarlanabilir; bu da onları ilaç dağıtımı, yara iyileştirme ve doku
mühendisliği gibi biyomedikal uygulamalar için uygun hale getirir.
Bu tez çalışmasında yenilenebilir kaynak olarak krotonik (CA) ve itakonik (IA) olmak üzere
iki farklı asit kullanıldı. Bu asitler ve epiklorhidrin ile ayrı ayrı katılım ürünü sentezlendi. Bu
işlem sonrasında iki ürün de katyonik monomer olarak kullanılmak üzere kuaternize edildi
Kuaternizasyon işleminin ardından elde edilen monomerler ile sulu ortamda doğal
malzemelerin çeşitli katkı oranları ile karışımlar hazırlandı. Daha sonra elektriksel özellikleri
incelenmek üzere jeller silindirik şekilde kesilerek, hazırlanan ölçüm düzeneği ile alternatif
akım ve doğru akım değerleri kaydedilmiştir. Değerler incelendiğinde hidrojellerin içerisindeki
diğer monomerler aynı türde olduğundan kuaternize krotonik asitin iletkenliğinin kuaternize
itakonik aside göre daha yüksek olduğu söylenebilir. Hidrojellerde kullanılan doğal kaynak
yüzdesi arttıkça iletkenlik değerinin arttığı görülmektedir.
Literatürde İtakonik ve krotonik asit bazlı hidrojellerin elektriksel özellikleri ile ilgili yapılan
çalışmalar sınırlıdır. Bu tez çalışmasının, iki farklı doğal malzemenin kuaternize edildikten
sonra çeşitli oranlarda katkılama yapılarak katyonik hidrojel eldesinde kullanılması ve
sentezlenen hidrojelin elektriksel özelliklerinin incelenmesi ile literatüre katkıda bulunabileceği
düşünülmektedir.

Abstract:
Hydrogel is a gel-like material formed mostly from water and a small portion of a cross-linked
polymer network. It is highly absorbent, retaining large amounts of water while maintaining its
structural integrity. Hydrogels can also be designed to respond to specific stimuli such as pH,
temperature, or electrical signals, making them versatile materials for controlled drug release
and other biomedical applications. Electrically conductive hydrogels have gained significant
attention in recent years and represent an important class of materials with many potential
applications.
With the limited availability of fossil carbon sources today, the production of materials from
sustainable sources has become increasingly important. Natural hydrogels can be cited as
examples of these materials. Unlike traditional hydrogels typically derived from non-renewable
petroleum-based sources, renewable hydrogels are typically synthesized from renewable
resources such as natural polymers or bio-based monomers. Renewable hydrogels can be
designed to be biocompatible and non-toxic, making them suitable for biomedical applications
such as drug delivery, wound healing, and tissue engineering.
In this thesis, two different acids, crotonic (CA) and itaconic (IA), were used as renewable
sources. These acids, along with epichlorohydrin, were separately used to synthesize
participation products. After this process, both products were quaternized to be used as cationic
monomers. After quaternization, mixtures were prepared with various ratios of natural materials
in an aqueous environment using the obtained monomers. Then, cylindrical gels were cut to
investigate their electrical properties, and alternating current and direct current values were
recorded using the prepared measurement setup. Upon examining the values, it can be said that
the conductivity of quaternized crotonic acid is higher than that of quaternized itaconic acid, as
the other monomers within the hydrogels are of the same type. It is observed that as the
percentage of natural resources used in the hydrogels increases, the conductivity value also
increases.
Studies on the electrical properties of hydrogels based on itaconic and crotonic acids in the
literature are limited. It is thought that this thesis study could contribute to the literature by
using two different natural materials after quaternization to obtain cationic hydrogel with
various ratios of additives and investigating the electrical properties of the synthesized
hydrogel.