Biyomedikal uygulamalar için ekstrüzyon prosesi kullanılarak hibrit biyonanokompozitlerin geliştirilmesi
Development of hybrid bionanocomposites using extrusion process for biomedical applications
Yazar: BEHRİS KILIÇ
Danışman: PROF. DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
PHBV poli(3-hidroksibütirat-ko-3-hidroksivalerat), polihidroksialkanoat tipi 
termoplastik lineer poliesterdir. Bakteriler tarafından doğal olarak üretilir; 
biyobozunurdur, biyouyumludur ve toksik değildir. PHBV, ambalajlarda, 
biyomedikal cihazlarda ve kontrollü ilaç salınımında kullanılmaktadır. 
Hidroksiapatit (HAP), kemiğin ana mineral bileşenidir; biyolojik olarak örneğin
mercan, sığır veya deniz yosunundan veya sentetik olarak elde edilir. Mükemmel 
biyouyumluluk ve biyoaktiviteye, osteokondüktif ve osteoindüktif özelliklere 
sahiptir. Çinko oksit (ZnO) nanokristalleri, yüksek hacim/alan oranı, yüksek kristal 
yapısı, yüksek termal iletkenlik, düşük termal genleşme katsayısı, iyi mekanik 
özellikleri ve antibakteriyel aktivite özelliklerine sahiptir.
Bu çalışmada, ZnO ve silisyum katkılı hidroksiapatit (SiHAP) parçacıklarını içeren 
PHBV matrisli hibrit biyonanokompozitler eriyik işleme yöntemi ile hazırlanmıştır.
ZnO ve SiHAP katkılarının PHBV'nin kristalizasyonu, termal ve mekanik 
özellikleri üzerindeki etkileri SEM, XRD, FTIR, TGA ve DMA analizleri ile 
incelenmiştir. Ayrıca kompozitlerin biyouyumluluk ve antibakteriyel özellikleri de 
incelenmiştir. Sadece ZnO içeren kompozitlerde, konsantrasyon ağırlıkça %5'e 
ulaşana kadar depolama modülünde doğrusal bir artış gözlenmiştir. Hibrit 
kompozitler içinde en yüksek depolama modülü ağırlıkça %5 ZnO ve %0.1 SiHAP 
içeren nanokompozitlerde görülmüştür. 
Biyonanokompozitlerdeki ZnO katkısındaki artış ile antibakteriyel etki artmıştır. 
Ayrıca ZnO katkısı ile PHBV-SiHAP kompozitlerinin biyouyumluluğunun da 
arttığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmada üretilen hibrit 
biyonanokompozitler mükemmel biyouyumlu, biyoaktif ve antibakteriyel 
özellikleri nedeniyle biyomedikal uygulamalar için umut verici yeni malzeme adayı 
olarak önerilmektedir.

Abstract:
PHBV,poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), is a polyhydroxyalkanoatetype thermoplastic linear polyester. Naturally produced by bacteria, it is 
biodegradable, biocompatible, and non-toxic. PHBV finds applications in 
packaging, biomedical devices, and controlled drug release.
Hydroxyapatite (HAP), the main mineral component of bone, can be obtained 
biologically (from coral, bovine, or seaweed sources) or synthetically. It boasts 
excellent biocompatibility and bioactivity, along with osteoconductive and 
osteoinductive properties. Zinc oxide nanocrystals possess a high surface area-tovolume ratio, well-defined crystal structure, high thermal conductivity, low thermal 
expansion coefficient, good mechanical properties, and antibacterial activity.
This study presents a melt processing method for preparing a PHBV matrix hybrid 
bionanocomposite containing ZnO and silicon-doped hydroxyapatite (SiHAP) 
particles.
The effects of ZnO and SiHAP additives on the crystallization, thermal, and 
mechanical properties of PHBV were investigated using SEM, XRD, FTIR, TGA, 
the composites were also investigated. In composites containing only ZnO, a linear 
increase in storage modulus was observed up to a concentration of 5 wt%. Among 
the hybrid composites, the highest storage modulus was observed in 
nanocomposites containing 5 wt% ZnO and 0.1 wt% SiHAP.
The antibacterial effect of the bionanocomposites increased with higher ZnO 
content. Additionally, the biocompatibility of PHBV-SiHAP composites improved 
with the addition of ZnO. Consequently, the hybrid bionanocomposites produced 
in this study show promise as new material candidates for biomedical applications, 
owing to their excellent biocompatible, bioactive, and antibacterial properties.