İndirgenmiş grafen oksit ve karbon kuantum nokta katkılı polikaprolakton nanofiber üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of reduced graphene oxide and carbon quantum dots filled polycaprolactone nanofibers
Yazar: BÜŞRA BOZ
Danışman: DOÇ. DR. FERDA MİNDİVAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Biyobozunurluk = Biodegradability ; Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Grafen = Graphene ; Nanoindentasyon = Nanoindentation

Özet:
Bu tez kapsamında, hem indirgenmiş grafen oksit (RGO) hem de karbon kuantumu nokta (CQDs) dolgulu poli(ɛ-kaprolakton) (PCL) esaslı nanofiberlerin morfolojisi, termal, mekanik, elektriksel iletkenlik ve biyolojik özellikleri arasında karşılaştırmalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Katkısız PCL nanofiberi ile karşılaştırıldığında kristal boyutu değerleri, ağ. %1,5 ve %2,0 RGO içeriğinde %50,6 ve ağ. %1,5 CQDs içeriğinde %57,9 oranında arttığı tespit edilmiştir. Termal analiz sonuçları, hem RGO hem de CQDs dolgularının çekirdeklenme etkisi yarattığını ve termal kararlılığı arttırdığını göstermiştir. Elektron mikroskobu görüntülerinden RGO dolgu maddesi ilavesi ile ortalama nanofiber çapında artış, CQDs ilavesi ile ortalama nanofiber çapında azalma gözlenmiştir. PCL/RGO ve PCL/CQDs nanofiberlerin iletkenlik testi sonuçları yalıtkan özellikler sergilediklerini göstermiştir. Nanofiberlerin mekanik test sonuçları, PCL matriksinde RGO ve CQDs katkılarının  homojen dağılımlarının yük aktarımını sağlayabilmelerine ve polimer-dolgu etkileşimi ile yapı içerisinde sıcaklık artarken bile boşluklar oluşmadan matrikste sertlik artışına sebep olduklarını göstermiştir. PCL/1.5CQDs nanofiberin katkısız PCL nanofiberi ile karşılaştırıldığında elastik modül %73 ve nanosertlik değerinde %160 artış, PCL/2CQDs nanofiberin depolama modülünde %210,79 ve kayıp modülünde %595,27 artışlar sergiledikleri tespit edilmiştir. Üretilen nanofiberlerin hidrofilik yapıları biyobozunurluğu arttırmıştır.  56 günün sonunda en yüksek % ağırlık kaybı değerleri ağ.% 2,0 RGO ve CQDs içeren nanofiberlerde sırasıyla %3,66 ve %3,75 değerlerinde gözlenmiştir. 7 günlük biyoaktivite testi sonucunda apatit kristallerinin mikroskop görüntüleri, EDS analiz sonuçlarında Ca/P oranları (1,48) ve 32,8° (211) ve 44,7° (222) düzlemlerine ait keskin pikler hidroksiapatit oluşumunu kanıtlamıştır. RGO ve CQDs dolgu maddelerinin oksidatif stres oluşturmaması nedeniyle nanofiberlerin antibakteriyel özellik göstermedikleri de belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a comparative study between the morphology, the thermal, the mechanical, the electrical conductivity, and the biological properties of poly(ɛ-caprolactone) (PCL)-based electrospun nanofibers filled with both reduced graphene oxide (RGO) and carbon quantum dots (CQDs) is carried out. The crystal size value of the (200) plane increased by 50.6% at 1.5 and 2.0 wt% RGO contents and by 57.9% at 1.5 wt% CQDs content. 1.5 wt% CQDs was the only filler amount that increased the interlayer distance. Crystal size values showed that 1.5 wt% CQDs content increased by 57.9% and 50.6% at 1.5 wt% and 2.0 wt% RGO content compared to neat PCL nanofiber. Thermal analysis results showed that both RGO and CQDs fillers created a nucleation effect and increased thermal stability. From the Electron microscope images, an increase in the average nanofiber diameter with the addition of RGO filler and a decrease in the average nanofiber diameter with the addition of CQDs was observed.  Conductivity test results of the PCL/RGO and PCL/CQDs nanofibers displayed insulating properties. Mechanical test results of nanofibers have shown that the homogeneous distribution of RGO and CQDs fillers in the PCL matrix could provide load transfer and that the polymer-filler interaction caused an increase in hardness in the matrix without the formation of voids even as the temperature increased in the structure. PCL/1.5CQDs nanofiber exhibited a 73% increase in elastic modulus and a 160% increase in nanohardness, while PCL/2CQDs nanofiber showed a 210.79% increase in storage modulus and a 595.27% increase in loss modulus compared to pure PCL nanofiber. The hydrophilic structure of the nanofibers increased biodegradability. At the end of 56 days, the highest % weight loss values were observed in nanofibers containing 2.0 wt% RGO and CQDs, at 3.66% and 3.75%, respectively. The formation of hydroxyapatite was revealed by the 7-day bioactivity test, electron microscope images of apatite crystals, Ca/P ratios (1.48) in the EDS analysis, and sharp peaks belonging to the 32.8° (211)–44.7° (222) planes pattern results. The nanofibers did not show antibacterial properties due to the fact that RGO and CQDs fillers cannot create oxidative stress.