Elektrostatik eğirme yöntemi ile polibütilen süksinat esaslı nanoliflerin hazırlanması, karakterizasyonu ve doxorubicin salımında kullanımı
The preparation and characterization of polybutylene succinate based nanofibers via electrospinning and their use for doxorubicin release
Yazar: ESRA KILIÇ
Danışman: PROF. DR. NURSEL PEKEL BAYRAMGİL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Nanolif = Nanofiber ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Uzun etkili ilaçlar = Delayed action preparations

Özet:
Nanoteknoloji, atomik ve moleküler seviyede mühendislik bilimidir. Yeni nano boyutta yapıların tasarlanıp sentezlendiği veya mevcut nano boyutlu yapılara eşsiz özelliklerin kazandırıldığı ve bu özelliklerin yeni uygulamalarda kullanıldığı bir bilim dalıdır. Disiplinler arası bir bilim olan nanoteknolojide; malzeme, mekanik, optik, ilaç, plastik, enerji, elektronik, havacılık, polimer mühendisliği, vb. farklı birçok bilim ve mühendislik alanı yer almaktadır. Elektrostatik eğirme yöntemi, farklı pek çok alanda potansiyel uygulamasının olması ve çok yönlülüğü sayesinde nanolif üretim teknolojisi olarak son yıllarda büyük dikkat çekmektedir. Elektrostatik eğirme yöntemi, nanolif oluşturmak için çözeltiye elektriksel güçlerin uygulandığı güçlü bir yöntemdir. Elektrostatik eğirme yöntemi ile elde edilen nanolifler, geniş yüzey alanı ve gözenekli yapıları sayesinde, filtrasyon, koruyucu kıyafetler, yara örtüsü, doku mühendisliği, ilaç salım sistemleri gibi pek çok alanda başarıyla kullanılmaktadır.Günümüzün en büyük problemlerinden olan plastik atık ve küresel kirlenme sebebiyle biyobozunur malzemelere olan ilgi giderek artmaktadır. Polihidroksialkanoatlar sınıfından olan polibütilen süksinat (PBS) ve polibütilen süksinat-ko-adipat (PBSA), mükemmel biyobozunurluk, termoplastik işlenebilirlik ve dengeli mekanik özelliklere sahiptir. PBS ve PBSA asidik veya bazik şartlarda kolayca bozunabilmektedir. Bu çalışmanın birinci kısmında, elektrostatik eğirme yöntemi kullanılarak poliüretan (PU) ile poliüretan-polibütilen süksinat (PU-PBS) ve poliüretan-polibütilen süksinat-ko-adipat (PU-PBSA) karışım nanolifleri elde edilmiş, sistem ve işlem parametrelerinin nanolif çapına ve morfolojisine etkileri incelenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise, bir kemoterapi ajanı olan doxorubicin varlığında nanolif örtüler hazırlanmış ve ilaç salım kinetiği çalışılmıştır. Son olarak PU, PU-PBS ve PU-PBSA nanolif örtülerin, enzimatik bozunması değerlendirilmiştir. Nanolif boyut analizleri, SEM sonuçları esas alınarak yapılmıştır. Yapısal karakterizasyon için FTIR, ısıl kararlılık için ise TGA-DSC yöntemleri kullanılmıştır. Çözelti özelliklerinin nanolif çapına etkisi; derişim, viskozite, yüzey gerilimi, elektriksel iletkenlik ve temas açıları ölçülerek değerlendirilmiştir.Elektrostatik eğirme deneylerinde, lif çapını ve morfolojisini etkileyen işlem ve sistem parametrelerinden; çözücü, polimer çözelti derişimi, akış hızı ve düze ile toplayıcı plaka arasındaki mesafe çalışılmış elde edilen sonuçlara göre derişim ve akış hızının artmasıyla nanolif çapının büyüdüğü, düze ile toplayıcı plaka arasındaki mesafenin artmasıyla lif çapının küçüldüğü görülmüştür. Ayrıca çalışmanın öncelikli hedefi olarak PU-PBS ve PU-PBSA karışım çözeltilerinden nanolif eldesi incelenmiştir. PU yapısına PBS katıldıkça boncuk oluşumunun azalıp daha homojen lifler elde edildiği, PBSA katıldıkça da nanolif morfolojisinin değiştiği gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümü olan nanolif örtülerden ilaç salım deneyinde kanser tedavisinde kullanılan doxorubicin ilacı kullanılmıştır. PU ve PU-PBS, PU-PBSA karışımlarına doxorubicin ilave edilmesiyle nanolif geometrisinde herhangi bir bozulma meydana gelmediği görülmüştür. Lipaz enzimi kullanılarak gravimetrik izlenen enzimatik bozunma çalışmalarında, 30 saat sonunda; PU yapısında, kütlede herhangi bir kayıp olmadığı, saf halde PBS ve PBSA nanoliflerin kütle kayıplarının %100 olduğu, PU-PBS ve PU-PBSA karışım nanoliflerin %75 ve %83 oranında kütle kaybına uğradığı gözlenmiştir.

Abstract:
Nanotechnology is the science of engineering at the atomic and molecular level. It is a science that new nano-sized structures are synthesized, designed or existing nano structures gain unique features and using these new nano structures in new applications. Nanotechnology, as an interdisciplinary science, has applications in many different areas of science and engineering, such as materials, mechanical, optical, pharmaceutical, plastics, energy, electronics, aerospace, polimer engineering, etc. Electrospinning, as an electrostatic fiber fabrication technique, attracts much attention in recent years due to its versatility and its potential for applications in diverse fields. Electrospinning is a powerful technique that uses an electrically forced fluid jet to form nanofibers. Nanofibers, due to their high surface area and porosity, find applications as filtration membrane, adsorption layers in protective clothing, wound dressing, tissue engineering scaffolds and drug delivery systems. The biodegradable materials is becoming increasingly popular due to plastic waste and global contamination which is one of the biggest problems of our world in today. Poly(butylene succinate) (PBS) and its copolymer (poly(butylene succinate-co-adipate (PBSA)), a family of polyhydroxyalkanoates, have excellent biodegradability, thermoplastic processability and balanced mechanical properties. PBS and PBSA can easily decompose in an acidic or basic conditions.In the first part of our study, polyurethane (PU), and polyurethane-poly(butylene succinate) (PU-PBS) and polyurethane-poly(butylene succinate-co-adipate) (PU-PBSA) mixed nanofibers were obtained using electrospinning method, and the effect of system and processing parameters on the size and morphology of nanofibers were studied. In the second part of the study, in the presence of a chemotherapy agent doxorubicin, nanofiber mats was prepared and drug release kinetics was also studied. Finally, enzymatic degradation of PU, PU-PBS, PU-PBSA nanofiber mats was evaluated by gravimatically. Nanofiber size measurements were evaluated on the basis of SEM results. FTIR were used for the structural characterization, and TGA-DSC methods were used for the thermal stability. The effect of solutions properties on the size of nanofibers was investigated by measuring viscosity, surface tension, electrical conductivity and contact angle.In the electrospinning experiments, the some of process and system parameters like polymer concentration, flow rate and the distance between the nozzle and collector that affect the diameter and morphology of fiber were studied and it was observed that diameter of fiber increased with increasing concentration and flow rate, and decreased with increasing distance between the nozzle and collector. The main goal of the study, is to produce nanofiber from PU-PBS and PU-PBSA mixtures. It was observed that more homogeneous nanofibers were obtained and the formation of beads reduced with adding PBS to the PU structure. The geometry of PU nanofiber changed with adding PBSA. In the second part of the study which is related to drug delivery from nanofiber mats, doxorubicin was selected as the chemotherapeutic drug. It has been observed that there is no deformation of the geometry of fibers with adding doxorubicin into PU, PU-PBSS and PU-PBSA mixtures. In the enzymatic degradation, there was no weight loss from the structure of PU, 100% loss of weight in the structure of PBS and PBSA nanofibers, and 75% weight loss for PU-PBS and 83% weight loss for PU-PBSA nanofiber were obtained at the end of 30 hours.