İnsan plazmasından demir uzaklaştırılması için baskılanmış iyon seçici monolitik kolonlar
Ion-selective imprinted monolithic columns for iron removal from human plasma
Yazar: SERPİL ÖZKARA YAVUZ
Danışman: PROF.DR. ADİL DENİZLİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Metallerin biyolojik olaylarda oynadıkları önemli roller bilinmekle ve bazılarıgerekli elementler olarak sınıflandırılmakla birlikte, belirli bir derişimin üzerineçıktıklarında zararlı özellik göstermektedirler. Örneğin, genetik bir bozuklukveya yanlışlıkla aşırı miktarda demir alınması sonucu vücutta oluşan demirfazlalığı, kalp krizleri, diabet, depresyon ve karaciğer bozukluğu gibisemptomlara yol açmaktadır. Sunulan çalışmanın amacı sulu çözeltiden vedemir fazlalığı gösteren talasemili hastaların kanından demirin uzaklaştırılmasıiçin spesifik moleküler baskılanmış monolitlerin hazırlanmasıdır. Molekülerbaskılanmış polimerler hazırlanması kolay, dayanıklı, ucuz ve moleküler tanımayeteneği olan polimerlerdir. Moleküler baskılanmış polimerler afinite ayırmaaraçları olarak düşünülebilir. Monolitik kolonlar tek bir birimden oluşan,gözenekli bir yapıya sahip sürekli sistemlerdir. Monolitik bir kolon, yerindepolimerizasyonla yani kolon bir tüp içerisine yerleştirilerek hazırlanır.Kromatografik amaçlı çalışmalarda, yüzeyi modifiye edilerek adsorbent olarakda kullanılabilir. Monolitik kolonlar kolay hazırlanabilmeleri, yüksek performansgibi belirgin özellikleriyle ve özellikle biyopolimerlerin ayırma işlemleri için sonyıllarda sıvı kromatografisi ve kapiler elektrokromatografi alanlarınınvazgeçilmez parçaları olmuşlardır.Fe(III) baskılanmış monolitik kolonların hazırlanması için N-metakroil-(L)-sistein(MAC) kompleks oluşturucu monomer olarak seçilmiştir. lk basamakta,fonksiyonel monomer MAC ile Fe(III) kompleksleştirilmiş ve Fe(III) baskılanmışpoli(hidroksietil metakrilat-N-metakroil-(L)-sistein) [poli(HEMA-MAC)] monolitlerçapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetakrilat (EGDMA), başlatıcı olarakH2O2/N,N,N',N'-tetra-metil-etilendiamin (TEMED) kullanılarak yığınpolimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Daha sonra kalıp molekül (Fe(III)),0.1 M etilendiamintetraasetik asit (EDTA) kullanılarak uzaklaştırılmıştır.Hazırlanan Fe(III) baskılanmış poli(HEMA-MAC) monolitlerin spesifik yüzeyalanı 35.2 m2/g, şişme değeri ise % 60 olarak bulunmuştur. Elementel analizsonuçlarına göre monolit 62.5 Âµmol MAC/g içermektedir. Fe(III) baskılanmışpoli(HEMA-MAC) monolite sulu çözeltilerden ve hasta insan plazmasındanFe(III) adsorpsiyonu sürekli sistemde çalışılmıştır. Maksimum Fe(III)adsorpsiyonu hasta insan plazmasından 0.14 mg/g, sulu çözeltiden 0.71 mg/golarak bulunmuştur. Baskılanmış monolitin Fe(III) bağıl seçicilik katsayılarıNi(II), Cd(II) ve Fe(II) için sırasıyla 46, 64 ve 66 kat daha büyük olarakbulunmuştur. Fe(III) baskılanmış monolitler adsorpsiyon kapasitesinde önemlibir azalma olmaksızın tekrar tekrar kullanılabilir.ANAHTAR KEL MELER: Moleküler baskılama, Monolitik Kolon, Sürekli Sistem,Demir Zehirlenmesi, Demir Uzaklaştırılması, Afinite Bağlanma.Danışman: Prof. Dr. Adil Denizli, Hacettepe Üniversitesi, Fen Fakültesi,Kimya Bölümü, Biyokimya A.B.D., Ankara.Eş-Danışman: Prof. Dr. Erhan Bişkin, Hacettepe Üniversitesi, MühendislikFakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Ankara.

Abstract:
Although it is emphasized that metals play important roles in biologicalprocesses and some of them are classified as essential, the toxic symptoms willmanifest when a metal ion level exceeds a certain threshold level. Manysymptoms of iron toxicity, for example heart attacks, diabetes, arthritis,depression and liver failure, are arised from the absorption of iron inunacceptably high concentrations because of a genetic failure or by accidentalingestion. The submitted study is dedicated to develop specific adsorbents forthe removal of iron from aqueous solutions and the blood of the patients withiron overload. Molecularly imprinted polymers (MIP) are easy to prepare, stable,inexpensive and capable of molecular recognition. MIPs can be considered asaffinity separation media. A monolithic column is the continuous unitary porousstructure prepared by in situ polymerization or consolidation inside the columntubing and, if necessary, the surface is functionalized to convert it into a sorbentwith the desired chromatographic binding properties. Monolithic columns haveattracted considerable attention in liquid chromatography and capillaryelectrochromatography in recent years due to their simple preparationprocedure, unique properties and excellent performance, especially forseparation of biopolymers.N-methacryloly-(L)-cystein (MAC) was chosen as the complexing monomer forthe preparation of Fe(III)-imprinted monolithic column. In the first step, Fe(III)was complexed with MAC and the Fe(III)-imprinted poly(hydroxyethylmethacrylate-N-methacryloyl-(L)-cysteine) [poly(HEMA-MAC)] monolith wassynthesized by bulk polymerization using ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA) as crosslinker and hydrogen peroxide/tetramethyl ethylene daimine(H2O2/ TEMED) as initiator. After that, the template (Fe(III)) were removed using0.1 M EDTA solution. The specific surface area of the Fe(III)-imprinted monolithwas found to be 35.2 m2/g, swelling ratio was 60%. According to the elementalanalysis results, the monolith contained 62.5 Âµmol MAC/g. The maximum Fe(III)adsorption capacity was 0.14 mg/g in aqueous solutions, 0.71 mg/g from theblood of the patients with iron overload. The relative selectivity coefficients ofimprinted particles for Fe(III) were 46, 64 and 66 times greater than Ni(II), Cd(II)and Fe(II) respectively. The Fe(III)-imprinted monolith could be used manytimes without decreasing their adsorption capacities significantly.KEY WORDS: Molecular imprinting, Monolitic Column, Continuous System,Iron Overload, Iron Removal, Affinity Binding.Advisor: Prof. Dr. Adil Denizli, Hacettepe University, Department ofChemistry, Biochemistry Division, Ankara.Co-Advisor: Prof. Dr. Erhan Bişkin, Hacettepe University, Department ofChemical Engineering, Ankara.