Plastikleştirilmiş ipek fibroin
sodyum aljinat biyokompozit filmlerin mekanik özellikleri ve uygulanan deformasyonların iyileşme süreçleri / Mechanical properties of plasticized silk fibroin / sodium alginate biocomposite films and recovery processes of applied deformations
Yazar: ZEHRA KAPLAN
Danışman: DOÇ. DR. BAKİ AKSAKAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
İpek fibroin, sodyum aljinat, çitosan, keratin, vb. biyopolimerlerin çeşitli ince film, hidrojel vb. biyomalzemeler olarak biyomedikal ve biyomühendislik alanlarında potansiyel malzemeler olarak kullanımları son zamanlarda dikkat çekmektedir. Bu biyopolimerlerden özellikle ipek fibroin ve sodyum aljinat önemli özelliklerinden dolayı, yara örtücü malzemeler, yapay deri ve yapay doku uygulamaları için çeşitli araştırmalarda kullanılmaktadır. İpek fibroin ve sodyum aljinat karışımlarından elde edilen filmlerin genelde kırılgan ve rijit filmler oldukları için bu filmlerin potansiyel uygulamalar için elastiklik ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında öncelikle plastikleştirici kullanarak bu tür filmlerin elastiklik özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Mekanik özellikler açısından SF/SA kütle oranı %65 değerine kadar çekme dayanımı ve Young modülü değerlerinin önemli derecede arttığı görülmüştür. Farklı ipek fibroin/Sodyum aljinat kütle oranlarındaki filmlere %20-%50 arasında gliserin katkısı yaparak genel olarak birçok SF/SA kütle oranı için filmlerin kopma uzaması değerlerinin 8-9 kat hatta daha fazla arttığı görülmüştür. Bunun yanında, SA/SF kompozit filmlerin mekanik özellikleri ve bu özelliklere plastikleştiricinin etkisi de incelenmiştir. Ayrıca, SF/SA biyokompozit filmlerin ve plastikleştirilmiş filmlerin mekanik özelliklerine termal ısıtmanın etkisi de T=37, 60, ve 100 C sıcaklıklarındaki kısa ve uzun süreli ısıtmalardan sonra incelenmiştir. Bu mekanik özelliklerdeki değişmenin yapısal, spektroskopik, ve termal özelliklerdeki değişimlerle karşılaştırabilmek için farklı film örnekleri için FT-IR/ATR, UV-Vis, FESEM, DSC, TG-DTA, XRD gibi metotlarla ölçümler yapılmıştır. 
Bu ölçümlerin yanında, farklı uzama deformasyon seviyelerinde, SF/SA kompozit filmlerin gerilim-relaksasyon süreçleri kısa süreler için incelenmiş ve filmlere uygulanan deformasyonların iyileşme süreçleri uzun zaman aralıklarında incelenmiştir. Elastik Hook bölgesi civarındaki küçük uzama değerlerinden (%1 vb) iyileşme süreleri SF/SA (%15) filmlerinde 9900 dk olurken SF/SA (%80) filmlerinde bu sadece 140 dk civarlarında olduğu ve filmlerin çok çabuk iyileştiği gözlenmiştir. Artan SF katkısının SF/SA kompozit filmlerin iyileşme süreçlerini hızlandırdığı görülmüştür. Ayrıca, artan plastikleştirici katkısının bu iyileşme sürelerini daha da azalttığı ve bu iyileşme süreçlerine önemli bir katkı sağladığı görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: İpek fibroin, Sodyum aljinat, çekme dayanımı, plastikleştirici, iyileşme süreçleri.

Abstract:
The use of biopolymers such as silk fibroin, sodium alginate, chitosan, keratin, etc. as various thin film, hydrogel, etc. biomaterials as potential materials in biomedical and bioengineering fields has recently attracted attention. Among these biopolymers, especially silk fibroin and sodium alginate have been used in various researches for wound dressing materials, artificial skin and artificial tissue applications due to their important properties. Since the films obtained from silk fibroin and sodium alginate blends are generally brittle and rigid films, the elasticity and mechanical properties of these films need to be improved for potential applications. In this thesis, it is aimed to improve the elastic properties of such films by using plasticizers. In terms of mechanical properties, it was observed that tensile strength and Young's modulus values increased significantly up to 65% of SF/SA mass ratio. By adding glycerine between 20%-50% to the films with different silk fibroin/Sodium alginate mass ratios, it was observed that the elongation at break values of the films increased 8-9 times or even more for many SF/SA mass ratios. In addition, the mechanical properties of SA/SF composite films and the effect of plasticizer on these properties were also investigated. In addition, the effect of thermal heating on the mechanical properties of SF/SA bio composite films and plasticized films was also investigated after short and long term heating at T=37, 60, and 100 C temperatures. In order to compare the changes in these mechanical properties with the changes in structural, spectroscopic, and thermal properties, measurements were performed for different film samples by methods such as Ft-IR/ATR, UV-Vis, FESEM, DSC, TG-DTA, XRD. 
In addition to these measurements, the stress-relaxation processes of SF/SA composite films at different strain deformation levels were investigated for short periods of time and the recovery processes of the deformations applied to the films were investigated at long time intervals. It was observed that the recovery times from small strain values (1% etc.) around the elastic Hook region were 9900 min for SF/SA (15%) films, while this was only around 140 min for SF/SA (80%) films and the films recovered very quickly. It was observed that increasing SF additive accelerated the recovery processes of SF/SA composite films. It was also observed that increasing plasticizer additives further reduced these recovery times and made a significant contribution to these recovery processes. 
Keywords: Silk fibroin, Sodium alginate, tensile strength, plasticizer, recovery processes.