Organik-inorganik hibrit hidrojellerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Organic-inorganic hybrid hydrogels preparation and characterization
Yazar: ÖZEN DOĞRU
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN ; DOÇ. DR. SUZAN ABDURRAHMANOĞLU
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Dış ortam koşullarına duyarlı cevap verebilen akıllı polimerik malzemeler son yıllarda artan bir ilgiyle araştırmalara konu olmaktadır. Dış ortam koşullarındaki küçük değişikliklere hacimsel geçişler ile tepki göstermelerinin yanı sıra yapılarında gerçekleşen bu makroskopik değişimlerin tersinir olması bu malzemeleri üstün kılan özellikleridir.Sıcaklık değişimi, polimer sistemlerinde en çok kullanılan fiziksel değişimdir. Sıcaklık değişimleri sadece kontrol kolaylığı sağlamanın yanı sıra in vitro ve in vivo olarak da uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Sıcaklığa duyarlı faz geçişi gösteren polimerler arasında en sık kullanılan Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPA)'in alt kritik çözelti sıcaklığı (LCST) 32ºC'dir. Bu sıcaklığın altında hidrofilik olan PNIPA, bu sıcaklığın üzerinde ise hidrofobik özellik taşımaktadır. Sahip olduğu bu eşsiz özellik nedeni ile de biyomoleküllerin ayrılmasında, ilaç salınım sistemlerinde ve hücre adhezyonlarının kontrolünde, hızlı cevap veren yüzeyler oluşturmak için sıklıkla kullanılmaktadır.
Akıllı jeller, uyarana karşı hızlı tepki göstermelerine rağmen zayıf mekanik mukavemete sahiptirler. Monomer ve başlatıcı içeren reaksiyon çözeltisinin donma sıcaklığının altında gerçekleştirilmesi olarak tanımlanan kriyojelasyon yöntemi ile sentezlenen jeller, makro gözenekli, daha hızlı cevap veren ve daha yüksek mekanik dayanıma sahiptir. Organik-inorganik hibrit hidrojeller ise sahip oldukları üstün mekanik özellikleri nedeniyle önemli bir yere sahiptir.
Bu çalışmanın amacı sıcaklığa duyarlı PNIPA hidrojellerinin mekanik dayanımını arttırmak ve aynı zamanda çevresel uyarılara daha hızlı cevap vermesini sağlamaktır. Bu amaçla çalışmanın ilk bölümünde 3-(metakriloksi)propiltrimetoksisilan (MPTMS) ile Aerosil® 200 nanosilika yüzeyi modifiye edildi. İkinci bölümünde ise modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş nanosilika içeren  PNIPA kriyojelleri serbest radikal polimerizasyonu ile sentezlendi.  Modifiye edilmiş nanosilikaların modifikasyon verimi Termal Gravimetrik Analiz (TGA) ile, partikül boyutu ise Dinamik Işık Saçılımı (DLS) metodu ile belirlendi. Jeller morfoloji, şişme oranı ve mekanik özeliklerine göre karakterize edildi. Modifiye nanosilika katkısıyla jellerin mekanik özellikleri arttı.

Anahtar Kelimeler: N-isopropilakrilamid, kriyojel, hidrojel, nanosilika

Abstract:
Smart polymeric materials, which exhibit response to external stimuli, have gathered a great interest in recent years. The characteristic feature that actually makes them ''smart'' is their ability to respond to very slight changes in the surrounding environment. The uniqueness of these materials lies not only in the fast macroscopic changes occurring in their structure but also these transitions being reversible.
Temperature is the most widely used physical stimulus in environmentally responsive polymer systems. Not only is the change in temperature relatively easy to control, but also it is readily applicable both in vitro and in vivo. The most extensively studied thermo-responsive polymer is poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), which exhibits a lower critical solution temperature (LCST) of about 32ºC in an aqueous medium. It assumes a swelled coil structure (hydrophilic state) below the LCST and a collapsed globular structure (hydrophobic state) above the LCST. Because of this unique property, it has been widely used in the preparation of stimuli-responsive surfaces for controlling cell adhesion, separation of biomolecules, and drug delivery.
Smart gels, despite the poor mechanical strength have to react quickly to stimuli. If the temperature is below zero during the synthesis of gels of this process is called ''cryogelation''. Gels synthesized in this way, will possess macro-porous, fast responsive and have high degree of toughness. Organic-inorganic hybrid hydrogels have an important place due to their superior mechanical properties.
In this project, we aimed to synthesize mechanically improved and fast responsive temperature-sensitive PNIPA hydrogels. Hence, in the first part of the study  Aerosil® 200 nanosilica surface modified with 3-(methacryloxy)propyltrimethoxysilane (MPTMS) and the second part temperature-sensitive nanocomposite hydrogels synthesized by free radical polymerization in the existence of  organically modified  Aerosil® 200. The yield of modified nanosilica modification were determined by Thermogravimetric Analysis (TGA) and the particle size distribution of modified nanosilica particles were investigated by dynamic light scattering technique (DLS). Morphological, mechanical and swelling behaviors were investigated. Mechanical strength was increased by addition of modified nanosilica.
Keywords: N- isopropylacrylamide, cryogel, hydrogel, nanosilica