DOKU MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARI İÇİN GÖZENEKLİ POLİMERİK İSKELE TASARIMI

7/25/2019 DOKU MHENDSL UYGULAMALARI N GZENEKL POLMERK SKELE TASARIMI

1/53

DOKU MHENDSL UYGULAMALARI N

GZENEKL POLMERK SKELE TASARIMI

Ozan ARSLAN

Umut CAN

Dokuz Eyll !"#$%!%!' M#&(lu$)! "# M(lz#*# M+#,!%l!-!' ZMR


2/53

Doku MhendisliiNedir?

Doku Mhendislii, hasar grmveya yapsal ya da ilevsel eksikliiolan dokularn onarlmas amacylayeni biyolojik edeerleriningelitirilmesini hedefeyeninterdisipliner bir bilim daldr

Doku mhendislii yaklamndak"k bir doku par"asndan i#oleedilen hcreler laboratuvarortamnda "oaltlr ve y#eyinetutunup yeni doku edeerini

oluturabilecekleri " boyutlubiyobo#unur yap iskeleleri #erineekilerek kltreedilmektedir $undan sonrakisre" yeni doku edeeri yapnnvcuda nakledilmesi ve #amanla

biyobo#unur yap iskelesininkademeli erimesi ve yerini tamamen

$ir doku iskelesi rneinin

d grn%heng&ei 'ou , (cta biomaterialia )impact *actor+ -./ 00123004 .)2/+532603D78+0303091jactbio23000033:


3/53

Doku skelesi ve Gzeneklilik

Doku mhendisliinde kullanlan doku iskelesi, canl

hcreleri tutmak ve "oaltmak i"in matris va#i*esi

grmektedir

Doku iskelesinin " boyutlu yapsnda g#enek oluturmak,

spesi;k hcrelerin "oalmasnda, tanmasnda ve

*arkllamasnda kritik rol oynamaktadr

$u boluklar besleyici maddelerin ve oksijenin trans*erinde4

hcrenin oluturduu atk maddelerin tanmasnda etkin rol

oynamaktadr

7ksijen ve besin eksiklii sonucu hcreler 533 #enek ve g#enek ge"irgenlii iskelenin ;#iksel #ellikleri

ktle trans*erini ve yeni bir doku oluturmak i"in hcrenin

penetrasyonunu ve yapmasn salamaktadr

>#enekli yapya sahipbir doku iskelesinin ?@M*otora*

Dietmar A Butmacher, $iomaterials 20 )2333/ 252-C25:


4/53

Neden Gzeneklilik? Doku iskelesinde g#enein ge"irgenlii ve boyutu,

hcrelerin hayatta kalmas ve "oalmas i"in nemlidir

$yk g#enekler nemli l"de besin destei, ga#

di*#yonu ve metabolik atklarn tanmasnsalamaktadr akat byk g#enekli yapda hcreler

daha a# tutunmakta ve hcreler aras etkileim

a#almaktadr

E"k g#eneklerde ise bunun tam tersi durum s#

konusudur $u nedenle, makro ve mikro g#enek i"eren

doku iskelesi yaps, hcrelerin bymesi i"in gerekli

;#iksel destei salamaktadrDehghami , Furrent 7pinion in $iotechnology 2300, 22+990G999


5/53

Gzenekli Doku skelesi retimYntemleri

@lektro eirme )electrospinning/

>a# ba#l teknikler )gase based techniHues/

?olvent dkm1 tu# li"i )solvent casting1salt

leaching/

Dondurma 6 kurutma )*ree#e6drying/

a# ayrtrma teknii) phase seperation/


6/53

Ieknik, basit"e ele alnacak olursa, g#enekoluturmak i"in polimer solsyonuna tu#eklenmesi, sspansiyon oluturulduktan sonra isetu#un ykanarak u#aklatrlmas ve bunun

sonucunda boluklarn olumasdr $u tekniin ucu# ve basit olmasnn yannda bir

dier avantaj ise kullanlan tu#un #arars# ve suda"#nebilir olmas, bu sayede g#enek yaratmaki"in kullanldnda herhangi kontaminasyon riski

oluturmuyor olmasdr

Solvent dkm/ tuz lii teknii

J Fannillo, Fomposite ?tructures, Jolume -2, issue . )Kuly, 2303/, p 0.260.2


7/53


$u teknik d#enli g#enekli doku iskelesioluumunu salar *akat kalnl snrldr

Lolimer organik bir "#cde "#nr #elti, g#enek oluturucu partikllerin

bulunduu kaba dklr >#enek oluturacak partikl boyutu, doku

iskelesinin g#enek boyutunu da etkiler Ba#rlanan "#elti kaba dkldkten sonra

"#cnn tamamen u#aklamas gerekir @lde edilen kompo#it yap, g#enek oluturucuyu

"#ecek bir banyoya daldrlr >#enek oluturucular tamamen "#ldkten

sonra a# kalnlkta, g#enekli yap elde edilirJ Fannillo, Fomposite ?tructures, Jolume -2, issue . )Kuly, 2303/, p 0.260.2


8/53

?hen Niangjun ve ekibinin 233 ylnda yaynladklar "almayagre4

LDOO( veya LOO( tartld 'eterli miktarda diklormetanda "#ld Pnceden tartlm ve belirlenmi "aptaki QaBF7, polimer "#eltiye

eklenip kartrld

#elti belirli bir kvama gelene kadar kartrldktan sonra "elikkalba dkld Qumune 2: saat oda scaklnda kurumaya brakld Daha sonra

vakum desikatrde 2: saat :3oF=de 63,0 MLa basn"ta bekletilerek"#cnn u"urulmas saland

Qumune arlk"a R02=lik BFl "#eltisi i"ine daldrlarak saat

beklendi de*a sa* su ile ykandktan sonra 02 saat boyunca sa*suda bekletildi ?a* su : saatte bir deitirildi 2: saat boyunca :5oF=de 63,0 MLa basn"ta vakum desikatrde

kurutuldu @lde edilen doku iskelesinin g#enek boyutu 0336:33


9/53


Uekil NQaFl kullanlarak ha#rlanmdoku iskelesi a N3 b N033

Uekil NQaFl kullanlarak ha#rlanmdoku iskelesi c N233 d N533

a

d!

?hen Niangjun at all, 233S abrication o* porous scaTolds using QaBF7particulates as theporogen material


10/53

Dondurma " #urutma$eknii

Dondurma kurutma, "#eltilerin dondurulup vakum altndasblimleme ile "#clerin ayrtrlmas ve bu sayede

g#enekli yap oluturulmas ilemidir

ree#e drying)dondurarak kurutma/ teknii doku mhendislii

ve biyolojik uygulamalarda g#enekli yaplar retebilmek i"in

yaygn olarak kullanlr (yrca *armokoloji endstrisinde

ila"larn etkilerini dengelemek amacyla kullanlr


11/53

$u tekniin ba# avantajlar +

0 ?u ba#l "#eltilerin kullanlmas, bu sayede

"evre kirlilii yaratlmamas

2 #c ayrtrmas srasnda empriteler ortaya

"kmad i"in bir ileri temi#lik aamas

gerekmemesi

Dondurma srasnda deikenleri modi;ye

ederek nanoyapl ve bol g#enekli mal#eme

retilebilmesi


Oei Vian, K Fhem Iechnol $iotechnol 23004 .9+ 0S2G0.:


12/53

>#eneklerin boyutu, hacmi vemor*olojisi4

0 Dondurma scakl,

2 Dondurma ynnn kontrol #elti konsantrasyonu,: #c ve "#nenin davranlar

parametrelerine bal olarak deiir




13/53

$ir dondurma 6 kurutma ilemi temel olarak

aamadan oluur +

0 Dondurma,

2 $irincil Euruma

Wkincil Euruma




14/53

Dondurma ilemi +

$u ilem sv numuneyi souk banyoya yerletirme ya da

onunla temas ettirme eklinde ger"ekletirilir

Donmu numune daha sonra donmu "#csnden

sblimleme ile ayrlmak amacyla *ree#e dryer ciha#nayerletirilir

$u ilem srasnda, donmu numune cams ge"i scakl ya

da erime noktas altnda bir scaklkta tutulmaldr $ylece

vakum altnda donmu "#c numuneden alnr

#cnn geri alm srasnda oluan boluklar sayesinde

porlu yaplar oluur, yani burada porojen olarak donmu

"#c rol alr




15/53

Dondurma i%leminin mekanizmas& Donma aamas, istenen g#enekli yapnn elde edilebilmesi

a"sndan "ok nemlidir

$u aama srasnda, "#c kristalleri byr ve "#nen molekller,

numune tamamen donana kadar donmu "#cden dlanr

0 Donma scakl,

2 Donma yn,

#elti konsantrasyonu,

: #c tipi

gibi *arkl durumlar mal#emedeki g#enekli yap sonucuna byk etki

eder




16/53

?u ba#l bir "#elti sv nitrojen i"erisinde

dondurulduunda, sv nitrojenin ar dk ss )60-9

3F/ ani bu# "ekirdeklenme oluumunu ve k"k bu#

kristallerinin bymesini salar

akat dondurma ilemi daha yksek scaklklarda )623

3F gibi/ ger"ekletirilirse, bu# "ekirdeklenmesi yava

olacak ve daha byk bu# kristalleri meydana getirme

eiliminde olacaktr, ki bu da dondurma 6 kurutma

sonras geni ve rastgele g#enekli yap eldesi salar




17/53

Donma yn de g#enek mor*olojisi #erindenemli bir etmendir Donma yn kontrol edilerek

bu# kristallerinin bymesi, yanda grld

gibi, tek bir yne ynlendirilebilir, buna ynl

dondurma )directional *ree#ing/ denir

$u ilem, btn numune boyunca yksek scaklk

gradyann uygulanmas ile ger"ekletirilir,

bylece bu# kristalleri dk scaklktan yksek

scakla ge"erken byr Daha sonra

ynlendirilmi bu# kristallerinin *ree#e drying

ilemi ile kaldrlmas ayn ynl g#enek

oluumu ger"eklemi bir mal#eme retimini

salar




18/53

#urutma %lemi '

Eurutma ilemi genelde dondurma kurutma ciha#nda scaklk

kontroll rafarda yaplr

$irincil kurutma basncn "l noktann altna indirilmesi sayesinde

donmu "#cnn sblimlemesi srasnda ger"ekleir $u adm

ilemde genelde en u#un sren, en "ok #aman harcatan sredir $u#

sblimlemesi h# dorudan, vakumun seviyesi, ra* scakl, numune

hacmi ve y#ey alan, ve rn dayanm gibi *aktrlere baldr

Wkinci kurutma ise polimere balanm sv haldeki "#cy geri

"kartmak i"in ger"ekletirilir $u ger"eklemesi i"in suyu

u#aklatrmak i"in kullandm# birinci kurutmadan daha dk bir

basn" seviyesi gereklidir


Qa#nin ?ultana, $io*abrication : )2302/ 30533 )0:pp/


19/53

Dondurma kurutma ilemi i"in yaplan literatr "almasndakaynak olarak makalesi incelenmitir $u makaledeuygulanan prosedr 4 Lolimer organik bir "#c ile "#lr, #nen polimer ile su *a# homogeni#er ciha# ile

kartrlr @lde edilen emlsiyonun bir derin dondurucu yardm ile

X5 3F =ye soutulup donma ileminin ger"eklemesisalanr

Donmu emlsiyon 603 3F sabit scaklkta "almak #ere

dondurma kurutma ciha#na yerletirilir :9 saatlik bir kurutma sreci sonrasnda deney

sonlandrlr



d


20/53

Deney sonucunda 4 D#gn parametrelerin uygulanmas ile bol

miktarda ve birbiriyle bantl g#enekli, D yapiskelesinin retilebileceini kantlanmtr

Ipte biyolojik "almalar ise ?a7?62 hcrelerininbtn denenen yap iskelelerinde uygun olaraktutunduunu ve "oaldn gstermektedir

$tn bu g#lemlerin sonunda B(1LOO(1LB$J

yap iskelelerinin hcre tutunmas, "oalmas ve*arkllamas srasnda yardmc bir ortamsalad sonucu "karlabilir




21/53

(az )*r&%t&rma $eknii a# ayrtrma teknii, erime noktas dk olan

bir "#c kullanlmasn gerektirmektedir kikolayca sblimleebilsin

Mesela dioksan, polilaktik asiti )LOO(/ "#ebilir

(# miktarda eklenen su ile *a# ayrtrma balar Lolimerce #engin ve polimerce *akir *a#lar

oluturulur #cnn donma noktasnn altndaki scakla

soutulur #cnn sblimlemesi i"in vakum altnda

kurutma gerekebilir $ylece g#enekli doku iskelesi g#lenebilir


22/53

(az )*r&%t&rma $eknii

Uekil N Lara;n kre kullanarak ha#rlanm doku iskelesi a N3 bN:333

a b

Eyung Mi Aoo at all, 233 Qano6;brous scaTolding architecture selectively enhances protein

adsorption contributing to cell attachment


23/53

Doku skelesi retiminde#ar%&la%&lan Sorunlar

Ioksik organik "#c i"ermeleri

Wnce ;lm eklinde iki boyutlu yapolumas

Bomojen olmayan ve snrl g#enee

sahip olan yap oluumu

$aars# boluk ge"irgenlii


24/53

Deneysel almalar

alma boyunca retim tekniklerinden solvent dkm1tu# li"i ve *ree#e drying teknikleri uygulanmtr

Deneysel "almalarn uygulanma sras yine #aman,

maliyet, enerji ve "evreye etki sralamasnda en dkten

yksee eklinde se"ildi, bu sayede istenilen sonuca en

uygun ve ekonomik teknikle ulalmas ama"land

Pncelik en basit teknik olan solvent dkm1tu# li"i

tekniine verilmi, ardndan *ree#e drying tekniidenenmitir

a# ayrtrma teknii i"in #aman yeterli olmamtr


25/53

?olvent Dkm1 Iu# Oi"i Deneyleri


26/53

3,- g LB$J

5 ml Eloro*ormi"inde "#ld

0 g I&een233,0 g B(L

3,35 g QaBF75 ml kloro*ormda

"#ld

#elti i" "ap 0: cm olan petri kabna dkld ve"eker ocan altna braklarak kloro*ormun u"massaland Eloro*ormun tamam u"tuktan sonra "ayr numune alnd ve *arkl ilemlere tabi tutuldu+

D@Q@' 0

Eontrol numunesi saat 9 M BFl

"#eltisi saat .3oF *rnda

bekletme


27/53

Deney 0 ?@M Wncelemeleri

Uekil 00 (sit ilem Uekil 02rnda kurutma

Uekil 0 Eontrol

numunesi


28/53

Deney 0 sonucu +>#enek oluumu sadece ilk numunede

g#lenmitir akat @D? incelemesi de yapldndabnyedeki B(L=in bir miktarnn "#nd deg#lenmitir



29/53

3,- g LB$J


3,32 g $I@(F3,32 I&een 23

5 ml kloro*ormda"#ld

#elti i" "ap 0: cm olan petri kabna dkld ve"eker ocan altna braklarak kloro*ormun u"massaland Eloro*ormun tamam u"tuktan sonra "ayr numune alnd ve *arkl ilemlere tabi tutuldu+

D@Q@' 2

?cak etanol ileykamaEontrol numunesi

@tanol ile ykama


30/53


Uekil 20 kontrolnumunesi

Uekil 22 @tanolile ykama

Uekil 2 ?cak etanol ileykama


31/53


Uekil 2a ?cak etanol ileykama


32/53

Deney 2 sonucu+

Deneyler sonucunda sadece scak etanol ileykamada ha;* bir g#eneklilik oluumu

g#lenmitir Dier deneylerde ise herhangi birg#enek oluumu olmamtr



33/53

3,- g LB$J


3,32 g I&een23

3,0 g B(L5 ml

kloro*ormda"#ld

#elti i" "ap 0: cm olan petri kabna dkld ve"eker ocan altna braklarak kloro*ormun u"massaland Eloro*ormun tamam u"tuktan sonra iki

ayr numune alnd ve *arkl ilemlere tabi tutuldu+

D@Q@'

3,0: g QaBF7, 5ml suda "#nerek

numune iletepkimeye tabi

tutuldu

Eontrol numunesi

3,0 g (setik

asit


34/53

Deney ?@M Wncelemeleri

Uekil 0 Eontrol

numunesi

Uekil 2 $a# ykama


35/53

Deney sonucu+

Deneyler sonucunda herhangi bir g#enekoluumu g#lenmemitir



36/53

3,- g LB$J


3,32 g I&een23

3,0 g B(L5 ml

kloro*ormda"#ld

#elti i" "ap 0: cm olan petri kabna dkld ve"eker ocan altna braklarak kloro*ormun u"massaland Eloro*ormun tamam u"tuktan sonra iki

ayr numune alnd ve *arkl ilemlere tabi tutuldu+

D@Q@' :

3,0: g QaBF7, 5ml suda "#nerek

numune iletepkimeye tabi

tutuldu

Eontrol numunesi

3,2 g (setik

asit


37/53

Uekil :0 Eontrol numunesi

Uekil :2 $a# ykama

Deney : ?@M Wncelemeleri


38/53

Deney : sonucu+

Deneyler sonucunda herhangi bir g#enekoluumu g#lenmemitir



39/53

ree#e Drying Deneyleri

$lmm# laboratuvarlarnda mevcut olmayan*ree#e drying makinasna alternati* olarak,deneyin ger"ekletirilmesi amacyla vakumciha# ve soutma ciha#nn birbirine balanarak

kullanld bir *ree#e drying sistemi tasarland $una tasarma gre a# vakum ciha#na #el

olarak ha#rlanm hortuma bu tasarm i"in #elyaptrlm bir ilifi bir adaptr ile balanmnumune kab) 53mllik dibi yuvarlak ilifi kap/,i"ine aseton doldurulmu s yaltml bir kapi"erisine tuta" yardm ile yerletirilir Dahasonra ise srasyla dondurma, 0 Eurutma, 2Eurutma ilemleri uygulanr


40/53

Iasarlanan dondurma kurutma mekani#masnn bir *otora*


41/53

Iasarlanan dondurma kurutma mekani#masnn bir *otora*


42/53

Dondurma ileminde, s yaltml kap i"erisine doldurulmu aseton

6:3oF= ye getirilir

(rdndan i"ine "#elti aktarlm olan numune kab sisteme

yerletirilir

?istem 2: saat bu durumda bekletilip dondurulduktan sonra s

kademeli olarak 603oF= ye indirilir ve bu noktada 0 Eurutma ilemi

balar $u ilem de :. saat sresince uygulanr

?on olarak kalntlar gidermek i"in soutucu kapatlr ve 2: saatboyunca 2 Eurutma ilemi ger"ekletirilir Im bu ilemler sonunda

*ree#e drying prosesi sona erdirilir ve numune tahliye edilir



43/53

3,- g LB$J5 ml Eloro*ormi"inde "#ld

3,32 g I&een233,0 g B(L


#eltiler 53oF= da 2 saat boyunca kartrlr(rdndan oda scaklnda 2: saat kartrmaya

brakld

D@Q@' 0

5 ml su eklenip kartrlr vedondurma kurutma ilemi

i"in numune kabna aktarld


44/53



45/53

Deney 0 sonucu+$yk boyutlu g#enek eldesi baarl olmu *akatk"k boyutlu g#enekler



46/53


3,32 g I&een233,0 g B(L



brakld

D@Q@' 2

5 ml su ve 3,0 g asetik asiteklenip kartrlr ve dondurma

kurutma ilemi i"in numunekabna aktarld


47/53



48/53

Deney 2 sonucu+>#enek eldesi olduk"a baarldr Bem byk hemde k"k g#eneklerin d#gn ekilde elde edildiig#lenmitir



49/53


3,32 g I&een233,0 g B(L



braklr

D@Q@'

03 ml su eklenip kartrlrve dondurma kurutma

ilemi i"in numune kabnaaktarlr

W


50/53

Deney ?@M Wncelemeleri


51/53

Deney sonucu+>#eneklilik istenilen seviyede olmamakla birlikte

a# miktarda mevcuttur



52/53

Deneylerin Deerlendirmesi ve?onu"lar

?olvent dkm1Iu# li"i deneyleri numunelerinde krlgan yapoluumu g#lendi, bu durumun sebebinin yksek y#ey gerilimi

olduu tahmin edildi Pneri olarak *arkl y#ey akti* madde

miktarlar ve *arkl biyouyumlu y#ey akti* maddeler

denenmesi ile bu durumun a#altlabilir

Eartrc olarak bir homogeni#er kullanlmas deney sonu"larn

olumlu ynde etkileyecektir

Iicari boyutlarda B(L kullanlmasnn da deney sonu"larn

etkilemi olabilecei dnlerek, nano boyutlardaki

mal#emelerle deneylerin tekrarlanmas daha uygun olacaktr

$lmm#de mevcut olmayan ree#e Drying makinesine

alternati* olarak tasarlanan mekani#mann baarl olduu ve

blmde u ulanabilecek ben#er dene ler de bu ekilde


53/53

ree#e Drying deneyi i"in "#c olarak kloro*ormdan daha a# toksik olanDiklormetan )DFM/ denendi, *akat dk buharlama scakl ):3oF/

nedeniyle bu denemeler baarl olmad, refuY sistemi ha#rlanarak

denendi *akat bu deneme de baarl olmaynca kloro*orma geri dnld

(setik asitin suyun polaritesini a#altp emlsiyondan u#aklamasnkolaylatrd sonucuna varld

Zrnlerin atklar biyobo#unur olduundan "evre kirlilii yaratmad

iyat1per*ormans deerlendirmesinde her ne kadar tu# li"i deneyi "ok

ekonomik olsa da yeterli g#enee ulaan tek deney dondurma G

kurutma olduu i"in bu deney daha baarl oldu

Deneyler sonucunda g#enekli yap eldesi saland *akat ticari kullanma

uygun olabilmesi i"in hcre kltr deneylerinin uygulanmas

Deneylerin Deerlendirmesi ve?onu"lar

Documents

DOKU MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARI İÇİN GÖZENEKLİ POLİMERİK İSKELE TASARIMI