Embed Size (px)
Citation preview
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Cansu ÇITAK
Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği
Programı : Kimya Mühendisliği
HAZİRAN 2011
POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY
MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU
Tez Danışmanı: Prof. Dr. F.Seniha GÜNER
HAZİRAN 2011
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Cansu ÇITAK
(506081028)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 6 MAYIS 2011
Tezin Savunulduğu Tarih : 9 HAZİRAN 2011
Tez Danışmanı : Prof. Dr. F. Seniha GÜNER (İTÜ)
Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Güldem ÜSTÜN (İTÜ)
Prof.Dr. Fikriye URAS (MARMARA)
POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY
MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU
iii
Aileme,
iv
v
ÖNSÖZ
Tez çalıĢmalarımı yürüten, araĢtırmalarımın her aĢamasında bilgi, öneri ve
yardımlarını esirgemeyerek engin fikirleriyle geliĢmeme katkıda bulunan ve hertürlü
konuda yanımda olup beni destekleyen değerli hocam Sayın Prof. Dr. F. Seniha
GÜNER‟e sonsuz teĢekkürlerimi sunarım. Ayrıca tez çalıĢmalarım süresince
yardımlarını gördüğüm, bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım Sayın Doç. Dr.
Ahmet SĠRKECĠOĞLU‟na, Sayın Prof. Dr. Fatma Z. TEPEHAN‟a, Sayın Prof. Dr.
Fikriye URAS‟a ve Sayın Uzman Tansu ERSOY‟a ve Dr. Özlem BĠNGÖL
ÖZAKPINAR‟a da en içten teĢekkürlerimi sunarım.
Deneysel çalıĢmalarım esnasında, bana yardımcı olan Kim.Yük. Müh. IĢık
YAVUZ‟a çalıĢmalarım boyunca her daim yanımda olan arkadaĢlarım Asuman KOÇ
ve Tuğba AKKAġ baĢta olmak üzere tüm arkadaĢlarıma teĢekkürü bir borç bilirim.
Bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım, görüĢ ve düĢünceleriyle geliĢmeme katkıda
bulunan, motive edici konuĢmalarıyla önüme ıĢık tutan ve daima yanımda olan
meslektaĢım Kim. Yük. Müh. Fahrettin GÜNDÜZ‟e sonsuz teĢekkürlerimi sunarım.
Mayıs 2011
Cansu ÇITAK
(Kimya Mühendisi)
vi
vii
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖNSÖZ ....................................................................................................................v
İÇİNDEKİLER .................................................................................................... vii KISALTMALAR .................................................................................................. ix
ÇİZELGE LİSTESİ .............................................................................................. xi ŞEKİL LİSTESİ.................................................................................................. xiii
ÖZET..................................................................................................................... xv SUMMARY ........................................................................................................ xvii
1. GİRİŞ ..................................................................................................................1 2. TEORİ .................................................................................................................5
2.1 Biyomalzemeler............................................................................................. 5 2.2 Biyomedikal polimerler ................................................................................. 8
2.3 Poliüretanlar .................................................................................................. 9 2.3.1 Poliüretan sentezinde kullanılan hammaddeler .....................................10
2.3.1.1 Ġzosiyanatlar ....................................................................................10 2.3.1.2 Polioller ...........................................................................................11
2.3.1.3 Zincir uzatıcılar ...............................................................................11 2.3.2 Poliüretanların sentezi ...........................................................................11
2.3.3 Poliüretanların uygulama alanları ..........................................................13 2.4 Yüzey Modifikasyonu ................................................................................. 14
2.5 Plazma yüzey modifikasyonu ...................................................................... 18 2.5.1 Ġnce film kaplama ..................................................................................13
2.5.2 AĢındırma ..............................................................................................13 2.5.3 Polimerlerin yüzey aktifleĢtirme ve fonksiyonelleĢtirilmesi .................13
2.5.4 Plazma polimerizasyonu ........................................................................13 2.5.5 Plazma polimerizasyonunun uygulama alanları ....................................13
2.6 Temas açısı ölçüm yöntemleri ve yüzey serbest enerjisi ............................ 18 2.7 Biyomalzeme yüzeyine protein adsorpsiyonu ............................................. 20
2.7.1 Poliüretan yüzeylere protein asorpsiyonu ..............................................21 2.7.2 Kan plazmasındaki önemli proteinler ....................................................22
2.7.2.1 Albümin ..........................................................................................22 2.7.2.2 Fibrinojen ........................................................................................24
2.8 Biyomalzeme-biyolojik çevre etkileĢimi ..................................................... 25 2.9 Hücre yapıĢması ve üremesi ........................................................................ 26
2.10 Literatürde yapılan çalıĢmalar. .................................................................. 26
3. DENEYSEL ÇALIŞMA.................................................................................... 29 3.1 Kullanılan Kimyasallar ve Özellikleri ......................................................... 29 3.2 Polimer Sentezi ........................................................................................... 30
3.2.1 Reaksiyon karıĢımının hazırlanması ...................................................30 3.2.2 Poliüretan sentezi .................................................................................31
3.3 Poliüretan filmlerin plazma yüzey modifikasyon yöntemi .......................... 31
3.4 Karakterizasyon yöntemleri ......................................................................... 32
viii
3.4.1 Fourier transform infrared spektroskopisi ............................................. 32
3.4.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre ......................................................... 33
3.4.3 Isılgravimetrik analiz ............................................................................ 33
3.4.4 Dinamik mekanik analiz ....................................................................... 33 3.4.5 Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi .................................................... 33
3.4.6 Taramalı elektron mikroskobu .............................................................. 34 3.4.7 Atomik kuvvet mikroskobu .................................................................. 34
3.4.8 X-ıĢını kırınımı...................................................................................... 35
3.4.9 X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi ....................................................... 35
3.4.10 Polimerlerin ĢiĢme davranıĢları ........................................................... 35
3.4.11 BoĢluk hacmi ...................................................................................... 35
3.4.12 Gözeneklilik ........................................................................................ 35
3.4.13 Gaz geçirgenliği .................................................................................. 35
3.4.14 Hidroliz ............................................................................................... 35
3.4.15 Polimerlerin yoğunlukları ................................................................... 35
3.4.16 Jel içeriklerinin belirlenmesi ............................................................... 35
3.4.17 Ġki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (Mc) ve çapraz
bağlanma yoğunluğunun (υc) hesaplanması ................................................... 35
3.5 Biyouyumluluk Deneyleri ............................................................................ 38
3.5.1 Poliüretan filmlere protein adsorpsiyonu .............................................. 38 3.5.2 Hücre yapıĢması ve üremesi.................................................................. 39
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA ......................................................................... 41 4.1 Poliüretan Sentezi ........................................................................................ 41
4.2 Polimer Yapısının Karakterizasyonu ve Özelliklerinin Belirlenmesi........... 42 4.2.1 Fourier transform infrared spektroskopisi ......................................... 42
4.2.2 X-ıĢını kırınımı verilerinin değerlendirilmesi ....................................... 43 4.2.3 Diferansiyel taramalı kalorimetre analizi .............................................. 44
4.2.4 Isılgravimetrik analiz ............................................................................ 45 4.2.5 Dinamik mekanik analiz ....................................................................... 46
4.2.6 Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi hesaplaması ............................... 50
4.2.7 Poliüretanların ĢiĢme davranıĢlarının incelenmesi ................................ 51
4.2.8 Poliüretanların boĢluk hacminin hesaplanması ..................................... 51 4.2.9 Poliüretanların gözeneklilik değerlerinin hesaplanması ........................ 52
4.2.10 Gaz geçirgenliği sonuçları .................................................................. 52 4.2.11 Poliüretanların jel içeriğinin hesaplanması ......................................... 52
4.2.12 Poliüretanların yoğunluklarının hesaplanması .................................... 53 4.2.13 Ġki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (Mc) ve çapraz
bağlanma yoğunluğunun (υc) hesaplanması ................................................... 54 4.2.14 Hidroliz .............................................................................................. 56
4.3 Plazma yüzey modifikasyonu ...................................................................... 56 4.4 Protein adsorpsiyonu verilerinin değerlendirilmesi ...................................... 57
4.5 Filmlerin yüzey topoğrafyası ....................................................................... 60 4.5.1 AFM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi......................................... 60
4.5.2 SEM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi ......................................... 64
4.5.3 X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ............................................ 66
4.6 Sitotoksisite, hücre yapıĢması ve üremesi .................................................... 67
5. SONUÇ VE ÖNERİLER .................................................................................. 73
KAYNAKLAR ...................................................................................................... 77 EKLER ................................................................................................................. 83
ix
KISALTMALAR
HY : Hint Yağı
PEG : Polietilen Glikol
PU : Poliüretan
BSA : Hayvan Serum Albümin
BSF : Hayvan Serum Fibrinojen
FT-IR : Fourier Transform Infrared
DSC : Diferansiyel taramalı kalorimetre
TGA : Isıl Gravimetrik Analiz
DMA : Dinamik Mekanik Analiz
PSM : Plazma Yüzey Modifikasyonu
PBS : Fosfat Tampon Çözeltisi
XRD : X-IĢını Kırınımı
XPS : X-IĢını Fotoelektron Spektroskopisi
SEM : Taramalı Elektron Mikroskobu
AFM : Atomik Kuvvet Mikroskobu
AA : Akrilik Asit
Ar : Argon
FTIR-ATR : Fourier Transform Infrared-AzaltılmıĢ Toplam Reflektans
DMEM : Hücre kültür ortamı
DMSO : Dimetil sülfoksit
x
xi
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Kanda bulunan 3 ana plazma proteini. . .............................................. 22
Çizelge 3.1 : Polietilen glikolün özellikleri. . .......................................................... 29 Çizelge 3.2 : Hint yağının özellikleri. ..................................................................... 29
Çizelge 3.3 : Hegzametilen diizosiyanatın bazı özellikleri....................................... 30 Çizelge 4.1 : Sentezlenen poliüretan filmlerin kodları. ............................................ 42
Çizelge 4.2 : Poliüretanların DSC termogramından elde edilen Tg ve Tm
değerleri. ........................................................................................... 44
Çizelge 4.3 : Poliüretanların TGA sonuçları. .......................................................... 45 Çizelge 4.4 : DMAverilerinden hesaplanan Tg değerleri. ........................................ 48
Çizelge 4.5 : Poliüretan filmlerin temas açısı ve serbest yüzey enerjisi
değerleri. . .......................................................................................... 50
Çizelge 4.6 : Filmlerin boĢluk hacmi değerleri. . ..................................................... 52 Çizelge 4.7 : Filmlerin gözeneklilik değerleri. ........................................................ 52
Çizelge 4.8 : Poliüretan filmlerin plazma uygulaması öncesi ve sonrası temas
açıları. ............................................................................................... 57
Çizelge 4.9 : Poliüretan filmlerin AFM ile belirlenen yüzey pürüzlülük
değerleri. ........................................................................................... 61
Çizelge 4.10 : PU100 kodlu Poliüretan filmin; orijinal hali, AA kaplaması
sonrası ve AA kaplamasından sonra BSF adsorpsiyonlu halinin
XPS verileri. ................................................................................... 67
xii
xiii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 2.1 : Poliüretanın genel yapısı. ................................................................... 10
Şekil 2.2 : Poliüretan sentezi için genel reaksiyon [21]. ...................................... 13 Şekil 2.3 : Poliüretanın yumuĢak ve sert segmentleri. .......................................... 16
Şekil 2.4 : Plazmayla yüzey aĢındırma [27]. ....................................................... 16 Şekil 2.5 : Polimer yüzeyinin aktifleĢtirilmesi . ................................................... 16
Şekil 2.6 : Plazma polimerizasyonu [27]. ............................................................ 17 Şekil 2.7 : Akrilik asit monomeri ile plazma polimeri oluĢumu. .......................... 17
Şekil 2.8 : Yüzey temas açısı ölçümü. ................................................................ 17
Şekil 2.9 : Temas açısı ölçümünde kullanılan 4 yöntem; (a) YapıĢık damla
(sessile drop) yöntemi, (b) YakalanmıĢ kabarcık (captive bubble)
yöntemi, (c) Kapiler yükselme yöntemi, (d) Wilhelmy plaka
yöntemi. ............................................................................................. 19 Şekil 2.10 : Albümin proteinin yapısı [36]. ........................................................... 29
Şekil 2.11 : Fibrinojen proteinin yapısı [39]. ......................................................... 30 Şekil 3.1 : (a) HY, (b) PEG‟in kimyasal yapıları. ................................................ 29
Şekil 3.2 : HDI‟nın kimyasal yapısı. ................................................................... 30 Şekil 3.3 : 1,4-bütandiol. . ................................................................................... 30
Şekil 3.4 : Diener electronic marka Pico-LF-RF cihazı. . ..................................... 32 Şekil 3.5 : X-ıĢını kırınım desenleri pik alanlarının hesaplanması. . ..................... 34
Şekil 4.1 : (a) PEG ile PU sentez reaksiyonu, (b) HY ile PU sentez
reaksiyonu. ........................................................................................ 41
Şekil 4.2 : PU50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. ................................ 42 Şekil 4.3 : PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin XRD grafiği. ................... 44
Şekil 4.4 : Sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri. . ............................................ 49 Şekil 4.5 : PU filmlerin depolama modülleri (E‟). ............................................... 49
Şekil 4.6 : PU filmlerin kayıp modülleri (E‟‟). .................................................... 49 Şekil 4.7 : PU filmlerin tan δ pikleri. . ............................................................... 519
Şekil 4.8 : Poliüretan filmlerin ĢiĢme oranları. . ................................................... 51 Şekil 4.9 : PU filmlerin jel içeriği değerleri grafiği. . .......................................... 53
Şekil 4.10 : PU filmlerin yoğunluk değerleri grafiği. ............................................ 53 Şekil 4.11 : PU filmlerin Q-çözünürlük parametreleri grafiği. ............................... 54
Şekil 4.12 : PU filmlerin Mc grafiği. . .................................................................... 55 Şekil 4.13 : PU filmlerin νc grafiği. ...................................................................... 55
Şekil 4.14 : Poliüretan filmlerin hidroliz sonucu ağırlık kayıpları. . ....................... 56
Şekil 4.15 : BSA proteini adsorpsiyon grafiği. ..................................................... 58 Şekil 4.16 : BSF proteini adsorpsiyon grafiği. ...................................................... 59
Şekil 4.17: PU50 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme
BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası
AFM görüntüleri. ............................................................................... 62 Şekil 4.18 : PU100 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme
BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası
AFM görüntüleri. .............................................................................. 63
xiv
Şekil 4.19 : (a) PU100 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı
filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu,
(e) PU100 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU100 kodlu
filme BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri. . ........................... 65 Şekil 4.20 : (a) PU50 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı
filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu,
(e) PU50 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU50 kodlu filme
BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri. . .................................... 66 Şekil 4.21 : PU100 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıĢmalarının ıĢık
mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme). ............................................ 69
Şekil 4.22 : PU50 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıĢmalarının ıĢık
mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme). ............................................ 70
Şekil 4.23 : PU100 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi. .................. 71
Şekil 4.24 : PU50 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi. .................... 71
Şekil A.1 : PU50 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu. . ............................ 84
Şekil A.2 : PU50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. . .............................. 84 Şekil A.3 : PU60 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu. .. ........................... 85
Şekil A.4 : PU60 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. ............................... 85 Şekil A.5 : PU70 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu. . ............................ 86
Şekil A.6 : PU70 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. ............................... 86 Şekil A.7 : PU90 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu. . ............................ 87
Şekil A.8 : PU90 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. ............................... 87 Şekil A.9 : PU100 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu. . .......................... 88
Şekil A.10 : PU100 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. ............................. 88 Şekil B.1 : PU50‟nin TGA grafiği. ..................................................................... 89
Şekil B.2 : PU60‟nin TGA grafiği. ..................................................................... 89 Şekil B.3 : PU70‟nin TGA grafiği. ..................................................................... 90
Şekil B.4 : PU90‟nin TGA grafiği. ..................................................................... 90 Şekil B.5 : PU100‟nin TGA grafiği. .................................................................... 91
Şekil C.1 : PU50 DMA grafiği. ........................................................................... 92 Şekil C.2 : PU60 DMA grafiği. ........................................................................... 92
Şekil C.3 : PU70 DMA grafiği. ........................................................................... 93 Şekil C.4 : PU90 DMA grafiği. ........................................................................... 93
Şekil C.5 : PU100 DMA grafiği. ......................................................................... 94 Şekil D.1 : PU50 DSC grafiği. ............................................................................ 95
Şekil D.2 : PU60 DSC grafiği. ............................................................................ 95 Şekil D.3 : PU70 DSC grafiği. ............................................................................ 96
Şekil D.4 : PU90 DSC grafiği. ............................................................................ 96
Şekil D.5 : PU100 DSC grafiği. . ......................................................................... 97
Şekil E.1 : BSA protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği. ................................... 98
Şekil E.2 : BSF protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği. ................................... 98
xv
POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY
MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU
ÖZET
Uygun mekanik özellikleri, ayarlanabilir fiziksel özellikleri ve mükemmel kan ve
doku uyumluluğu poliüretanların biyomedikal uygulamalarda sıklıkla kullanılmasını
sağlamıĢtır. Ancak, poliüretan yüzeyler hücre yapıĢması/tutunması, hücre çoğalması
ve protein adsorpsiyonu konularında geliĢtirilmeye ihtiyaç duymaktadır. Poliüretan
malzemelerin kütle özelliklerini değiĢtirmeden yüzey özelliklerini iyileĢtirmek
amacıyla çok sayıda çalıĢma yapılmıĢtır. Plazmayla yüzey modifikasyonu pahalı
olmasına rağmen son zamanlarda ilgi çekici bir yüzey modifikasyonu yöntemidir.
Bu çalıĢmada, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat
(HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak katalizör ve çözücü kullanılmadan farklı
HY/PEG oranlarında biyomedikal saflıkta poliüretan filmler hazırlanmıĢtır.
Hazırlanan poliüretan (PU) filmlere yüzey aktifleĢtirme ve plazma polimerizasyonu
olmak üzere iki aĢamalı plazma yüzey modifikasyon (PSM) iĢlemi uygulanmıĢtır.
Birinci aĢamada, PU filmlere belirli güç ve sürede (50W, 2 dakika) argon (Ar)
plazma uygulanarak temiz aktif yüzeyler elde edilmiĢtir. Ġkinci aĢamada ise
aktifleĢtirilen PU filmlere akrilik asit (AA) monomeri kullanılarak belirli güç ve
sürede (50W, 5 dakika) plazma polimerizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Biyouyumluluk
çalıĢmaları kapsamında protein adsorpsiyonu ve hücre yapıĢması/tutunması ve
üremesi deneyleri yürütülmüĢtür. Protein adsorpsiyonu deneylerinde, kan
plazmasında önemli ve hayati görevleri bulunan hayvan serum albümin (BSA) ve
hayvan serum fibrinojen (BSF) proteinleri kullanılmıĢtır. Poliüretan sentezinde
kullanılan HY ve PEG oranının ve yüzey modifikasyonunun protein adsorpsiyonuna
etkisi incelenmiĢtir. Hücre yapıĢması/tutunması ve üremesi çalıĢmalarında da bu
etkiler incelenmiĢ, ayrıca yüzeye adsorplanan proteinin hücre yapıĢması/tutunması ve
üremesi üzerindeki etkileri de incelenmiĢtir.
Sentezlenen PU filmlerin Soxhlet ekstraktörü ile jel içerikleri belirlenmiĢtir. ġiĢme
değerleri hem su hem de fosfat tampon çözeltisi (PBS) için belirlenmiĢ olup arada
göz önüne alınabilecek belirgin bir fark bulunmadığı için suda ĢiĢme değerleri
polimerlerin ĢiĢme davranıĢlarının incelenmesinde kullanılmıĢtır. Seçilen belirli PU
filmlerin boĢluk hacimleri hesaplanarak değiĢen HY/PEG içeriğiyle yapıda oluĢan
pürüzlülük hakkında bilgi edinilmiĢtir. ĠkiĢer hafta aralıklarla 8 hafta boyunca belirli
PU filmlerin ağırlık tartımı ve FT-IR analizi ile PBS ortamında hidrolizleri
incelenmiĢtir.
Sentezlenen poliüretan filmlerin yapısal karakterizasyonu için fourier transform
infrared (FT-IR) spektroskopisi, termal ve mekanik karakterizasyonu için
ısılgravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve dinamik
mekanik analiz (DMA) kullanılmıĢtır. Sentezlenen bazı PU filmlerin kristalografik
yapısını aydınlatmak amacıyla X-ıĢını kırınımı (XRD) kullanılmıĢtır. Hint yağı
temelli PU filminin yüzeyine yapılan nanometrik boyutdaki AA kaplaması ve protein
xvi
adsorpsiyonu X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve taramalı elektron
mikroskobu (SEM) ile belirlenmiĢtir. Poliüretan filmlerin hidrofilik/hidrofobik
özelliklerini belirlemek için temas açısı ölçümleri yapılmıĢ ve yüzey serbest
enerjileri hesaplanmıĢtır. PSM öncesi ve sonrasında ve protein adsorpsiyonu
sonrasında PU filmlerin yüzey ıslanabilirliği ve topoğrafyası incelenmiĢtir. Yüzey
topoğrafyasının incelenmesinde atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılmıĢtır.
PSM öncesinde, sentezlenen PU filmlerin temas açıları, kullanılan monomer oranına
bağlı olarak 61o ile 91
o arasında değiĢmektedir. Yürütülen çalıĢmalarda, literatürdeki
veriler ve laboratuvarlarımızda yapılan diğer deneysel çalıĢmalar göz önünde
bulundurularak 50 W, 2 dakika Ar plazma uygulaması ile polimer filmin yüzey
aktivasyonu yapılmıĢ, sonrasında 50 W, 5 dakika AA plazma polimerizasyonu
gerçekleĢtirilmiĢtir.
SEM ile PU yüzeylerin topoğrafyası protein adsorpsiyonu sonrası incelendiğinde
elde edilen görüntülerde, yüzeye adsorbe olan proteinler ve aynı zamanda PSM ile
AA kaplamasından sonra azalan protein adsorpsiyonu gözlemlenmektedir. AFM
sonuçları plazma yüzey modifikasyonunun yüzey pürüzlülüğününün artmasına sebep
olduğunu göstermiĢtir. Farklı HY/PEG oranlarında sentezlenen poliüretan filmlerin
PSM ile yüzeylerinde oluĢturulan serbest radikal merkezlerin konsantrasyonuna bağlı
olarak farklı topoğrafik yapıda poliakrilik asit film oluĢumu belirlenmiĢtir. Ayrıca
BSA ve BSF protein adsorpsiyonlarından sonrada incelenen tapografik sonuçlara
göre yüzeydeki protein adsorpsiyonu hakkında bilgi sahibi olunmuĢtur.
Biyouyumluğun belirlenmesinde bir ön çalıĢma olarak yürütülen protein
adsorpsiyonu sonuçlarına göre PEG içeriğinin artması protein adsorpsiyonun
artmasına neden olmuĢtur. BSA için 9.8-15 mg/cm2 arasında olan protein
adsorpsiyonu değerleri AA kaplamasından sonra 8-13.5 mg/cm2
değerlerine
düĢmüĢtür. BSF için 2-4 mg/cm2
arasında olan protein adsorpsiyonu değerleri AA
kaplamasından sonra 1.3-3 mg/cm2
değerlerine düĢmüĢtür. Literatürdeki verilerle de
paralel olarak adsorplanan BSA, adsorplanan BSF miktarının yaklaĢık 4 katı
kadardır. PU filmler plazmayla yüzey modifikasyonu sonrasında daha hidrofilik
karakter göstermiĢ dolayısıyla protein adsorpsiyonları düĢmüĢtür. Plazma
uygulaması yüzey pürüzlülüğünü arttırmıĢ, protein adsorpsiyonunu olumsuz yönde
etkilemiĢtir.
Sitotoksisite ve hücre yapıĢması deneylerinde NIH-3T3 fare fibroblast hücreleri ve
“Vybrant” sitotoksisite hücre proliferasyon kiti kullanılmıĢ ve HY/PEG oranı 100/0
ve 50/50 kodlu numuler için bu testler yapılmıĢtır. Ayrıca AA ile kaplanmıĢ ve AA
kapalama sonrası BSA ve BSF proteinleri adsorbe edilmiĢ halleri için bir seri deney
gerçekleĢtirilmiĢtir.
xvii
PLASMA SURFACE MODIFICATION AND PROTEIN ADSORPTION OF
POLYURETHANE HYDROGELS
SUMMARY
Polyurethanes obtain to be use in biomedical application for suitable mechanical
properties, controllable physical properties and excellent blood and tissue
compatibility. However polyurethane surfaces need to be developed at cell
adhesion/attachment, cell proliferation and protein adsorption. Numerously study
concluded to enhance surface properties of polyurethane materials witout changing
bulk properties. Plasma surface modification is an attractive surface modification
method in spite of its expenciveness.
In this study, polyethylene glycol (PEG), castor oil (CO), hegzamethylene
diizosiyanat (HDI) and 1,4-buthanediol (BDO) are used to obtain polyurethane in
biomedical purity in different HY/PEG ratio without using any catalyst and solvent.
It is applied to the prepared polyurethane (PU) films plasma surface modification
(PSM) method in a two different way that is surface activation and plasma
polymerization. In the first step, to obtain clean surfaces PU films are imposed
argon (Ar) plasma in specific power and time (50W, 2 minute). In the secont step,
activated PU surfaces is exposed acrylic acid monomer in specific power and time
(50W, 5 minute) to occur plasma polymerization. Protein adsorption and cell
adhesion/attachment and cell proliferation experiment are carried out for
biocompatibility studies. Bovine serum albumin (BSA) and bovine serum fibrinogen
(BSF) are used for protein adsorption experiment because of their vital role in the
blood plasma. It is investigated in protein adsorption that changing HY and PEG
ratio in polyurethane synthesis and surface modification. It is investigated in cell
adhesion/attachment ve cell proliferation adsorption that changing HY and PEG ratio
in polyurethane synthesis and surface modification. Ġt is examined how is the protein
adsorption affect to the cell adhesion/attachment ve cell proliferation.
Synthesed polyurethane films are examined with Soxhlet extraction to determine gel
content. Sweeling ratios are determined in both pure water and phosphate buffer
saline (PBS). But there is no differences between these results so swelling ratios in
pure water result are regarded. Hydrolis experiment are carried out in PBS medium
weeks at 36 oC. Every 2 weeks, the films are dried, weighed and have FT-IR analysis
for specific PU films.
The method is used determining of PU film for structural characterization fourier
transform infrared (FT-IR) spectroscope, for thermal and mechanical characterization
thermalgravimetric analiysis (TGA), differential scaning calorimeter (DSC) and
dynamic mechanical analiysis (DMA). X-ray diffraction is used to determine
crystalografic structure for synthesis PU films. X-ray photoelectron spectroscope is
used to determine AA coating in nanometric dimension and BSF adsorption around
the PU films. Contact angle and surface free energy measurements are made for
determining the hydrophilic/hydrophobic character on the PU films. Topography and
xviii
the wettability of the PU films are determined after and before PSM and protein
adsorption. Atomic force microscope (AFM) is used to determine surface topography
of PU films. Scaning electron microscope is used to determine AA coating and
protein adsorption to the PU surfaces which has HY/PEG ratio is 100/0 and 50/50.
Before PSM, contact angle of the synthesed PU films are changing 61o to 91
o depend
on the ratio of the used monomer.In this study, to take into consideration of the
litterateural datas and studies done before in the laboratories; activation of the films
are made with applying 50 W, 2 minutes Ar plasma and after that plasma
polimerization of the active PU films are made with 50 W, 5 minutes AA plasma
polimerization.
As a result of the SEM analysis of the PU films, protein adsorpiton and the AA
coating and the reduction of the protein adsorption of the surface after AA coating
are proved. As a result of the AFM analysis, surface roughness of the PU films is
increased after the plasma polimerization. Different concantration of AA coating of
the different HY/PEG ratio of the PU surfaces are determined with AFM analysis.
Also BSA and BSF adsorption of the PU films are observed form AFM images.
With increasing the PEG ratio in the PU films, protein adsorptions are increased
exacly. For BSA adsorption, protein adsorption datas are changed between 9.8-15
mg/cm2, after AA coating this data degreased between 8-13.5 mg/cm
2. For BSF
adsorption, protein adsorption datas are changed between 2-4 mg/cm2, after AA
coating this datas degreased between 1.3-3 mg/cm2. Adsorbed BSA/BSF ratio is
about four correspondingly litterateur. After PSM, PU films became more
hydrophilic so adsorbed protein amount to the PU films i degreased. PSM is
increased to the surface roughness, and this accured negatively to the protein
adsorption.
Cytotoxicity and cell attachment experiments are carried out with rat NIH-3T3
fibroblast cell and “Vybrant” cell prolification kit. This experiment are carried out
for HY/PEG ratio is 100/0 and 50/50 samples. Also these experiments are carried out
after AA coating and AA coating after the BSA and BSF adsorption of the film.
1
1. GİRİŞ
YaĢayan sisteme implante edilmek ve organ ve dokuların iĢlevlerini kısmen veya
tümden üstlenmek üzere tasarımlanmıĢ malzemelere biyomalzemeler adı verilir [1].
Yapı malzemeleri çok çeĢitli olan biyomalzemeler baĢlıca polimerler, metaller,
seramikler, kompozitler, karbonlar ve doğal dokulardan üretilirler. Biyomalzemelerin
en önemli grubu polimerik biyomalzemelerdir. Tıpta çok geniĢ bir kullanım alanına
sahip olan polimerik biyomalzemelerin uygulamalarına bir kaç çarpıcı örnek;
protezler, kontrollü ilaç salım sistemleri ve çeĢitli implantlar verilebilir [2].
Biyomalzemelerin biyolojik yönden uyumlu olması, toksik ve karsinojenik
olmaması, kimyasal açıdan inert ve stabil olması, yeterli mekanik dayanıma sahip
olması, yoğun bir yaĢama uyum sağlayabilmesi, uygun ağırlık ve yoğunlukta olması,
büyük miktarlarda iĢlenebilme ve fabrikasyon kolaylığı göstermesi ve ekonomik
olması istenir [1]. Bu özelliklerin bir çoğunu sağlayan polimer esaslı
biyomalzemeler, biyomalzeme endüstrisinde en çok üretimi yapılan
malzemelerdendir. Yapılarının dokuya benzerlik göstermesi, yüksek biyouyumluluk
ve elastik özelliklere sahip olmaları araĢtırmacıları bu alanda çalıĢmaya sevk
etmektedir [3].
Polimerik biyomalzemelerden poliüretanlar biyolojik uyumlulukları, fabrikasyon ve
sterilizasyon kolaylıkları ve yüksek mekanik özellikleri ile en yaygın kullanılan
biyomalzeme gruplarından biridir [2]. Poliüretanlar yaygın olarak damar protezi, kan
filtreleri, sonda, kalp kapakçıkları, kalp destek cihazları, yapay kalp odaları gibi
medikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Son zamanlarda ise yara örtü malzemeleri,
poroz kemik iskelesi, biyobozunabilen ve biyoenjekte edilebilen poliüretan yapılar
doku mühendisliği uygulamaları için üretilmektedir [4]. Poliüretanların, doku veya
hücrelerdeki; deri altı, deri üstü ya da damarlardaki biyolojik cevabını belirlemek
için canlı içi çalıĢmaları yapılmaktadır [5].
Poliüretan sentezinde petrol kökenli poliol ve siyanat kaynakları kullanılırken; petrol
kaynaklarının kısıtlılığı, ekonomik sebepler ve çevresel etkilerden dolayı yeni
hammadde kaynaklarının arayıĢı içerisine girilmiĢtir. Son zamanlarda bitkisel yağ
2
temelli malzemeler gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilen polimerlere ekonomik ve
çevresel nedenlerden dolayı artan bir ilgi vardır. Bitkisel yağlar arasında hint yağı
(HY); düĢük maliyeti, düĢük toksisitesi, tarımsal kaynak olarak elde edilebilirliği
nedeniyle gelecek vaat eden kaynaklarından biridir. Yapısında bulunan hidroksil
grupları nedeniyle hint yağı hiçbir modifikasyona uğratılmadan direkt olarak
poliüretan sentezinde ham madde olarak kullanılabilir [6].
Biyomedikal uygulamalarda, malzemeler her ne kadar istenilen özelliklere sahip olsa
da, biyolojik çevre ile yüzey etkileĢimini optimize etmek amacıyla, yüzey
modifikasyonu gerekebilir [7]. Poliüretan yüzeylerde hücresel tutunma zayıftır. Kan,
doku veya hücre uyumluluğunu geliĢtirmeye yönelik çalıĢmaların çoğunda plazma
yüzey modifikasyon (PSM) yöntemi geçerli bir yöntem olarak kabul görmüĢ ve
uygulanmıĢtır [8]. Yüzey modifikasyon yöntemlerinden plazma prosesi sırasında
malzemenin kütle özellikleri değiĢtirilmeksizin yalnızca yüzey özellikleri
değiĢtirilmektedir [9]. Bu sayede hem iyi mekanik özelliklere sahip hem de yüzey
özellikleri geliĢmiĢ malzemeler elde edilebilmektedir.
Bu çalıĢmada, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat
(HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak katalizör ve çözücü kullanılmadan farklı
HY/PEG oranlarında biyomedikal saflıkta poliüretan filmler hazırlanmıĢtır. Polimer
sentezleri tek adımlı kütle polimerizasyonu ile gerçekleĢtiriilmiĢtir. Sentezlenen
polimerler filmlerin yapısal karakterizasyonu için fourier transform infrared (FT-IR)
spektroskopisi, termal ve mekanik karakterizasyonu için ısılgravimetrik analiz
(TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve dinamik mekanik analiz (DMA)
kullanılmıĢtır. Sentezlenen bazı PU filmlerin kristalografik yapısını aydınlatmak
amacıyla X-ıĢını kırınımı (XRD) kullanılmıĢtır. Taramalı elektron mikroskobu
(SEM), X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve atomik kuvvet mikroskobu
(AFM) ile poliüretan filmlerin yüzey özellikleri belirlenmiĢtir.
Bu çalıĢmada, farklı amaçlar için farklı numune türlerine uygulanabilen ve yaygın
olarak kullanılan bu yöntem ile poliüretan film yüzeyleri modifiye edilmiĢtir. Plazma
prosesinde yüzey aktifleĢtirme ve plazma polimerizasyonu uygulanmıĢtır. Plazma
parametrelerinden uygulama gücü ve süresi daha önceki labaratuar çalıĢmalardan ve
literatür verilerinden yararlanılarak belirlenmiĢtir.
3
Biyouyumluluğun ve kan uyumluluğunun göstergesi olan protein adsorpsiyonu
deneyleri değiĢen HY/PEG oranına göre gerçekleĢtirilmiĢtir. PU film yapısındaki
PEG miktarı değiĢiminin protein adsorpsiyonuna etkisi incelenmiĢtir. Ayrıca PSM
sonrasında yüzeyde meydana gelen hidrofilik ve morfolojik değiĢim sonucunda
protein adsorpsiyonunda meydana gelen değiĢim de incelenmiĢtir.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile protein adsorpsiyonu verileri görsel olarak
desteklenmiĢtir. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak; AA kaplaması
sonrasında, AA kaplaması ve ardından BSA ve BSF protein adsorpsiyonu sonrasında
HY/PEG içeriği 100/0 ve 50/50 olan numunelerin yüzey topoğrafyası hakkında bilgi
edinilmiĢtir.
Poliüretan film yüzeylerinde hücre tutunması/yapıĢması ve üremesi; iĢlem görmemiĢ,
AA ile kaplanmıĢ ve protein adsorplamıĢ poliüretan yüzeyler için incelenmiĢtir.
4
5
2. TEORİ
2.1 Biyomalzemeler
Günümüzde büyük ilerlemelerin kaydedildiği bilim dallarından biri olan
biyomalzeme alanında, biyolojik sistemlerle etkileĢtiğinde uyum sağlayabilecek yeni
malzemelerin geliĢtirilmesi için yoğun çaba harcanmaktadır. Biyomalzemeler, insan
vücudundaki canlı dokuların iĢlevlerini yerine getirmek ya da desteklemek amacıyla
kullanılan doğal ya da sentetik malzemeler olup, sürekli olarak veya belli aralıklarla
vücuk akıĢkanlarıyla (örneğin kan) temas ederler. Bilimsel anlamda yeni bir alan
olmasına karĢın, uygulama açısından biyomalzeme kullanımı tarihin çok eski
zamanlarına kadar uzanmaktadır. Mısır mumyalarında bulunan yapay göz ve diĢler,
altının diĢ hekimliğinde kullanımı, bronz ve bakır kemik implantları 2000 yıl
öncesine uzanan biyomalzeme kullanımlarına örnek verilebilir. 19.yy ortasından
itibaren yabancı malzemelerin vücut içi kullanımına yönelik ciddi ilerlemeler
kaydedilmiĢtir [10].
Bir biyomalzemenin fizikokimyasal özellikleri, dayanıklılığı, bulunduğu fizyolojik
çevre (doku-organ), maliyeti, biyokütlede sorun çıkarıp çıkarmaması onun
kullanımında önemli parametreler arasında yer almaktadır. Biyouyumlu olması,
toksik ve karsinojenik olmaması tüm biyomalzemeler için baĢlıca gerekli kriterdir
[1,11].
Sentetik biyomalzemeler metalik, polimerik, seramik ve kompozit olmak üzere dört
ana grupta sınıflandırılır.
Kristal yapıları ve sahip oldukları güçlü mekanik bağlar nedeniyle üstün özellikler
taĢıyan metal ve metal alaĢımlarının biyomalzeme alanındaki payı büyüktür. Bir
yandan ortopedik uygulamalarda eklem protezi ve kemik yenileme malzemesi olarak
kullanılırken, diğer yandan yüz ve çene cerrahisinde, örneğin diĢ implantı gibi, ya da
kalp damar cerrahisinde yapay kalp parçaları, kateter, vana, kalp kapakçığı olarak
kullanımları sözkonusudur. Metallerin biyomalzeme pazarındaki en büyük payını ise
6
teĢhis ve tedavi amaçlı aygıtların metalik aksamlarıdır [10]. Metallerin stabiliteleri
yüksektir ve sterilizasyonları kolaydır, ancak biyolojik ortamda paslanabilirler ve
korozyona uğrayabilirler [1].
Geçtiğimiz 40 yıl içinde vücudun zarar gören veya iĢlevini yitiren organlarının
onarımı, yeniden yapılandırılması veya yerini alması için özel tasarımlı seramiklerin
geliĢtirilmesi ve kullanılması ile insan yaĢamında seramikler önemli bir rol kazandı.
Bu amaçla kullanılan seramikler, “biyoseramikler” olarak adlandırılırlar.
Biyoseramikler, polikristalin yapılı seramik (alümina ve hidroksiapatit), biyoaktif
cam, biyoaktif cam seramikler veya biyoaktif kompozitler (polietilen–hidroksiapatit)
Ģeklinde hazırlanabilmektedir. Ġnorganik malzemelerin önemli bir grubunu oluĢturan
bu malzemeler, sağlık sektöründe çok çeĢitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bunlar
arasında, gözlük camları, teĢhis cihazları, termometreler, doku kültür kapları ve
endoskopide kullanılan fiber optikler sayılabilir. Ayrıca sert doku implantı olarak
iskeletteki sert bağ dokusunun tamiri veya yenilenmesinde ve diĢçilikte dolgu
malzemesi olarak da yaygın biçimde kullanılan biyoseramikler “diĢ seramikleri”
olarak da isimlendirilirler. Bu malzemelere olan gereksinim, özellikle ilerleyen yaĢa
bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Çünkü, yaĢlılarda kemik yoğunluğu ve dayanımı
azalmakta ve kemik üreten hücreler, yani osteoblastların yeni kemik üretiminde ve
kemikte oluĢan mikro çatlakların kapanmasındaki üretkenliği azalmaktadır.
Biyoseramiklerin kullanımını sınırlayan nedenlerin en önemlileri ise, bazı klinik
uygulamalardaki yavaĢ ilerleyen çatlaklar, düĢük mekanik dayanım, kırılganlık ve
iĢlenmelerinin zor olmasıdır [12].
Polimerler biyomedikal uygulamalarda kullanılan biyomalzemelerin en yaygın
olanlarındandır. Kalp ve damarlarda kullanılan cihaz ya da parçalar birçok yumuĢak
dokunun yerini alabilen biyomalzemelerdir. Buna ek olarak doku mühendisliği
uygulamalarında kontrollü ilaç salım sistemleri, teĢhis amaçlı sistemler, iskelet
malzemeleri kullanım alanları arasında yer almaktadır [11]. Polimerlerden yapılmıĢ
biyomalzemelerin metal ve seramiklere göre avantajları aĢağıda sıralanmıĢtır [1].
Kullanım yerine uygun olarak değiĢik formlarda kolaylıkla hazırlanabilirler.
Metallerle karĢılaĢtırıldığında vücut içinde paslanmazlar fakat parçalanabilirler.
Doğal dokulara çok büyük benzerlik gösterdiklerinden dolayı heparin gibi
maddelerle bağlanabilmeleri mümkündür.
7
Adheziv (yapıĢma) özelliğe sahip polimerlerin kullanımı organlara dikiĢ
atılmadan kullanılabilmelerini sağlar.
Yoğunlukları doğal dokuların yoğunluklarına çok yakındır.
Polimerlerden yapılmıĢ biyomalzemelerin metal ve seramiklere göre dezavantajları
[1];
Elastiklik ve vizkoelastiklik özellikleri polimerlerin yaygın kullanımını
zorlaĢtırır.
Polimerizasyonun doğası nedeniyle polimerlerin vücutta parçalanmaları söz
konusudur.
Antioksidan, renk giderici, plastikleĢtirici gibi katkı maddelerini içermeyen saf,
medikal amaçlı polimer bulabilmek zordur.
Polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinilklorür (PVC), polidimetilsiloksan
(PDMS), poliüretan (PU), politetrafloroetilen (PTFE), polimetilmetakrilat (PMMA),
polilaktik asit (PLA), silikon kauçuk (SR) tıbbi uygulamalarda en yaygın kullanılan
polimerlerdir. Doğal polimerler de biyolojik olarak üretilen ve benzersiz iĢlevsel
özelliklere sahip olan polimerlerdir [1,10].
Kompozit, farklı kimyasal yapıdaki iki ya da daha fazla sayıda malzemenin,
sınırlarını ve özelliklerini koruyarak oluĢturduğu çok fazlı malzeme olarak
tanımlanabilir. Dolayısıyla kompozit malzeme, kendisini oluĢturan bileĢenlerden
birinin tek baĢına sahip olamadığı özelliklere sahip olur. Kompozit malzeme,
“matris” olarak adlandırılan bir malzeme içerisine çeĢitli güçlendirici malzemelerin
katılmasıyla hazırlanır. Matris olarak çeĢitli polimerler, güçlendirici olaraksa
çoğunlukla cam, karbon ya da polimer lifler, bazen de mika ve çeĢitli toz seramikler
kullanılır. Kompozitler yüksek dayanıma ve düĢük elastik modülüne sahip
olduklarından özellikle ortopedik uygulamalar için öngörülürler. Ayrıca kompozit
malzemenin bileĢimi değiĢtirilerek implantın vücutdaki kullanım alanlarına göre
mekanik ve fizyolojik Ģartlara uyum sağlaması kolaylaĢtırılabilir [10].
8
2.2 Biyomedikal polimerler
Biyomedikal kullanım için bir polimerin toksik olmaması ve kan ve doku ile
uyumlu olması gerekmektedir. Çinli araĢtırmacılar bu amaçla ilk olarak,
biyomedikal uygulamalar için uygun ve kontrol edilebilir özelliklere sahip
çözünebilir poliüretanı geliĢtirmiĢlerdir [13]. Tıbbi uygulamalarda kullanılan
bazı biyomedikal polimerler ve kullanım alanları aĢağıda sıralanmıĢtır [3].
Poliüretanlar (PU) : “YumuĢak” ve “sert” segmentlerden oluĢan blok ko-
polimerlerdir. Kanla uyumlulukları çok iyi olduğundan özellikle kalp-damar
uygulamalarında tercih edilirler.
Polietilen (PE) : Tıbbi uygulamalarda yüksek-yoğunluklu PE kullanılır.
Çünkü düĢük yoğunluklu PE sterilizasyon sıcaklığına dayanamadan erir. PE,
tüp formundaki uygulamalarda ve kateterlerde, çok yüksek molekül ağırlıklı
olanı yapay kalça protezlerinde kullanılır. Malzeme serttir, yağlara dirençlidir
ve ucuzdur.
Polipropilen (PP) : PE‟ye benzer özelliklere sahiptir, ancak daha serttir.
Kimyasal direnci yüksek ve çekme dayanımı iyidir. PE‟nin yer aldığı
uygulamalarda PP de kullanılabilir.
Politetrafloroetilen (PTFE) : Teflon ticari adıyla bilinir. PTFE, hem ısısal,
hem de kimyasal açıdan çok kararlı bir polimerdir. Ancak, iĢlenmesi zordur.
Çok hidrofobik ve mükemmel kayganlığa sahip olma özelliği taĢır. Gore-Tex
olarak bilinen hidrofobik formu, damar protezlerinde kullanılır.
Polivinilklorür (PVC) : Tıbbi uygulamalarda tüp formunda kullanılır. Bu
uygulamalar, kan nakli, diyaliz (kanın makineyle süzülmesi) ve beslenme
amaçlı olabilir. PVC, sert ve kırılgan bir malzeme olmasına karĢın,
plastikleĢtirici ilavesiyle yumuĢak ve esnek hale getirilebilir. PVC, uzun-
dönem uygulamalarda, plastikleĢtiricinin yapıdan sızması nedeniyle
problemlere yol açar. PlastikleĢtiriciler düĢük zehirliliğe sahiptir. Yapıdan
sızmalarıysa, PVC‟nin esnekliğini azaltır.
9
Polikarbonat (PC) : Bisfenol A ve fosgenin polimerizasyonu sonucu sert bir
malzeme olan polikarbonat sentezlenir. Yüksek çarpma dayanımı nedeniyle
gözlük camlarında ve emniyet camlarında, oksijenatörler ve kalp-akciğer
makinelerinde kullanılırlar.
Naylon : Du Pont tarafından poliamid ailesine verilen genel addır. Naylonlar
cerrahide ameliyat ipliği olarak kullanılırlar.
Polidimetilsiloksan (PDMS) : Karbon ana zinciri yerine silisyum-oksijen ana
zincirine sahiptir. Kauçuklara nazaran sıcaklığa daha az bağımlıdır. Drenaj
borularında ve kateterlerde, bazı damar protezlerinde ve yüksek oksijen
geçirgenliği nedeniyle membran oksijenatörlerde (solunum cihazları)
kullanılır.
Polimerik biyomalzemelerin farklı Ģekillerdeki üretim kolaylıkları, makul maliyetleri
ve arzu edilebilir mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olmalarına rağmen
biyouyumluluk konusundaki sınırlılıkları büyük bir problemdir. Bu amaçla
araĢtırmacılar, doku ya da vücut akıĢkanı ile temas halinde olan polimerik
biyomalzemelerin biyouyumluluğunu arttırmayı yönelik çalıĢmaları
sürdürmektedirler [14].
Bu çalıĢma kapsamında poliüretan filmlerin sentezi gerçekleĢtirildiği için aĢağıda
poliüretanlarla ilgili daha geniĢ kapsamlı bilgi verilmektedir.
2.3 Poliüretanlar
Ġlk defa Almanya Leverkuzen, I.G Farben endüstrisinde Otto Bayer tarafında 1937
yılında sentezlenen poliüretanlar, ard arda dizilmiĢ üretan gruplarının birleĢmesiyle
oluĢurlar (ġekil 2.1). Poliüretanlarla ilgili olarak yapılan ilk çalıĢmalar diamin ve
alifatik diizosiyanatların reaksiyonuyla hazırlanan poliüretan gruplarını içermektedir
[15]. Günümüzde hem poliüretan sentezi ile ilgili hem de poliüretanların
modifikasyonu ile ilgili çalıĢmalar merak uyandırarak ilgi alanı oluĢturmaktadır.
10
Şekil 2.1 : Poliüretanın genel yapısı.
2.3.1 Poliüretan sentezinde kullanılan hammaddeler
Poliüretanın sentez reaksiyonu hem katılma hem de kondenzasyon polimerizasyonu
özelliklerini içermektedir. Polimerizasyon sırasında küçük bir molekül oluĢmamasına
rağmen, diol ve diizosiyanat arasındaki reaksiyon kondenizasyon reaksiyonu olarak
sınıflandırılır. Polimerizasyon reaksiyon kinetikleri poliüretan polimerizasyonunun
katılma polimerizasyonundan çok kondenizasyon polimerizasyonuna benzediğini
göstermektedir. Monomer olarak dioller ve diizosiyanatların kullanıldığı
reaksiyonlarda elde edilen ürün lineer yapıdadır. Trioller ve/veya triizosiyanatların
kullanımında ise dallanmıĢ ve çapraz bağlı yapılar oluĢmaktadır [15].
Sentezde, poliüretanın kullanım yerine göre uygun özellikleri verebilecek
monomerin seçimi yapılmalıdır.
2.3.1.1 İzosiyanatlar
Ġzosiyanat reaktif –N=C=O grubu içerir. Poliüretan sentezinde hem alifatik hem de
aromatik izosiyanatlar kullanılabilir. Poliüretan sentezinde en çok kullanılan iki
aromatik izosiyanat toluen diizosiyanat (TDI) ve metilen bis(p-fenilizosiyanat) veya
4,4'-difenilmetan diizosiyanat (MDI)‟dır [15]. Poliüretanın kimyasal ve fiziksel
özellikleri sentezinde kullanılan izosiyanat monomeriyle yakından iliĢkilidir.
TDI, MDI‟dan daha ucuzdur fakat MDI‟ın reaktivitesi daha fazladır ve MDI ile
üretilen poliüretanın fiziksel özellikleri daha iyidir. En sık kullanılan alifatik
diizosiyanat hegzametilen diizosiyanattır (HDI). Alifatik izosiyanatlarla üretilen
poliüretanların hidroliz dirençleri ve termal özellikleri daha yüksektir. Fakat bazı
durumlarda mekanik özellikleri daha düĢük olabilir [15].
11
2.3.1.2 Polioller
Poliüretanların üretiminde genellikle molekül ağırlığı 400 ile 5000 arasında değiĢen
polieter ve poliester temelli polioller kullanılır. Birincil alkoller oda sıcaklığında
izosiyanatlarla reaksiyon verebilirler. Ġkincil ve üçüncül alkollerin reaktiviteleri
düĢüktür. Polioller, matrisin yumuĢak kısmını oluĢtururlar. Polietilen glikol (PEG)
veya diğer adıyla polietilen oksit (PEO), etilen glikol (EG), bütandiol, hegzandiol,
propandiol, polipropilen oksit (PPO), poly(oksitetrametilen)glikol (PTMEG),
poli(tetrametilen)oksit (PTMO) ve polietien adipat poliüretan sentezinde sık
kullanılan petrol kökenli poliollerdir [15,16,17].
Yenilebilir kaynaklardan olan, yağ asiti temelli poliol kaynakları son yıllarda yapılan
çalıĢmalarda önem kazanmıĢtır. Soya yağı ve hint yağı baĢta olmak üzere aspir yağı,
ayçiçek yağı, palmiye yağı ve kanola yağı gibi bitkisel yağlar ya direkt yapılarında
veya reaktif hidroksil grubu oluĢturularak poliol kaynağı olarak poliüretan sentezinde
sıklıkla kullanılmaktadır [18,19,20].
2.3.1.3 Zincir uzatıcılar
Zincir uzatıcılar; aromatik dioller ve diaminler ve alifatik dioller ve diaminler olmak
üzere iki genel sınıfta katagorize edilebilir. Genellikle alifatik zincir uzatıcılar,
aromatik zincir uzatıcılarından daha yumuĢak malzeme üretimi sağlar. 1,4 bütandiol,
etilen diamin, 4,4'metilen bis (2-kloranilin) (MOCA), etilen glikol ve hekzandiol en
çok kullanılan zincir uzatıcılardır. Zincir uzatıcılar, poliüretanın sert kısmının
uzunluğunun, hidrojen bağları yoğunluğunun ve molekül ağırlığının arttırılması
amacı ile kullanılırlar. Aynı zamanda üç ya da daha yüksek fonksiyonlu zincir
uzatıcılar dallanma ya da çapraz bağlama ajanı olarak kullanılırlar [15].
2.3.2 Poliüretanların sentezi
Poliüretan sentezinin genel reaksiyonu ġekil 2.2‟de verilmiĢtir. Monomerlerin
fonksiyonalite ve yapılarına bağlı olarak doğrusal, dallanmıĢ veya ağ polimerler
ortaya çıkabilir [8].
12
Şekil 2.2 : Poliüretan sentezi için genel reaksiyon [21].
Poliüretanlar, sentezlerinde kullanılan bileĢenlerin yapıları veya kullanılan zincir
uzatıcıların zincir uzunluğuna bağlı olarak çok farklı özelliklerde hazırlanabilirler.
Üretimde kullanılan diizosiyanatın, diolün varsa çözücünün tipi reaksiyonun hızını
etkiler, bu da ürünün özelliklerini değiĢtirebilir. Poliüretanlar, esnek ve sert
kısımlardan meydana gelen blok kopolimerler olarak da düĢünülebilir (ġekil 2.3).
Poliollerden oluĢan yumuĢak kısımlar poliüretana elastomerik özellik
kazandırmaktadır. Diizosiyanatların poliüretan matrisinde oluĢturduğu sert kısımlar,
matrisde meydana gelen karbon çift bağ oksijen yapılarından dolayı çapraz bağlanma
oluĢumunda etkilidir. [15]. YumuĢak kısım düĢük camsı geçiĢ sıcaklığında,
genellikle 400-5000 molekül ağırlığına sahip; polieter veya poliester polialkildioldür.
Sert kısım, düĢük molekül ağırlıklı zincir uzatıcı ile yarı kristalin diizosiyanatın
bağlanmasından dolayı yüksek camsı geçiĢ sıcaklığına sahiptir. Poliüretanın fiziksel
ve mekanik özellikleri, büyük ölçüde yumuĢak ve sert segmentlerin malzeme
içindeki dağılımına bağlıdır. YumuĢak ve sert segmentler arasındaki faz dağılımı
değiĢtirilerek malzemenin mekanik ve fiziksel özellikleri ve biyouyumluluğu
değiĢtirilebilir [15].
13
Şekil 2.3 : Poliüretanın yumuĢak ve sert segmentleri.
2.3.3 Poliüretanların uygulama alanları
Poliüretanlar geniĢ uygulanma alanına sahiptirler [21]; örneğin; yapıĢkanlar, kaplama
malzemeleri, elastik ve sert köpükler, sertleĢtiriciler, elastomerler, fiberler, termoset
reçineler, termoplastik kalıp bileĢenleri gibi. Ayrıca doğalarında var olan kan uyumlu
olma özellikleri biyomedikal uygulamalarda kullanılmalarını sağlamıĢtır. Farklı
türdeki poliüretanlar farklı biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Biyolojik
ortamda kararlılıklarını korumalarından ve yüksek dayanıklılık ve mukavemet
göstermelerinden dolayı yaygın olarak damar ve deri nakillerinde, kan filtrelerinde,
yapay kalp, kalp kapakçığı ve kateter uygulamalarında kullanılmaktadır. Sahip
oldukları mekanik özellikler ve kan pıhtılaĢma etkisi göstermemelerinden dolayı en
önemli uygulama alanları kardiyovasküler (kalp-damar) uygulamalardır [8]. Ayrıca,
poliüretanlar sert ve yumuĢak yapılarından dolayı polimerler ya da diğer
biyomalzemelerle kompozit halinde de kullanılabilirler [22]. Poliüretanların
biyomedikal kullanım alanları [15];
Kalp ve damar uygulamaları (sonda, kalp temposu ayarlama aleti, damar
protezleri, kalp kapakçıkları, kalp destek cihazları),
Yapay organ yapımı (yapay kalp, hemodiyazliz, yapay böbrek, kan
oksijeneratörü, hemoperfüzyon, yapay pankreas, kan tüpleri, kan torbalar, kan
filtreleri),
Doku yenileme ve çoğaltma/büyütme (göğüs implantları, yara örtüleri, yüz ile
ilgili yapılandırmalar, yapıĢtırıcılar),
Diğer uygulamaları (yapay borular, kontraseptifler, kontrollü ilaç salım
sistemleri).
14
2.4 Yüzey Modifikasyonu
Yeni medikal ürünler, malzemeler ve cerrahi yöntemler yaĢam kalitesini yükseltmek
için gün geçtikçe iyileĢtirilmektedir. Bu yeniliklerin temelinde fiziksel çevre ve
biyomalzeme yüzeyinin biyouyumluluğunun sağlanması hedeflenmektedir [23].
Beklenen tüm ihtiyaçları giderebilecek biyomalzeme tasarlamak oldukça zordur. Bu
konuda genel yaklaĢım yeterli kütle özellikleri olan malzemenin yüzey özelliklerinin
geliĢtirilmesi yönündedir. Plazma yüzey modifikasyon yönteminin yüzey
modifikasyonu alanında çok etkili yöntemlerden biri olduğu kanıtlanmıĢtır [24].
Plazma polimerizasyonu, plazma püskürtmeli kaplama, iyon implantasyonu,
alevlendirme, foton, elektron bombardımanı, X ve γ ıĢınları polimerin yüzeyinin
modifikasyonunda kullanılan tekniklerinden bazılarıdır [25].
Kütle özellikleri değiĢtirmeden yüzeyi angstrom mertebesinde modifiye etmesi,
uygulama süresini, gücü ve basıncı ve gaz cinsi gibi parametrelerin değiĢtirilmesiyle
yüzey özelliklerinin kontrolü, düĢük çevresel etkisi ve canlı sağlığına zararlı etkisi
olmaması (ultraviyole, lazer ıĢınları ve elektron bombordımanı gibi) yüzey
modifikasyon yöntemleri arasında plazma yüzey modifikasyonun (PSM) baĢlıca
avantajlarıdır. Plazma yüzey modifikasyonu ile biyouyumluluk ve biyoiĢlevselllik
geliĢtirebilmektedir [23].
2.5 Plazma yüzey modifikasyonu
Plazma terimi ilk defa 1928 yılında Langmuir tarafından bir gaz deĢarjının ana
yapısını tanımlamak için kullanılmıĢtır. Bu terim Yunanca dünyanın oluĢumunu ve
Ģekillenmesini ifade etmektedir [8]. Plazma iyonlaĢmıĢ gazdır. Bu nedenle pozitif ve
negatif iyonlar, elektronlar ve serbest radikallerden oluĢur. ĠyonlaĢma derecesi % 100
(tam iyonlaĢma)‟den çok düĢük değerlere (kısmi iyonlaĢma) kadar değiĢebilir.
Plazma hali genellikle malzemenin dördüncü hali olarak adlandırılır. Evrendeki
görülebilir malzemelerin çoğu plazma halindedir. Yüksek sıcaklıklı füzyon plazması
ve düĢük sıcaklıklı plazma (gaz akıtma) olarak ikiye ayrılır. Yüksek sıcaklıklı füzyon
plazmasında sıcaklık 4000-20000 Kelvin arasında değiĢebilir [25]. Vakum altında
elektriksel alan uygulaması ile gaz atomlarına ve moleküllerine ayrıĢır. Atomlar
ve/veya moleküller elektriksel olarak yüklenir veya iyonlaĢır. Bir atom veya molekül
bir dıĢ kaynak tarafından uyarılarak yeterli enerji kazanması sonucunda ya da
atomların veya moleküllerin çarpıĢması sonucunda iyonlaĢma oluĢur [26]. OluĢan
15
negatif ve pozitif yüklerin eĢit ve toplam yükün sıfır olduğu yani ortamın nötr halde
bulunduğu düĢünülmektedir.
Plazma teknolojisi, uygulama koĢulları ve kullanılan proses gazına bağlı olarak ince
film kaplama, aĢındırma, polimerler yüzeyinin aktifleĢtirilmesi ve
fonksiyonelleĢtirilmesi ve plazma polimerizasyonu Ģeklinde çeĢitli amaçlarla
kullanılmaktadır [25].
2.5.1 İnce film kaplama
Plazma kaplama prosesi; püskürtmeli kaplama ve plazma ile geliĢtirilmiĢ kimyasal
buhar kaplaması (PE-VCD) olamak üzere iki gruba ayrılabilir.
Püskürtmeli kaplama fiziksel ve reaktif kaplamadan oluĢmaktadır. Fiziksel
kaplamada plazmadaki iyonlar ve atomlar hedefi bombalar, hedef malzemeden atom
ve/veya molekül salınmasını sağlar. Reaktif kaplamada moleküler gaz kullanılır.
Plazmadaki pozitif iyonların yanında reaktif gazdan ayrılmıĢ ürünler de hedef ile
etkileĢime girer. Sonuç olarak polimer film reaktif gaz ve hedeflenmiĢ malzeme
kaplamalarından oluĢur. Kaplama atomları, yüzeye ulaĢtığında geçiçi olarak adsorbe
olabilirler, yüzey boyunca göç edebilirler ya da tekrar buharlaĢabilirler.
PE-VCD yönteminde ortamda reaktif gaz bulunur. Plazmadaki kimyasal reaksiyonlar
ile farklı çeĢit radikaller ve iyonlar oluĢur. OluĢan bu radikaller ve iyonlar yüzey
boyunca difüze olabileceği gibi kimyasal yüzey reaksiyonları da oluĢturabilir. Diğer
sistemlerle karĢılaĢtırıldığında bu sistemin en büyük avantajı düĢük sıcaklıklarda
kullanılabilmesidir. PE-VCD‟nin bilinen en iki uygulaması hidrojene edilmiĢ amorf
silikon ve karbon yüzeylerinin kaplanmasıdır. Hidrojene edilmiĢ amorf silikon
yüzeyler genellikle güneĢ pilleri olarak kullanılır [25].
2.5.2 Aşındırma
Plazma aĢındırma iĢlemi esasen malzemeyi bir yüzeyden ayırma, arındırma iĢlemidir
(ġekil 2.4). DüĢük basınçlı plazma aĢındırma mekanizması; püskürterek aĢındırma,
kimyasal aĢındırma, yüksek enerjili iyon aĢındırması ve iyon inhibitör aĢındırmasıdır
[25].
16
Şekil 2.4 : Plazmayla yüzey aĢındırma [27].
2.5.3 Polimerlerin yüzey aktifleştirme ve fonksiyonelleştirilmesi
Plazma polimer ile temas haline geldiğinde, daha fazla aktif bölge oluĢumu, çapraz
bağların ve molekül ağırlığının değiĢmesi gibi yüzeyde fiziksel ve kimyasal
indirgenmelere yol açacaktır. Bu durumda ıslanabilirlik, adezyon, malzeme seçiciliği
ve biyouyumluluk gibi özellikleri açısından istenilen malzeme elde edilebilir.
Plazma aktifleĢtirme sistemi ile malzemenin kütle özellikleri değiĢmeksizin,
yüzeydeki bağlanma değiĢiklikleri ile modifikasyon sağlanır. Polimerlerin yüzey
aktivasyonu O2, N2, NH3 ve inert gazlar gibi polimerik olmayan plazma gazları ile
sağlanır [25]. Nispeten daha düĢük maliyetinden dolayı argon Ģimdiye kadar
kullanılan en yaygın inert gazdır. Argon plazma uygulamasında, yüzeyde radikallerin
oluĢturulması ile polimer yüzeyinin aktifleĢtirilmesi mekanizması ġekil 2.5‟da
gösterilmektedir [28].
Şekil 2.5 : Polimer yüzeyinin aktifleĢtirilmesi.
Plazma uygulaması yüzey enerjisini arttırıcı etki yaratmaktadır. Ancak, söz konusu
etki kalıcı olmayıp bu etkinin devam ettiği belli bir süre vardır. Çünkü, numune
türüne ve saklama koĢullarına bağlı olarak aktif merkezlere bağlanan oksijen
atomları yüzey molekülleri tarafından tekrar serbest bırakılır [28].
2.5.4 Plazma polimerizasyonu
Plazma polimerizasyonu polimer ve diğer malzeme yüzeylerini ince film oluĢumu ile
modifiye etmek için kullanılan bir yöntemdir (ġekil 2.6).
17
Şekil 2.6 : Plazma polimerizasyonu [27].
Plazma polimerizasyonu aktifleĢtirilmiĢ yüzeye plazma halinde organik monomerin
gönderilmesi ile yüzeye polimerin kaplanması iĢlemidir. 10-10000 angstrom
mertebelerinde kaplama sağlanabilir. Konvansiyonel metodlarla gerçekleĢtirilen
polimerizasyonlardan fiziksel ve kimyasal olarak farklılık gösterir. Plazma
polimerizasyonu ile gerçekleĢtirilen polimerler yüksek derecede dallanma ve çapraz
bağ oluĢumuna (yaklaĢık 6-10 karbon atomlu zincir baĢına bir çapraz bağ) neden
olurlar. Plazma polimerizasyonunun bazı özellikleri aĢağıda sıralanmıĢtır.
Plazma polimerleri konvansiyonel metodlarla üretilen polimerler gibi
tekrarlanan birim ile karakterize edilmezler.
Plazma polimerinin özellikleri kullanılan monomer ile değil plazma
parametreleri ile belirlenir.
Plazma polimerizasyonunda kullanılan monomer çift bağ gibi fonksiyonel
grup içermek zorunda değildir.
Plazma polimerizasyonu birkaç reaksiyon adımı ile gerçekleĢir. Ġlk adımda yüzeyde
bulunan serbest radikaller ve iyonlarla çarpıĢan monomerler yüzeye adsorbe olur.
Diğer adımda ise polimerik zincirin asıl oluĢumu baĢlar [28].
Argon plazma ile aktifleĢtirilen polimer yüzeyde akrilik asit monomeri ile polimer
oluĢumu ġekil 2.7‟de gösterilmektedir. Plazma polimerizasyonu ile oluĢturulan film
plazma polimeri olarak adlandırılır [28].
Şekil 2.7 : Akrilik asit monomeri ile plazma polimeri oluĢumu.
18
2.5.5 Plazma polimerizasyonunun uygulama alanları
Zaman tasarrufu sağlaması, kontrol edilebilir parametre değerleri, iĢletme
maliyetinin düĢük olması gibi nedenlerden dolayı son yıllarda yapılan çalıĢmalarda
sık kullanılan plazma yüzey modifikasyonu yöntemi, biyomedikal uygulamalarda da
ilgi çekici hale gelmiĢtir.
Kan ya da protein ile temas haline gelen biyomalzemelerin biyouyumluluğu
arttırmak için özel yüzey uygulamalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Amonyum plazma
uygulaması ile oluĢturulan amin fonksiyonlu gruplar, heparin gibi ,antikoagülasyon
sağlarlar ve pıhtılaĢabilirliği düĢürürler. Plazma polimerizasyonu ile biyomedikal
yüzeylerde biyouyumluluğun yanında hücre yapıĢması, protein adsorpsiyonu,
pıhtılaĢabilirlik, antikoagülasyon gibi özelliklerde istenilen yönlerde iyileĢtirilebilir
[23,25,28]. Plazma polimerizasyonunun biyomedikal kullanımının yanında;
Tekstil endüstrisinde (tutuĢma önleyici, elektrostatiklenme engelleyici,
hidrofilite arttırıcı, suya direnç sağlama ve boya afinitesi arttırma amaçlı
kullanım),
Elektrik ve elektronik endüstrisinde (amorf yarı iletkenler, izolasyon, ince
film dielektrikler, membran),
Optik uygulamalarda (yansıma önleyici kaplamalar, karartma önleyici
kaplamalar, Ģeffaflık arttırıcı, optik fiberler, kontakt lensler),
Kimyasal proseslerde (ters ozmoz membranları, iyon değiĢim membranları),
Yüzey modifikasyonunda (yapıĢma arttırma, koruma kaplamaları),
olmak üzere farklı kullanım alanları da mevcuttur [28].
2.6 Temas açısı ölçüm yöntemleri ve yüzey serbest enerjisi
Sıvı-gaz yüzey gerilimi (γGL), katı-sıvı yüzey gerilimi (γLS) ve yüzeyin enerjisi (γGS)
arasındaki denge, yüzeyin temas açısını (θ) göstermektedir (ġekil 2.8). Kavramlar
arasındaki bu denge EĢitlik 2.1‟de gösterilmektedir.
19
Şekil 2.8 : Yüzey temas açısı ölçümü.
γGS =- γLS + γGL cos θ (2.1)
Islanabilirlikle direkt ilgisi olan yüzey enerjisi biyolojik çevre ile güçlü bir
korelasyon oluĢturan yararlı bir parametredir [29]. Yüzeylerin hidrofilik/hidrofobik
karakterleri de yüzey ıslanabilirlikleriyle doğrudan iliĢkilidir. Dolayısıyla temas açısı
ölçüm yöntemi yüzey ıslanabilirliği ile ilgili direkt bilgi veren bir yöntemdir. Temas
açısı değerleri sadece yüzeyin gerilimiyle ilgili değil aynı zamanda pürüzlülük,
kimyasal heterojenlik, sorpsiyon tabakaları, moleküler oryantasyon ve ĢiĢme
değerleri ile ilgili de bilgi vermektedir [25]. Ölçüm yöntemleri hem ucuz hem de
kolay proses edilebilir yöntemlerdir. Temas açısı ölçümü için yapıĢık damla,
yakalanmıĢ kabarcık, kapiler yükselme, Wilhelmy plaka yöntemi olmak üzere 4
farklı metot mevcuttur (ġekil 2.9) [29]. Bu çalıĢma kapsamında yapıĢık damla
metodu ile temas açısı ölçüm yöntemi kullanılmıĢtır.
Şekil 2.9 : Temas açısı ölçümünde kullanılan 4 yöntem; (a) YapıĢık damla (sessile
drop) yöntemi, (b) YakalanmıĢ kabarcık (captive bubble) yöntemi, (c)
Kapiler yükselme yöntemi, (d) Wilhelmy plaka yöntemi.
20
Organik polimerlerin temas açısı yöntemi aracılığı ile yüzey serbest enerjisi
analizlerinin yapılması Fowkes, Dahlquist ve Wu tarafından önerilmiĢtir. Bu
araĢtırmacıların yaklaĢımına göre bir polimerin yüzey serbest enerjisi polar (dipol-
hidrojen bağlanma) ve London dağılım (dispersiyon) bileĢenlerinin bir toplamıdır.
Temas açısı ile ilgili veriler değerlendirildiğinde elde edilen genel sonuç; bir
biyomalzemenin, yüzey enerjisi arttıkça, ıslanabilirliği artar ve sıvı ile yaptığı temas
açısı azalır Ģeklindedir [2]. Bu çalıĢma kapsamında, poliüretan yüzeyindeki hidrojen
bağları yoğunluğu ve apolar ve polar bölgelerin bulunmasından dolayı Fowkes
serbest yüzey enerjisi ölçüm yöntemi tercih edilmiĢtir.
2.7 Biyomalzeme yüzeyine protein adsorpsiyonu
Yapay yüzeylere protein adsorpsiyonu biyouyumluluk çalıĢmalarında önemli bir yer
almaktadır. Bu çalıĢmaların büyük bir kısmı cam, silikon kauçuk ve hidrojel yüzeyler
üzerinde yoğunlaĢmaktadır [15].
Protein adsorpsiyonu hem yüzeyin kimyasal yapısı hem de yüzey topografyası ile
doğrudan ilgilidir [30]. Canlı sisteme implantasyondan sonra, bir saniye gibi oldukça
kısa bir süre içerisinde biyomalzeme üzerinde protein tabakası gözlenir. Saniyelerle
dakikalar arasında olan bu süreçte, yüzeyin hemen hemen tamamında, tek tabaka
olarak protein adsorplanmıĢtır. Hücreler yüzeye yaklaĢmadan önce çoktan bu süreç
tamamlanır. Hücre, malzeme yüzeyi ile değil tek tabakalı protein ile karĢılaĢır.
Hücreler, bu proteinlere cevap geliĢtirdiği için implantta meydana gelen seri
biyoreaksiyonların tamamının kontrolü protein ile ilgilidir [31].
Protein adsorpsiyonundan sonra hücreler implant yüzeyine difüzyon, taĢınım ya da
aktif mekanizmalarla ulaĢır. Hücreler tutunabilir, aktif bileĢikler ortama yayabilir
veya baĢka hücrelerin gelmesi ve geliĢimini sağlayabilir. Bütün bu basamaklar
yüzeydeki proteine cevaptır. Bunların bir kısmı istenen, bir kısmı istenmeyen
cevapdır. Biyouyumluluğu yeterince geliĢtirilmeyen biyomalzemede meydana gelen
değiĢiklikler [31];
Ġltihaplanma,
Yabancı bünye reaksiyonları,
BağıĢıklık sistemleri,
Toksisite,
Kan-yüzey etkileĢimleri,
21
Kan pıhtılaĢması,
Tümör oluĢumları,
Ģeklinde sıralanabilir.
2.7.1 Poliüretan yüzeylere protein adsorpsiyonu
Poliüretan yüzeylere protein adsorpsiyonu nispeten sınırlıdır. Poliüretan yüzey
yapısının ve kimyasının protein adsorpsiyonu üzerindeki etkisini anlayabilmek için
poliüretan yüzeylerde birtakım çalıĢmalar yürütülmektedir [15].
Dong ve arkadaĢları poliüretan yüzeylere, polietilenoksit ve sülfon gruplarının
eklenmesinin protein adsorpsiyonuna etkisini incelemiĢlerdir. Sülfolamanın protein
adsorpsiyonunu arttırdığı, polietilenoksit graftlarının ise protein adsorpsiyonunu
azalttığını tespit etmiĢlerdir [32]. Jun ve arkadaĢları poliüretan yüzeydeki pürüzlülük
artıĢının protein adsorpsiyonuna etkisini incelemiĢlerdir. Poliüretan yüzeyde
pürüzlülük artıĢı ile protein adsorpsiyonu artarken, poliüretan/pluronik®
(pluronik®
ticari polimer) malzemede ise pürüzlülük arttıkça protein adsorpsiyonu azalmıĢtır.
Poliüretanlar iyi biyouyumlulukları ve mekanik özelliklerinden dolayı en popüler
biyomalzemeler arasında yer almaktadırlar. Fakat modife edilmemiĢ poliüretan
yüzeylerin daha trombojenik reaksiyon oluĢumlarına neden olması baĢlıca sorunlar
arasında yer alır [30]. Hasırcı ve arkadaĢları poliüretan yüzeylere heparin immobilize
etmiĢ ve imobilizasyondan önce ve sonra protein adsorpsiyonu değerlerini
karĢılaĢtırmıĢlardır. Heparin immobilizasyonu ile adsorplanan protein miktarındaki
azalmayı belirlemiĢlerdir [33] .
Poliüretan yüzeylerde protein adsorpsiyonu çalıĢmalarında baĢlıca albümin,
fibrinojen ve γ-globülin proteinleri kullanılmaktadır. Albümin, yüzeyleri pasife;
fibrinojen ve γ-globülin ise aktive etmesine rağmen bazı araĢtırmacılar karıĢım
çözeltilerinde yarıĢmalı adsorpsiyon çalıĢmaları yürütmektedirler. Bu çalıĢmalarda
da albümin/fibrinojen ve albümin/ γ-globülin ile yapılan çalıĢmalar kan uyumluluğu
hakkında bilgi vermektedir.
Ayrıca poliüretan yapısındaki sert ve yumuĢak kısımlarda protein adsorpsiyonu
üzerinde önemli rol oynar. Groth ve arkadaĢları poliüretan yüzeydeki sert kısım
miktarındaki artıĢ ile protein adsorpsiyonu miktarındaki artıĢın paralel olduğunu
göstermiĢlerdir [15].
22
Ġmminokimyasal teknikler kullanılmasına rağmen, 125
I kullanarak radyo-etiketleme
(radiolabelling), protein adsorpsiyonu ölçümlerinde tercih edilen bir yöntemdir.
Protein adsorpsiyonu çalıĢmalarında sıklıkla kullanılan FTIR-ATR, poliüretan
yüzeylere protein adsorpsiyonu çalıĢmaları için de son zamanlarda yaygın olarak
kullanılmaktadır [15]. Protein adsorpsiyonu tayini için farklı bir çok metodun
yanında ultraviyole-visible (UV) ile çözelti deriĢiminden absorbans okuma yöntemi
de tercih edilen bir protein tayin metodudur [34].
2.7.2 Kan plazmasındaki önemli proteinler
Serum proteinleri olarak da adlandırılan kan proteinleri kan plazmasında bulunan
proteinlerdir. Plazmada ortalama 7-8 g/dl miktarında protein bulunur. Çizelge 2.1‟de
kanda bulunan ana proteinler, kandaki seviyeleri ve görevleri bulunmaktadır. Bu
proteinler plazmanın içinde ya da hücreler arası sıvıda faaliyette bulunurlar. Plazma
proteinleri, hücreler tarafından kullanılmak üzere plazmadan ayrılamazlar. Hücreler
kendi proteinlerini yapmak için plazmadaki amino asitleri kullanırlar. Gamma
globülin proteini hariç tüm diğer kan proteinleri hücre içerisinde sentezlenirler [35].
Çizelge 2.1 : Kanda bulunan 3 ana plazma proteini.
Kan proteini
Normal
seviye (g/dl)
Kanda bulunan
miktar (%)a Görevi
Albümin 3.5-5.0 60
Onkotik basınçb yaratır ve
diğer molekülleri taĢır.
Ġmmunoglobülin 1.0-1.5 18 BağıĢıklık sisteminde rol alır.
Fibrinojen 0.2-0.45 4 Kanın pıhtılaĢmasını sağlar.
aTüm proteinlerin yüzdesi olarak
bKan plazmasında yer alan büyük protein moleküllerinin oluĢturduğu osmotik basınç.
2.7.2.1 Albümin
Kısaca albümin diye de bilinen serum albümini, insan ve diğer memeli hayvanların
kan plazmasında bulunan en yaygın proteindir. Kanda bulunan proteinlerin % 60'ını
oluĢturur. Ayrıca doku sıvılarında, özellikle kas ve deride, az miktarda gözyaĢı, ter,
mide suları ve safrada da bulunur. Vücuttaki toplam albüminin % 30-40'ı kandadır.
Yüksek deriĢimlerinden dolayı kütle taĢınım yasalarına göre implant yüzeye ilk
ulaĢan protein serum albümindir, bu nedenle de biyomedikal yüzeylerde proteinlerin
baĢlangıç adsorpsiyonunda önemli bir rol oynar. Albümin 66.3 kDa molekül
23
ağırlığında proteindir. Protein zinciri 585 tane aminoasit içermektedir. YaklaĢık
olarak 14x3.8x3.8 nm3
boyutlarındadır (ġekil 2.10) [36].
Şekil 2.10 : Albümin proteinin yapısı [37].
Cam yüzeylere albümin adsorpsiyonu, pıhtı yapıĢması ve yayılmasına karĢı,
yüzeyleri pasif hale getirdiğine dair çalıĢmalar mevcuttur. Protein molekülleri
sentetik polimerlere bağlanabilmelerine rağmen, uzun dönemde dengeye gelme
problemleri ortaya çıkmaktadır. Yüzeye direkt graft olan albümin molekülleri enzim
sirkülasyonu ile protein çözümüne ve denatürasyona duyarlıdır, bu da proteinleri
devre dıĢı bırakır ve yüzeyin istenilen pasifleĢtirici etkisini kaybetmesine neden olur.
Albümin adsorpsiyonunu arttırmak için poliüretan yüzeylere alkil zincirleri graft
edilmektedir. AlkillenmiĢ yüzeyin albümin adsorpsiyonu modifiye edilmemiĢ
poliüretan yüzeyin albümin adsorpsiyonuna göre daha hızlı ve daha yüksektir. Aynı
zamanda alkillenmiĢ yüzeyler sıvı akıĢı ya da kimyasallarla meydana gelen
desorpsiyon için elveriĢsiz yüzeyler oluĢturmaktadır [15].
Hidrojen nükleer manyetik rezonans (H-NMR) ile yapılan çalıĢmalarda, albüminin
yassı elipsoid yapısının aksine daha çok kalp Ģeklinde (heart shape) yapıya sahip
olduğu görülmektedir. Bu sonuç X-ıĢınları kristalografik verileri ile de uyuĢmaktadır.
Daha önceki çalıĢmalar ikincil yapının % 68-50 alfa-heliks, % 16-18 beta sheet
olduğunu göstermektedir. Bunun aksine X-ray kristalografiye bağlı olarak, native
serum albuminin (ısıl iĢlem görmemiĢ protein) yapısında beta-sheet modeli yoktur.
AraĢtırmacıların çalıĢmalarına göre % 55 alfa-heliks, % 45 random diziliĢli “native”
serum albüminin X-ıĢınları kristalografik çalıĢmaları hayvan serum albüminin
polipeptid dönel dizilimi ile aynı yapıda aminoasit dizilimine sahip olduğunu
göstermektedir [37].
24
2.7.2.2 Fibrinojen
Fibrinojen suda çözünen proteindir ve kanın pıhtılaĢmasında görev alır. Kan
plazmasının yaklaĢık % 5'i fibrinojendir. Isıtıldığında pıhtılaĢır. Karaciğerde
sentezlenen, kan plazmasında bulunan ve pıhtılaĢma olayında önemli rol oynayan
kan proteinidir. Fibrinojen, kan pıhtılaĢmasında meydana gelen “fibrin” in öncü
maddesidir. PıhtılaĢma gerçekleĢirken, fibrinojen trombin maddesi etkisiyle ve
iyonize kalsiyumla fibrine dönüĢerek pıhtıyı oluĢturur. Fibrinojen sadece kan
plazmasında değil, aynı zamanda çeĢitli vücut sıvılarında (lenf sıvısı, iltihaplı sıvı
birikintileri vb.) da bulunur. Plazmadaki fibrinojen miktarı yaklaĢık olarak 5
gram/litre‟dir. ÇeĢitli karaciğer rahatsızlıklarında sentezlenme olaylarının
bozulmasıyla kandaki fibrinojen miktarı azalır. Gebelik, eklem romatizması ve
iltihaplı durumlarda da kanda fibrinojen miktarı artar. Doğumdan veya sonradan olan
bazı rahatsızlıklarda fibrinojenin görev yapamaması söz konusu olabilir. Böyle
durumlarda normal insan plazmasından yoğunlaĢtırılmıĢ fibronojenin hasta Ģahısa
verilmesiyle eksiklik belirtileri ortadan kaldırılır [35].
PıhtılaĢma proteini olduğu ve hücresel cevaplarda arabulucu rol oynadığı için
biyomalzeme yüzeylerine fibrinojen adsorpsiyonu ilgi uyandırmaktadır. Protein
adsorpsiyonunun, polimerin sert segment ya da yumuĢak segment alanlarında etki
ettiği ile ilgili var olan tutarsız sonuçlar, fibrinojen adsorpsiyonu çalıĢmalarının
uzamasına neden olmuĢtur. Bazı araĢtırmacılar fibrinojenin sert segmentlerle
etkileĢtiğini belirtmektedir [15]. Bu nedenle sert segmentler poliüretan malzemelerin
pıhtılaĢtırılabilirliğini belirler. Aynı zamanda yüzeydeki sert segment
konsantrasyonunun artmasıyla yüzeyin proteinlere karĢı daha az çekici hale geldiği
gözlenmiĢtir. Bunun yanında yumuĢak segmentlerin kimyasal yapısı adsorpsiyonu
etkileyecek kapasiteye sahiptir. Cam ile kaplanmıĢ poliüretan yüzeylerde,
polietilentereftalat ile kaplanmıĢ poliüretan yüzeylere göre fibrinojen
adsorpsiyonunun daha yüksek olduğu bulunmuĢtur [15]. AraĢtırmacılar bu farkın
camla kaplı poliüretan yüzeydeki yumuĢak segment polieter komponentinin
artmasından kaynaklı olduğunu açıklamaktadırlar. Yüzeydeki polieter segmentlerin
artıĢı yüzey serbest enerjisinin azaldığını gösterir bu da protein adsorpsiyonunu
azaltıcı bir etki oluĢturur. Poliüretanın yumuĢak segmentinin politetrametilenoksit
olduğu durumlarda, polietilenoksit segmenti durumuna göre daha fazla fibrinojen
adsorpladığı belirlenmiĢtir [15]. Fakat bunlar hücre dıĢı sonuçlardır, hücre içi
25
sonuçlar ile iliĢkilendirmemek gereklidir. Hücre içi çalıĢmalarda polietilenoksit
temelli poliüretanın daha fazla pıhtılaĢtırma gücüne sahip olduğu belirtilmektedir
[15]. Fibrinojen, albümin ve fibronektinin, polietilenoksit temelli poliüretan yüzeyde
tercihen yumuĢak segment bölgelerinde adsorplandığı belirlenmiĢtir [15].
Fibrinojen alfa (α), beta (β) ve gama (γ) olarak isimlendirilen üç farklı polipeptid
zincirinin iki kopyasından oluĢan bir proteindir. Bu üç farklı polipeptid zinciri sırası
ile 644, 491 ve 453 aminoasitten oluĢur [38]. Fibrinojen 340 kDa molekül ağırlığında
esnek bir proteindir. Ağırlıklı olarak α-heliksal yapıda ve yaklaĢık 47x4.5x4.5 nm3
boyutlarındadır (ġekil 2.11). Üç boyutlu yapısı ilk olarak SEM ile belirlenip daha
sonra da AFM ile aydınlatılmıĢtır [39].
Şekil 2.11 : Fibrinojen proteinin yapısı [40].
2.8 Biyomalzeme-biyolojik çevre etkileşimi
Biyomalzemelerin biyolojik çevreyle uyumunu ifade eden "biyolojik uyuĢabilirlik",
Ģüphesiz, biyomalzeme uygulamalarında ilk aranan özelliktir. Biyomalzeme yalnızca
dokularla temas ediyorsa "doku uyuĢabilirliği", kan ile temas ediyorsa "kanla
uyuĢabilirliği" ön planda değerlendirilir. Birçok durumda hem doku hem de kanla
temas söz konusudur. Örneğin, yapay damar protezlerinde, damarın içinden kan
akarken, diğer tarafı ise dokuyla temastadır.
26
Kanla yabancı cisim (biyomalzeme) temas edince, yüzeye önce iyonlar ve proteinler,
daha sonra trombositler gider. Materyal kanla uyuĢabilir ise genellikle albümin'in
yüzeye tercihli olarak yapıĢmasıyla yüzey pasifize edilir. Sonradan gelen
trombositler yüzeyde önemli bir morfolojik değiĢime uğramadan otururlar. Bu
durumda materyal vücut tarafından kabul edilmiĢtir. Kanla uyuĢmayan durumda ise,
yüzeydeki trombositler hızla morfolojik değiĢimlere uğrarlar, yüzeyde yayılır ve
içlerindeki aktif kimyasalları salar. Bu diğer hücreleri çağırır ve pıhtılaĢma
mekanizmasını harekete geçirir. Yüzeyde çok sayıda hücreyi hapsetmiĢ olan kan
pıhtısı yığını (trombus) oluĢur. Trombusların yüzeyden kopması emboli ile kan
damarların tıkanması ve ölüme kadar giden olaylar zincirini baĢlatır. Bu yabancı
malzemenin reddedilmesidir [41].
2.9 Hücre yapışması ve üremesi
Hücrelerin polimer yüzeyine yapıĢması, yüzeyde bulunan katı tutunma noktalarının
varlığıyla gerçekleĢmektedir. Yüzey özelliklerine bağlı olarak bu noktaların sayısı
değiĢmekte, dolayısıyla yüzeyle yapıĢan hücre sayısı artmakta ya da azalmaktadır.
Hücre kültüründe yüzeye yapıĢan hücreler, ortam koĢulları uygun olduğu sürece
yayılıp üreyebilirler. Polimer yüzeyinde hücre üremesinin gerçekleĢmesi, yüzeydeki
yapıĢma değerlerine bağlı olup bu değer belirli seviyenin üstünde iken yapıĢma
gerçekleĢir [2].
Biyolojik amaçlı kullanılacak malzemelerde hücre yapıĢması ve üremesi,
malzemenin biyolojik ortama vereceği cevabın göstergesi olduğu için büyük önem
arz etmektedir.
2.10 Literatürde yapılan çalışmalar
Poliüretanların biyomedikal alanda kullanımı ile ilgili çok sayıda çalıĢma
bulunmaktadır. Bunlardan bazıları poliüretanların biyouyumluluklarının arttırılması
için yüzeylerinin modifikasyonu çalıĢmalarıdır. AĢağıda bu çalıĢmaların bazılarından
özetler verilmiĢ ve bu tez kapsamında yapılan çalıĢmaların kapsamına giren sonuçlar
sunulmuĢtur.
Chen ve çalıĢma arkadaĢlarının yaptığı çalıĢmada, ticari olarak elde edilen poliüretan
malzemelerin yüzeylerine farklı molekül ağırlıklarında PEG graft edilmiĢtir. Yüzeyi
iĢlem görmeden önce ve iĢlem görmüĢ poliüretan numunelerin temas açıları ve
protein adsorpsiyonları değerlendirilmiĢtir. ĠĢlem görmemiĢ poliüretan yüzeyin temas
27
açısı 78o iken farklı molekül ağırlıklı PEG molekülleri yüzeye graft edildikten sonra
temas açıları 60o değerine kadar düĢmüĢtür. Yüzeye PEG graft edilmiĢ ve
iĢlenmemiĢ poliüretan numunelerdeki albümin ve fibrinojen proteinleri
adsorpsiyonları incelendiğinde her iki protein için de en yüksek adsorplanan protein
miktarı iĢlem görmemiĢ poliüretan yüzeylerdedir. PEG graft edilmiĢ yüzeylerde ise
artan PEG molekül ağırlığı ile adsorplanan protein miktarı düĢüĢ göstermiĢtir. Tüm
adsorpsiyon değerleri kıyaslandığında fibrinojen proteini albümin proteininden
yaklaĢık iki kat daha fazla adsorplanmıĢtır. PEG graft olmamıĢ poliüretan yüzey için
fibrinojen adsorpsiyon değeri 1 mg/cm2 iken albümin proteini adsorpsiyon değeri
0.48 mg/cm2, bu değer PEG graftı sonrasında sırası ile 0.3 ve 0.09 mg/cm
2
değerlerine kadar düĢmüĢtür [16].
Zheng ve çalıĢma arkadaĢlarının yaptığı çalıĢmada ticari bir poliüretan ile farklı
döküm yöntemleri kullanılarak farklı pürüzlülüğe sahip filmler elde edilmiĢtir.
Poliüretan yüzeyin pürüzlülüğünün değiĢtirilmesi sonucu temas açısı 83o
değerinden
128o değerine çıkmıĢ, buna paralel olarak fibrinojen adsorpsiyonu değerleri 0.3
mg/cm2‟den 0.6 mg/cm
2 değerine, albümin adsorpsiyonu değerleri 0.06 mg/cm
2‟den
0.14 mg/cm2 değerine yükselmiĢtir [30].
Hasırcı ve çalıĢma arkadaĢlarının yaptığı diğer bir çalıĢmada argon ve oksijen ile
plazma yüzey modifikasyonuna uğratılan yüzeylerin plazma sonrası protein
adsorpsiyonu değerleri incelenmiĢtir. Hem oksijen hem de argon gazı için plazma
uygulaması temas açısı değerini düĢürmüĢtür. ĠĢlem görmemiĢ poliüretan yüzeyde
63o olan temas açısı değeri argon plazma için minimum 52.5
o oksijen plazma için
minimum 45.7o değerine düĢmüĢtür. DüĢen temas açılarının aksine yüzey pürüzlülük
değeri iĢlem görmemiĢ poliüretan yüzey için 25.08 nm iken argon plazmadan sonra
38.74 nm, oksijen plazmadan sonra 50.31 nm değerine yükselmiĢtir. Plazma yüzey
modifikasyonu yüzey pürüzlülüğünü arttırırken temas açısını düĢürücü bir etkiye
sebep olmuĢtur. ĠĢlem görmemiĢ poliüretan yüzeyin albümin ve fibrinojen
adsorpsiyonu değerleri sırasıyla 202.6 µg/cm2 ve 115 µg/cm
2 iken argon ile plazma
yüzey modifikasyonu sonrasında sırasıyla 251.6 µg/cm2
ve 55.8 µg/cm2
değerine ve
oksijen plazması sonrasında 201.3 µg/cm2
ve 32.5 µg/cm2
değerine düĢmektedir. Bu
sonuçlardan görüldüğü gibi plazma yüzey modifikasyonu protein adsorpsiyonunda
düĢüĢe neden olmuĢtur. [21].
28
Literatürdeki veriler genel olarak değerlendirilecek olursa; protein adsorpsiyonuna
iki parametrenin etki ettiği görülür. Bunlar yüzey hidrofilliği ve pürüzlülüğüdür.
Genellikle hidrofilik yüzeyler, hidrofobik yüzeylere göre daha az protein
adsorplarlar. Bazı durumlarda ise yüzey hidrofilitesi yerine nano boyutta yüzey
pürüzlülüğünün protein adsorpsiyonunda etkili olduğu bildirilmiĢtir [55,56]. Yüzey
pürüzlülüğü bazı durumlarda protein adsorpsiyonunu arttırırken bazı durumlarda
azaltabilmektedir [30,21].
Poliüretanların biyomalzeme olarak kullanımıyla ilgili çok sayıda çalıĢma olmakla
birlikte, bu tez kapsamında monomer olarak kullanılan hint yağından sentezlenen
poliüretan malzemelerin biyomalzeme olarak kullanımının araĢtırılmasıyla ilgili
çalıĢmaların sayısı çok azdır. Yeganeh ve çalıĢma arkadaĢlarının yaptığı çalıĢmada
polimer malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri ve kimyasal yapıları
belirlenmiĢ, bazı hücre büyümesi çalıĢmaları yapılarak polimer özelliklerinin ve
yapısının bunlarla ilgisi ortaya konulmuĢtur [57]. Yeganeh ve Hojati-Talemi‟nin
yaptığı diğer bir çalıĢmasında ise PEG ve hint yağı temelli poliüretanların
biyobozunabilirlik oranları ve mekanik özellikleri belirlenmiĢ, hücre büyümesi ve
zehirliliğiyle ilgili veriler değerlendirilmiĢtir [6]. Ferreira ve çalıĢma arkadaĢlarının
yaptığı bir çalıĢmada hint yağı temelli, biyolojik olarak yapıĢma özelliğine sahip,
biyobozunabilen ve biyouyumlu poliüretan sentez edilmiĢtir
Bu tez kapsamında yukarıda belirtilen hint yağı temelli çalıĢmalardan farklı olarak,
hint yağı/PEG temelli poliüretan filmler farklı molekül ağırlığındaki polietilen glikol
kullanılarak sentezlenmiĢ, böylece kütle özellklerinin yanında biyouyumlulukta çok
önemli olan yüzey hidrofilliği, yüzey pürüzlülüğü ve gözenekliliği birbirinden farklı
malzemeler sentezlenebilmiĢtir. Bunlara ek olarak polimer filmlerin yüzeyleri
plazma polimerizasyonuyla modifiye edilerek, plazma polimerizasyonunun protein
adsorpsiyonu ve ücre büyüme ve çoğalması üzerine etkileri incelenmiĢtir..
29
3. DENEYSEL ÇALIŞMA
3.1 Kullanılan Kimyasallar ve Özellikleri
Poliüretan (PU) sentezinde poliol olarak Sigma-Aldrich marka polietilen glikol
(PEG) ve Arifoğlu marka hint yağı (HY) kullanılmıĢtır. PEG ve HY‟nin kimyasal
yapıları ġekil 3.1‟de, bazı özellikleri de Çizelge 3.1 ve 3.2‟ de verilmektedir.
Şekil 3.1 :(a) HY, (b) PEG‟in kimyasal yapıları.
Çizelge 3.1 : Polietilen glikolün özellikleri.
Özellikler Değer
Molekül ağırlığı, g/mol 3000
Yoğunluk, g/cm3 1.23
pH (%5 sulu çözelti) 5.5 - 7
Çizelge 3.2 : Hint yağının özellikleri.
Özellikler Değer
Hidroksil değeri, mg KOH/g numune 161.01
Asitlik değeri, mg KOH/g numune 1.47
30
Poliüretan sentezinde diizosiyanat olarak Sigma-Aldrich marka hegzametilen
diizosiyanat (HDI) kullanılmıĢtır. ġekil 3.2‟de HDI‟nın kimyasal yapısı, Çizelge
3.3‟de bazı özellikleri verilmiĢtir.
Şekil 3.2 :HDI‟nın kimyasal yapısı.
Çizelge 3.3 : Hegzametilen diizosiyanatın bazı özellikleri.
Özellikler Değer
Molekül ağırlığı, g/mol 168.19
Yoğunluğu, g/ml (20 ºC) 1.047
Kaynama noktası, ºC 82-85
Alev alma noktası, ºC 135
Erime noktası, ºC - 67
Zincir uzatıcı olarak teknik saflıkta 1,4-bütandiol (BDO) kullanılmıĢtır (ġekil
3.3).
Şekil 3.3 :1,4-bütandiol.
3.2 Polimer Sentezi
Poliüretan sentezi, tek adımlı kütle polimerizasyonu metodu ile gerçekleĢtirilmiĢ,
çözücü ve katalizör kullanılmamıĢtır [42,43].
3.2.1 Reaksiyon karışımının hazırlanması
Reaksiyon karıĢımı hazırlanmadan önce PEG, 6 saat boyunca vakum altında 90-95
oC arasında döner buharlaĢtırıcıda tutulmuĢtur. HY kullanılmadan önce 80
oC‟de
vakum etüvünde 24 saat bekletilmiĢtir. Zincir uzatıcı olarak kullanılan BDO 24 saat
boyunca 50 oC‟de vakum etüvünde bekletilmiĢtir. Böylece, reaksiyonda kullanılacak
malzemelerin içerdiği nem giderilerek reaksiyonun ilerlemesini engelleyecek
olumsuzluklar ortadan kaldırılmıĢtır [15,43].
Gerekli ön iĢlemlerin tamamlanmasının ardından reaksiyon karıĢımının hazırlanması
amacıyla ilk olarak belirli oranlarda HY ve PEG 90-95 oC‟de döner buharlaĢtırıcıda
vakum altında 30 dakika karıĢtırılarak homojen bir karıĢım elde edilmiĢtir. Daha
31
sonra zincir uzatıcı olarak BDO eklenerek 30 dakika daha karıĢtırmaya devam
edilmiĢtir. PEG ve HY‟nin hidroksil değerine eĢit sayıda hidroksil içerecek miktarda
BDO eklenmiĢtir.
3.2.2 Poliüretan sentezi
PEG, HY ve BDO içeren reaksiyon karıĢımı, azot gazı beslemesi olan reaksiyon
balonuna aktarılmıĢ ve reaksiyon balonu 50 oC‟deki yağ banyosuna daldırılmıĢtır.
Sıcaklık sabit tutularak karıĢımdaki hidroksil sayısına ekivalent olacak Ģekilde HDI
reaksiyon balonuna damla damla eklenmiĢtir. Bu sırada monomerlerin havayla
teması mümkün olduğunca engellenmiĢtir. KarıĢtırma hızı 300 r.p.m, karıĢtırma
süresi 5 dakika olarak ayarlanmıĢtır. KarıĢtırma iĢleminden sonra reaksiyon karıĢımı
cam petri kaplarına alınmıĢ, 80 oC sıcaklıktaki etüvde yaklaĢık 20-24 saat
polimerizasyon reaksiyonunun tamamlanması için bekletilmiĢtir.
Reaksiyon, fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopisi ile izlenmiĢtir.
Poliüretan sentezinde serbest izosiyanat grubuna ait 2270 cm-1
pikinin kaybolması
reaksiyon ortamındaki izosiyanat gruplarının tümünün reaksiyona girdiğinin
göstergesidir [43]. Ġzosiyanat pikinin kaybolması ile birlikte 3300 cm-1
civarında ve
1520-1560 cm-1
değerleri arasında karakteristik üretan pikleri oluĢmuĢtur [42,34].
3.3 Poliüretan filmlerin plazma yüzey modifikasyon yöntemi
Diener electronic marka Pico-LF-RF plazma cihazı kullanılmıĢtır (ġekil 3.4).
ÇalıĢmalar 13.56 MHz RF jeneratör ile 0.3 mbar düĢük basınçta ve oda sıcaklığında
yürütülmüĢtür.
32
Şekil 3.4 : Diener electronic marka Pico-LF-RF cihazı.
Plazma yüzey modifikasyonu iki aĢamada gerçekleĢtirilmiĢtir. Öncelikle PU filmlere
argon (Ar) plazma uygulanarak yüzeylerin temizlenmesi ve aktifleĢtirilmesi
sağlanmıĢtır. Literatür araĢtırmaları doğrultusunda, Ar plazma uygulaması 50W
gücünde ve 2 dakika süresinde gerçekleĢtirilmiĢtir [34].
Ar plazma uygulamasından sonra PU filmler 20 dakika atmosfer ortamında
peroksitlerin ve hidrojen peroksitlerin oluĢması için bekletilmiĢtir. Böylece, AA
polimerizasyonun baĢlaması için gerekli olan radikal merkezlerin oluĢması
sağlanmıĢtır [44].
AktifleĢtirilen temiz PU yüzeylere akrilik asit (AA) monomeri ile 50 W uygulama
gücünde 5 dakika sürede plazma polimerizasyonu uygulanmıĢtır [28].
Uygulama sonunda, numuneler saf su ile 10 dakika süreyle yıkayarak reaksiyona
girmeyen monomer kalıntıları yüzeyden uzaklaĢtırılmıĢtır [44].
Yüzeylerin temizlenmesi ve aktifleĢtirilmesi plazma polimerizasyonu için gerekli
optimum Ģartlar, çalıĢma grubumuzda gerçekleĢtirilen daha önceki çalıĢmalarda
belirlenmiĢtir [42].
3.4 Karakterizasyon Yöntemleri
3.4.1 Fourier transform infrared spektroskopisi
ÇalıĢmada Perkin Elmer pre. marka, Spectrum One model Fourier transform infrared
33
(FT-IR) kullanılarak 650-4000 cm-1
aralığında polimerizasyon reaksiyonları izlenmiĢ
ve polimerlerin yapısal karakterizasyonları yapılmıĢtır.
3.4.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre
Polimerlerin ısıl özellikleri, Perkin Elmer Diamond diferansiyel taramalı kalorimetre
(DSC) cihazında azot atmosferinde incelenmiĢtir. Analizler -50 oC ile 150
oC arası 10
oC/dakika tarama hızında gerçekleĢtirilmiĢtir. DSC analizi herbir örnek için en az 2
kere tekrarlanmıĢtır.
3.4.3 Isıl gravimetrik analiz
Perkin Elmer marka Diamond model ısıl gravimetrik analiz (TGA) cihazı
kullanılarak polimerlerin ısıl davranıĢları incelenmiĢtir. ÇalıĢma azot atmosferinde,
oda sıcaklığı ile 550 oC sıcaklık aralığında ve 20
oC/dakika‟lık ısıtma hızında
gerçekleĢtirilmiĢtir. TGA analizi herbir örnek için en az 2 kere tekrarlanmıĢtır.
3.4.4 Dinamik mekanik analiz
Numunelerin dinamik mekanik analizleri ve viskoelastik özellikleri, Perkin Elmer
Diamond dinamik mekanik analiz (DMA) cihazında, azot ortamında -80 oC ile 150
oC aralığında 3
oC/dakika ısıtma hızında 1 Hz frekansta tarama yapılarak
incelenmiĢtir. DMA analizi herbir örnek için en az 2 kere tekrarlanmıĢtır.
3.4.5 Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi
Film yüzeylerinin hidrofilik özellikleri KSV CAM200 marka temas açısı ölçüm
cihazı ile incelenmiĢtir. Yürütülen çalıĢmada, yapıĢık damla (sessile drop) temas
açısı ölçüm yöntemi kullanılmıĢ, elde edilen veriler Young/Laplace metodu ile
değerlendirilmiĢtir. OluĢturulan su damlasının hacmi 5-6µl olacak Ģekilde
ayarlanarak 25 oC‟da sabit Ģartlarda ölçümler gerçekleĢtirilmiĢtir.
Temas açısı ölçümleri plazma yüzey modifikasyonu öncesinde 3 farklı örnekte 10‟ar
kez, uygulama sonrası yine 3 farklı örnekte 5‟er kez ölçüm alınarak
gerçekleĢtirilmiĢtir. Plazma sonrası yüzeyler hidrofilik hale geldiği için ölçüm sayısı
azalmıĢtır.
Su, etilenglikol, di-iyodometan ve formamid ile belirlenen temas açısı değerleri ve
Fowkes eĢitliği (EĢitlik 3.1) kullanılarak serbest yüzey enerjisi değerleri
hesaplanmıĢtır [45].
34
cos 1 2
d
sd
k
s
(3.1)
θ=Yüzey-sıvı arası temas açısı
d
k=Katılar için Fowkes değeri
d
s=Sıvılar için Fowkes değeri
s =Sıvı için hesaplanan değer
3.4.6 Taramalı elektron mikroskobu
Poliüretan filmlerin topoğrafik karakterizasyonunda JOEL JSM 6390-LV marka
taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıĢtır. Görüntüler 20 kV‟da 500 kez
büyütülerek alınmıĢtır.
3.4.7 Atomik kuvvet mikroskobu
Poliüretan filmlerin topoğrafik karakterizasyonu Shimadzu SPM 9500 marka cihaz
kullanılarak atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile dinamik modta yapılmıĢtır. Bu
çalıĢmada AFM görüntüleri 5µm x 5µm ölçülerde alınmıĢtır.
3.4.8 X-ışını kırınımı
X-ıĢınları kırınımı (XRD) desenleri PANalytical marka cihazın X'PERT PRO
modeli ile alınmıĢtır.
Polimerlerin % kristalinite değerleri pik alanlarının en küçük kareler yöntemi
ile hesaplanması sonucu belirlenmiĢtir. Yöntemi açıklamak amacıyla bir XRD
deseni örneği Ģematik olarak ġekil 3.5‟de verilmiĢtir [22].
Şekil 3.5 :X-ıĢını kırınım desenleri pik alanlarının hesaplanması.
35
3.4.9 X-ışını fotoelektron spektroskopisi
Yüzey elementel analizi X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri ile
belirlenmiĢtir. AlKα (250 W, hυ=1486.6 eV) kaynaklı monokramatör, yarı
küresel analizör, multikanal dedektör ile SPECS PHOIBOS 150 MCD marka
sistem ile analizler gerçekleĢtirilmiĢtir.
3.4.10 Polimerlerin şişme davranışları
Poliüretanların ĢiĢme davranıĢları saf su ortamında, ISO D570 standartlarına göre
belirlenmiĢtir. 24 saat etüvde bekletilen örnekler 24 saat desikatörde bekletildikten
sonra saf su içersinde 4 gün boyunca 36-37 oC‟de bekletilmiĢtir. Yüzeyleri hafifçe
kurulanarak tartılan filmlerin ĢiĢme miktarları EĢitlik 3.2 kullanılarak hesaplanmıĢtır
[21].
ġiĢme miktarı (%) 2 1
1
.100W W
W (3.2)
W1 = Kuru polimerin ağırlığı (g),
W2= ġiĢmiĢ polimerin ağırlığı (g)
3.4.11 Boşluk hacmi
Gözeneklilik veya boĢluk hacmi; polimer tarafından doldurulmamıĢ olan
hacmin, film hacmindeki kesridir. BoĢluk hacmi, kuru ve ıslak film ağırlıkları
arasındaki farkın, su yoğunluğuna oranından hesaplanmıĢtır [2]. BoĢluk hacmi
deneyleri 25 oC‟de ve 24 saat bekleme süresinde gerçekleĢtirilmiĢtir.
3.4.12 Gözeneklilik
Boyutları 3x1 cm2 olan poliüretan filmler 4 gün boyunca 36-37
oC‟de saf su
içerisinde bekletilmiĢ ve filmlerin ĢiĢmeden önceki ve sonraki ağırlık tartımları
alınmıĢtır. Bu iki tartım arasındaki fark suyun yoğunluğu ile ıslak film hacmi
çarpımına bölünmüĢtür. Islak film hacimleri, filmlerde Ģekil bozuklukları
olmadığı için cetvel yardımı ile ölçülmüĢtür.
Filmlerin gözeneklilikleri EĢitlik 3.3 ile hesaplanmıĢtır [46].
36
.
y k
y
W WGözeneklilik
V (3.3)
Wy= Islak film ağırlığı (g)
Wk= Kuru film ağırlığı (g)
ρy= Suyun yoğunluğu (g/cm3)
V= Islak film hacmi (cm3)
3.4.13 Gaz geçirgenliği
Gaz geçirgenliği testleri bir çok amaçla yapılabileceği gibi konveksiyonla ilgili
taĢınım özelliklerini belirlemek amacıyla da yapılmaktadır [58]. Bu çalıĢmada
gaz geçirgenliği ölçüm cihazı ile değiĢken basınç ve sabit hacimde, 2 bar
besleme basıncında, 35 oC sıcaklıkta azot geçirgenliği değerleri belirlenmiĢtir.
3.4.14 Hidroliz
Poliüretan filmler fosfat tampon çözeltisi (PBS) içinde 36-37 oC‟de 8 hafta
bekletilmiĢtir. Yapısal değiĢimleri FT-IR spektroskopisiyle, kütle kayıpları tartılarak
belirlenmiĢtir.
3.4.15 Polimerlerin yoğunlukları
Polimer filmlerin yoğunlukları PRECISA XB 620 M (0,01g) marka cihaz ile su ve
hava ortamında ölçümler yapılarak belirlenmiĢtir. Cihaz polimer yoğunluklarını
otomatik olarak vermektedir.
3.4.16 Jel içeriklerinin belirlenmesi
Jel içeriğini belirlemede Soxhlet ekstratörü kullanılmıĢtır. Polimer, aseton
çözücüsü varlığında 24 saat Soxhlet ekstraksiyonuna tabi tutulmuĢtur. Asetonda
çözünen polimer, çözücü ile alt balona geçerken, çözünmeyen kısım yüksük
içinde kalmıĢtır. Ekstraksiyon sonunda yüksükte kalan numuneler 24 saat 50
oC‟lik vakum etüvünde kurutulmuĢ, tartılmıĢ ve EĢitlik 3.4„e göre jel içeriği
hesaplanmıĢtır.
Jel içeriği (%)( )
1 o r
o
m m
m (3.4)
37
mo= Polimerin baĢlangıç ağırlığı (g)
mr= Polimerin ekstraksiyondan sonraki kuru ağırlığı (g)
3.4.17 İki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (Mc) ve çapraz
bağlanma yoğunluğunun (υc) hesaplanması
Çapraz bağlanma yoğunluğu (υc) ve iki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül
ağırlığı (Mc) Flory-Rehner eĢitliği kullanarak aĢağıda verilen denklemler ile
hesaplanmıĢtır [45]. Denge ĢiĢme derecesi (Q) ve ĢiĢmiĢ polimerin hacim
fraksiyonu (Vp) EĢitlik 3.5 ve 3.6‟e göre hesaplanmıĢtır.
/
/ /
p p
p
p p s s
W dV
W d W d (3.5)
1
p
QV
(3.6)
Wp= Polimerin kuru ağırlığı (g)
Ws= Dengedeki emilen çözücü ağırlığı (g)
dp= Polimerin yoğunluğu (g/cm3)
ds= Çözücünün yoğunluğu (g/cm3)
Polimer-çözücü etkileĢim parametresi (X12) EĢitlik 3.7 kulanılarak
hesaplanmıĢtır.
2
12
( )0.34
s p svX
RT (3.7)
υs= Çözücünün molar hacmi (cm3/mol)
γp= Polimerin çözünürlük parametresi (cal/cm3)
1/2
γs= Çözücünün çözünürlük parametresi (cal/cm3)
1/2
R= Ġdeal gaz sabiti (cal/(mol.K))
T= Sıcaklık (K)
38
Poliüretan numunelerinin çözünürlük parametrelerini belirlemek için
polimerlerin farklı çözücülerde denge ĢiĢme dereceleri ile çözücülerin
çözünürlük parametreleri arasında grafik çizilir. Maksimum piki (en yüksek
ĢiĢme derecesi) veren çözücünün çözünürlük parametresi, polimerin çözünürlük
parametresi olarak kabul edilir [43]. Mc ve υc değerleri EĢitlik 3.8 ve 3.9
kullanılarak hesaplanmıĢtır.
1/3
2
12
( / 2)
ln(1 )
s P P Pc
p p P
v d V VM
V V X V (3.8)
Pc
c
dv
M (3.9)
νs= Çözücünün molar hacmi (cm3/mol)
Vp= ġiĢmiĢ polimerin hacim fraksiyonu
X12= Polimer-çözücü arası etkileĢim parametresi
3.5 Biyouyumluluk Deneyleri
3.5.1 Poliüretan filmlere protein adsorpsiyonu
Protein adsorpsiyonu deneylerinde protein kaynağı olarak Sigma-Aldrich marka
“bovine serum albumin” (BSA) ve Sigma-Aldrich marka fraksiyon I cinsi “bovine
serum fibrinojen” (BSF) kullanıldı. BaĢlangıç konsantrasyonu 1mg protein/ ml PBS
olacak Ģekilde protein çözeltisi hazırlandı. BSA çözünürlüğü daha yüksek bir protein
olduğu için yaklaĢık 1 saat çözünmesi yeterlidir, fakat BSF‟nin çözünürlüğü daha
düĢüktür. Bu nedenle BSF‟nin çözünmesi için yaklaĢık 3 saat beklenildi. Hazırlanan
protein çözeltisinden 60 ml alınmıĢ ve bu çözeltiye poliüretan filmler (1x1 cm2)
daldırıldı. 0-60 dakika aralığında protein çözeltisinden alınan sıvı numumelerin
adsorbans değerleri Perkin Elmer Lamda35 marka UV spektrofotometre ile 280 nm
dalga boyunda ölçüldü. Farklı deriĢimlerde hazırlanan (0 g/ml, 0.25 g/ml, 0.75 g/ml,
1.0 g/ml) protein çözeltilerin UV spektrofometrede absorbans değerleri okunarak
oluĢturulan kalibrasyon doğrusu yardımıyla ölçülen absorbans değerlerine karĢılık
gelen protein adsorpsiyon miktarları hesaplandı.
Polimerlerin çözünmesi ve aynı zamanda tüm protein adsorpsiyonu deneyleri 36
oC‟de gerçekleĢtirilmektedir.
39
ÇalıĢmada kullanılan kalibrasyon doğruları Ek-E‟de verilmiĢtir. Adsorplanan protein
miktarı EĢitlik 3.10 kullanılarak hesaplanmıĢtır [21].
V AoC Cq
A ( 3.10)
q : Adsorplanan protein miktarı (mg/cm2)
C0 : Çözelti baĢlangıç konsantrasyonu (mg/ml)
CA: Ölçüm yapılan andaki çözelti konsantrasyonu (mg/ml)
V: Sıvı çözelti hacmi (ml)
A: Filmin toplam yüzey alanı (cm2)
3.5.2 Hücre yapışması ve üremesi
Hazırlanan PU film örnekleri (çap: 0,9 cm) önce 150 U/ml antibiyotik içeren %70
etil alkol içinde 1 saat bekletildikten sonra 3 defa fosfat tampon çözeltisi çözeltisi ile
yıkandı. Daha sonra yarım saat UV ıĢımaya maruz bırakılarak steril edildi. Steril
edilen polimer diskleri, kültür ortamına uyum sağlamak amacıyla, fetal serum
içermeyen hücre kültürü medyumu içinde 24 saat süresince 37 °C„ de % 5 CO2
etüvünde inkübe edildi. Ġnkübasyon sonrası polimer diskleri 96 kuyucuklu kültür
kaplarına uygun bir Ģekilde yerleĢtirildi ve her bir örnek için 3 polimer diski
kullanılarak sitotoksisite deneyleri gerçekleĢtirildi.
Sitotoksisite deneyi için NIH-3T3 fare fibroblast hücreleri ve “Vybrant”
sitotoksisite hücre proliferasyon kiti (invitrogen) kullanıldı. Hücreler çözüldükten
sonra düĢük glukozlu DMEM (hücre kültür ortamı) içeren kültür ortamında
çoğaltıldı. Üçüncü pasajdan sonra hücreler % 0.25‟lik Tripsin-EDTA solüsyonuyla
kaldırıldı. Daha sonra 15 ml‟lik tüpe alınarak 2000 rpm‟de 5 dakika santrifüj edildi.
Santrifüj sonrası tüp içerisinde bulunan üst faz atıldı. Hücre çökeltisi 1 ml kültür
medyumu ile süspanse edildildikten sonra hücre sayımı yapıldı. Bunun için %1‟lik
Tripan mavisi kullanıldı. Hücre sayımından sonra her bir kuyucuğa 104 hücre ekimi
yapıldı ve 37 °C‟de 24 saat inkübasyona tabi tutuldu. Bu sürenin bitiminde, kültür
kabında bulunan medyum uzaklaĢtırıldı ve her bir kuyucuğa 100 μl taze kültür ortamı
konulduktan sonra 10 μl sitotoksisite boyası (5 mg/ml) eklenerek hücreler 37 °C‟de 4
saat daha inkübe edildi. Bu aĢamada negatif kontrol olarak, hücre içermeyen kültür
ortamından kültür kabının periferindeki kuyucuklara 100 μl taze kültür tamponu
kullanıldı. Ġnkübasyon sonunda, canlı hücreler tarafından oluĢturulan formazan
40
tuzlarının çözülmesi için her bir kuyuya 50 µl DMSO (dimetil sülfoksit) eklendi ve
37 °C‟de 10 dakika bekletildikten sonra kültür kaplarındaki üst faz iyice baĢka bir
kültür kabına aktarıldı. Kültür plağı, mikroplak okuyucuda 540 nm dalga boyunda
okutuldu. Referans dalga boyu olarak 630 nm dalga boyu kullanıldı. Hiçbir madde
eklenmeyen kontrol kültürlerinden elde edilen absorbans değerlerinin ortalaması
alınarak, bu değer % 100 kabul edildi. Polimerli kültürlerden elde edilen absorbans
değerleri kontrol absorbans değerine oranlandı ve deney hücrelerinin canlılık oranları
% olarak ifade edildi.
41
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
4.1 Poliüretan Sentezi
ġekil 4.1‟de poliüretan sentezi reaksiyonları Polietilen glikol (PEG) ve hint yağı
(HY) için ayrı ayrı gösterilmektedir. PEG ve HY‟nın her ikisi de kullanılarak
gerçekleĢtirilen reaksiyonların Ģematik gösterimi benzer Ģekilde yapılabilir. Bu
durumda PEG ve HY birimlerinin polimer yapısına rastgele yerleĢtiği varsayılır.
Çizelge 4.1‟de üretilen polimerlerin kodları gösterilmektedir. Sentezlenen film
kalınlıkları 2 (±0,2) mm‟dir.
Şekil 4.1 : (a) PEG ile PU sentez reaksiyonu, (b) HY ile PU sentez reaksiyonu.
42
Çizelge 4.1 : Sentezlenen poliüretan filmlerin kodları.
KOD HY/PEG
(ağırlıkça)
PU50 50/50
PU60 60/40
PU70 70/30
PU90 90/10
PU100 100/0
4.2 Polimer Yapısının Karakterizasyonu ve Özelliklerinin Belirlenmesi
4.2.1 Fourier transform infrared spektroskopisi
Farklı kompozisyonlarda hazırlanan poliüretan filmlerin sentez reaksiyonları Fourier
transform infrared (FT-IR) spektrometresi ile izlenmiĢtir. PU50 kodlu poliüretan
filmin sentezine ait FT-IR spektrumları ġekil 4.2‟de gösterilmiĢtir.
Şekil 4.2 : PU 50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
43
Reaksiyon baĢlangıcında, 3369 cm-1
dalga boyunda –OH pikleri, 2927 ve 2859 cm-1
de –CH, 1740 cm-1
de -COO gerilmeleri görülmektedir. Reaksiyon baĢlangıcında
reaksiyon karıĢımının IR spektrumunda 2264 cm-1
de görülen serbest izosiyanat piki,
reaksiyon sonunda kaybolmakta ve 3323 cm-1
de üretan grubunun karakteristik
bantlarından N-H gerilmesi ortaya çıkmaktadır; 1688 cm-1
de NH-CO-O
gerilmesinden ve 1535 cm-1
de C-N gerilmesinden dolayı oluĢan pikler
görülmektedir.
HY/PEG oranındaki azalıĢ 1103 cm-1
de PEG‟den kaynaklı C-O-C gerilmesine ait
pikin Ģiddetini arttırırken, 1688 cm-1
de hint yağının ester karbonil grupları ile
birleĢmiĢ NH-CO-O gerilmesine ait pikin Ģiddetinin azalmasına sebep olmaktadır.
Bu eğilim literatür ile uyumlu olup beklenen bir sonuçtur [47]. Ek-A‟da sentez
karıĢımları ve sentezlenen diğer poliüretan filmlerin FT-IR spektrumları verilmiĢtir.
4.2.2 X-ışını kırınımı verilerinin değerlendirilmesi
PU50 ve PU100 kodlu numuneler için X-ıĢını kırınımı desenleri ġekil 4.3‟de
verilmiĢtir. 2θ=18-27o arasında keskin PEG kristal pikleri görülmektedir. X-
ıĢınları desenleri karĢılaĢtırıldığında PU50 kodlu filmin, PU100 kodlu filmden
daha fazla kristal yapı içerdiği söylenebilir.
XRD verilerinden pik alan hesabı ile polimerlerin % kristaliniteleri hesaplanmıĢtır
[22]. Buna göre PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin kristaliniteleri sırasıyla %
40.1 ve % 36.3 bulunmuĢtur. PEG‟in kristalin yapısından dolayı PU50 kodlu filmin
kristalinite değerinin PU100 kodlu filme göre yüksek çıkması beklenen bir sonuçtur.
44
Şekil 4.3 : PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin XRD grafiği.
4.2.3 Diferansiyel taramalı kalorimetre analizi
Sentezlenen tüm poliüretan filmlerin diferansiyel taralı kalorimetre (DSC)
termogramları Ek-D‟de verilmiĢtir. Termogramlardan belirlenen Tg değerleri
Çizelge 4.2‟de verilmiĢtir.
Çizelge 4.2 : Poliüretanların DSC termogramından elde edilen Tg ve Tm değerleri.
Kod
Camsı geçiş sıcaklığı,
Tg (oC)
Erime sıcaklığı,
Tm (oC)
PU50 -32 39
PU60 -31 36
PU70 -30 -
PU90 -29 -
PU100 -27 -
45
HY/PEG oranı arttıkça poliüretanların Tg değerleri artmaktadır. Bunun nedenin
PEG‟in zincir yapısından kaynaklandığı düĢünülmektedir. Bir çok durumda
biyomalzeme olarak kullanılacak polimerlerin Tg değerlerinin vücut
sıcaklığının altında olması biyolojik amaçlı kullanılabilirliği açısından
önemlidir. Bu nedenle düĢük Tg değerleri biyopolimerler için istenilen bir
özelliktir.
HY/PEG oranı arttıkça, poliüretan matrisindeki kristalin PEG yapıları azaldığı
için malzemenin kristalinitesi düĢer. Bu nedenle HY/PEG oranı artan
numunelerin erime sıcaklıkları belirlenememiĢtir.
4.2.4 Isıl gravimetrik analiz
Sentezlenen poliüretan filmlerin içerdikleri HY/PEG oranlarının ısıl
kararlılıklarına etkisi, ısılgravimetrik analiz (TGA) çalıĢmalarıyla incelenmiĢtir.
Çizelge 4.3‟de bu çalıĢmanın sonuçları görülmektedir.
Çizelge 4.3 : Poliüretanların TGA sonuçları.
KOD
Bozunma Sıcaklığı (ºC)
%10 Ağırlık
Kaybı
%50 Ağırlık
Kaybı
PU50 334 413
PU60 335 415
PU70 334 400
PU90 335 388
PU100 336 409
ġekil 4.4‟de sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri görülmektedir. Yürütülen
çalıĢmada yapılan poliüretan sentezinde katalizör, çapraz bağlayıcı ve herhangi bir
katkı malzemesi kullanılmadığından 100-300 oC arasında bunların uzaklaĢmasına
bağlı olabilecek ağırlık kaybı yoktur. Isıl kararlılık yalnız HY/PEG oranına bağlı
olarak değiĢmektedir. Tüm TGA eğrileri yaklaĢık 430 oC‟de kesiĢmektedir. Bu
sıcaklığın altında polimerlerde HY/PEG oranı azaldıkça ısıl kararlılık artmaktadır.
KesiĢme sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ısıl kararlılık tüm polimerler için
yaklaĢık aynı seviyededir. 550 oC‟de tüm poliüretan filmler için gerçekleĢen ağırlık
kaybı % 98-100 arasındadır.
46
Şekil 4.4 : Sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri.
Sadece HY kullanılarak sentezlenen PU filmin TGA termogramı literatür ile benzer
özellik göstermektedir [47,48,49]. Ek-B‟de poliüretan filmlerin TGA eğrileri ayrı
ayrı verilmiĢtir.
4.2.5 Dinamik mekanik analiz
Polimerler hem bir katı gibi elastik özellik hem de bir sıvı gibi viskoz özellik
gösterirler, yani viskoelastiktirler. Dinamik mekanik analiz (DMA), malzemelerin
viskoelastik özelliklerini belirlemede kullanılan önemli bir yöntemdir. Viskoelastik
özellikler sıcaklık, zaman ve frekansın foksiyonudur. Bu yöntemde malzeme sabit
kuvvet kontrolünde, salınımlı deformasyona maruz bırakılır ve oluĢan gerilmeler
ölçülür.
Camsı geçiĢ ana zincirde meydana gelen geniĢ çaplı hareket sonucu olur. Genellikle,
amorf bölgelerin erimeye baĢlaması Ģeklinde tanımlanır. Camsı geçiĢ sıcaklığından
önceki plato camsı bölge, sonraki plato kauçukumsu bölge adını alır. DMA grafikleri
depolama modülü (E‟), kayıp modülü (E‟‟) ve tan δ‟dan oluĢur. Depolama modülü
malzemede depolanan deformasyon enerjisinin ölçütü olup malzemenin elastikliği
hakkında bilgi verir. Kayıp modülü malzemenin ısı biçiminde kaybettiği
deformasyon enerjisi olup malzemenin viskoz özelliği hakkında bilgi verir. Kayıp
modülünün depolama modülüne oranı (E‟‟/E‟) olan tan δ grafiğini verir. Tan δ
47
pikinin tepe noktası malzemenin camsı geçiĢ sıcaklığını (Tg) vermektedir [50].
Hazırlanan poliüretan filmlerin, depolama modülleri (E‟) ġekil 4.5‟de, kayıp
modülleri (E‟‟) ġekil 4.6‟de ve tan δ eğrileri ġekil 4.7‟da görülmektedir.
PU filmlerin E‟ değerleri incelendiğinde içerdiği polimer yapısında HY miktarı
arttıkça, E‟ eğrisinin camsı ve kauçukumsu platolar arasındaki fark arttığı için
malzemenin daha elastik hale geldiği sonucuna varılmıĢtır. Bu durum HY‟nın
yapısındaki alkil gruplardan kaynaklanmaktadır [47]. ġekil 3.1‟de HY‟nın
yapısındaki alkil grupları gösterilmektedir.
Kayıp modülü (E‟‟) grafiklerinde camsı bölgeden kauçuğumsu bölgeye geçerken
elde edilen eğrinin geniĢliği çapraz bağlanmanın homojenliği hakkında bilgi verir.
GeniĢ E‟‟ geçiĢlerine sahip malzemeler homojen olmayan bir çapraz bağlanma
gösterirler. Çapraz bağlanma yoğunluğu homojen olan malzemeler dik ve dar bir
geçiĢ eğrisi verirler. HY miktarının artmasıyla homojen çapraz bağ yoğunluğu artar.
Ayrıca, E‟‟ eğrilerinde keskin geçiĢler yüksek kimyasal dayanımı iĢaret etmektedir
[51]. ġekil 4.6‟de görüldüğü üzere PU filmlerin içerdiği HY miktarı arttıkça
kimyasal dayanım artmaktadır. PU filmlerin içerdiği HY miktarı arttıkça elastik
özelliği arttığı, buna paralel olarak da malzemenin darbe dayanımının arttığı
sonucuna varılabilir.
Çizelge 4.4‟de DMA verilerinden hesaplanan Tg değerleri verilmiĢtir. HY/PEG oranı
azaldıkça polimerin Tg değerinde düĢüĢ olduğu görülmektedir. HY temelli poliüretan
film için bulunan Tg değeri literatür (-16.9 oC) ile uyumludur [48].
Tan δ grafiklerindeki piklerin tepe noktaları HY/PEG oranındaki artma ile yüksek
sıcaklıklara kaymaktadır (ġekil 4.7). Bu veri literatür ile uyumludur. Bu etkinin
sebebi HY‟nın yapısında bulunan alkil zincirleriyle açıklanmaktadır [47]. Tan δ
piklerinin yüksekliği polimerde HY miktarı arttıkça artmaktadır (Çizelge 4.4). Tan δ
piklerinin yüksekliği malzemenin molekül zincirlerinin hareketliliği hakkında bilgi
verir. Tan δ pik yüksekliği arttıkça malzemenin yapısındaki moleküllerin zincir
hareketliliği artmaktadır [43,51]. Bu da HY‟nın yapısındaki alkil gruplarının polimer
zincirine yağlama etkisi yaptığı Ģeklinde açıklanabilir.
DMA sonuçları birlikte değerlendirildiğinde HY‟nın polimer yapısındaki miktarının
artması polimerin Tg‟sini ve zincir hareketliliğini arttırdığı sonucuna varılabilir.
Genellikle bir polimerde zincir hareketliliğinin artması Tg‟nin azalmasına neden olur.
48
Ancak HY‟nın yapısının özelliğinden dolayı bu çalıĢmada sentezlenen
poliüretanlarda çapraz bağlanma dolayısıyla zincir hareketliliği azalırken alkil
grupları zincir hareketliliğini arttırmaktadır.
Çizelge 4.4 : DMA verilerinden hesaplanan Tg değerleri.
Kod Tan δa Tg
b (
oC)
PU50 0.21 -22
PU60 0.22 -21
PU70 0.29 -20
PU90 0.42 -19
PU100 0.49 -12
a Tan δ pikinin yüksekliği.
b Tan δ pikinin maksimum olduğu sıcalık.
Şekil 4.5 : PU filmlerin depolama modülleri (E‟).
49
Şekil 4.6 : PU filmlerin kayıp modülleri (E‟‟).
Şekil 4.7 : PU filmlerin tan δ pikleri.
50
Tan δ pikinin geniĢ olması heterojen bir çapraz bağlanma olduğunu gösterir [51]. HY
miktarındaki artıĢ yapıda daha homojen bir çapraz bağlanma sağlamıĢtır.
Ek-C‟de sentezlenen tüm PU filmlerin ayrı ayrı DMA grafikleri verilmiĢtir.
Diferansiyel taramalı kalorimetre ve dinamik mekanik analiz sonuçlarından elde
edilen Tg değerleri (Çizelge 4.2 ve Çizelge 4.4.) farklılık göstermektedir. Bu farklılık
ölçüm yöntem farklılığı ile açıklanabilir. DSC ölçümlerinde numuneye yük
uygulanmadan ısıl analiz yapılırken DMA metodunda numuneye belirli bir yük
altındayken ısıl analiz yapılmaktadır.
4.2.6 Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi hesaplaması
Yüzey temas açısı (θ) ölçümü malzeme yüzeyinin hidrofilitesini ifade etmek
amacıyla polimerik biyomalzemelerde kullanılan yaygın test yöntemlerinden
biridir. Malzeme yüzeyinin hidrofil özelliği artarken yüzey temas açısı düĢmekte,
serbest yüzey enerjisi artmaktadır. Hazırlanan poliüretan filmlerin temas açıları
Çizelge 4.5‟de verilmiĢtir.
Çizelge 4.5 : Poliüretan filmlerin temas açısı ve serbest yüzey enerjisi değerleri.
Kod Açı (º) Serbest yüzey
enerjisi (mN/m)
PU 50 61±1 48±1
PU 60 64±2 46±2
PU 70 70±2 41±2
PU 90 86±2 32±2
PU 100 91±0.5 28±0.5
PEG‟in hidrofilik karakterinden dolayı, HY/PEG oranı azaldıkça temas açısı
düĢmektedir. Bu, PEG segmenti ile su molekülleri arasında hidrojen bağlarının
oluĢması ile açıklanabilir.
Dört farklı sıvı için ölçülen temas açısı değerleri kullanılarak, Fowkes eĢitliği ile
hesaplanan serbest yüzey enerjisi değerleri Çizelge 4.5‟de verilmiĢtir. Serbest
yüzey enerjisi değerleri literatüre uygun olarak temas açısı değerleri ile ters
orantılıdır [52].
51
4.2.7 Poliüretanların şişme davranışlarının incelenmesi
Poliüretan filmlerin % ĢiĢme oranları ġekil 4.8‟de gösterilmektedir. HY/PEG oranı
azaldıkça çapraz bağlanma yoğunluğu azaldığından poliüretan filmlerin ĢiĢme
oranlarında artıĢ gözlenmiĢtir.
Şekil 4.8 : Poliüretan filmlerin ĢiĢme oranları.
Yüksek ĢiĢme oranı polimerlerin biyolojik ortamlarda bozunmasını arttırmaktadır.
Çünkü, yüksek su adsorpsiyonunun bozunma hızı üzerinde etkisi büyüktür [53].
Biyolojik ortamda vucut sıvıları ile temas halinde olacak polimerik
biyomalzemelerin uzun ömürlü olması için ĢiĢme oranlarının yüksek olması
istenmemektedir. Ayrıca ĢiĢme oranı yüksek olan polimerler bu özelliklerinden
dolayı doku ve hücrelere zarar vermektedir.
4.2.8 Poliüretanların boşluk hacminin hesaplaması
PU50, PU70 ve PU100 kodlu numunelerin boĢluk hacimleri Çizelde 4.6‟da
verilmiĢtir. BoĢluk hacmi verilerinden polimerlerin gözenekliliği bilgisi direkt
olarak elde edilemese bile bir yaklaĢım yapılabilir. Buna göre PEG içeriğinin
artmasının malzemenin gözenekliliğini arttırdığı sonucuna varılabilir. PEG
literatürde por oluĢturucu ajan olarak kullanılmaktadır. Ayrıca film boyunca kütle
transferini ve difüzyonu da arttırmaktadır [46]. BoĢluk hacmi ıslanabilirliğin bir
ölçüsü olduğu için yüzey serbest enerjisine bağlı olarak da değerlendirilebilir.
BoĢluk hacmi arttıkça yüzey serbest enerjisi de artmaktadır [2].
52
Çizelge 4.6 : Filmlerin boĢluk hacmi değerleri.
Kod Boşluk hacmi 103 , (cm
3)
PU50 169.3
PU70 56.9
PU100 3.2
4.2.9 Poliüretanların gözeneklilik değerlerinin hesaplanması
PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin gözeneklilik değerleri
Çizelge 4.7‟de verilmiĢtir. PEG içeriği arttıkça poliüretan filmlerin gözeneklilik
değerleri artmaktadır. Literatürde PEG‟in por oluĢturucu ajan olarak kullanımı
bu sonucu doğrulamaktadır [46]. Gözeneklilik yapının artması ile filmlerin
toplam yüzey alanıda artmaktadır.
Çizelge 4.7 : Filmlerin gözeneklilik değerleri.
4.2.10 Gaz geçirgenliği sonuçları
PU50 ve PU100 kodlu filmlerin gaz geçirgenlik değerleri sırası ile 1.78 ve 0.99
Barrer olarak belirlenmiĢtir. Bu sonuçlar PU50 kodlu numune gözeneklidir
demek için yeterli değildir fakat aradaki yaklaĢık 2 katlık fark göz ardı
edilemez. Gözeneklilik, boĢluk hacmi ve gaz geçirgenliği verileri birlikte
değerlendirildiğinde PU50 kodlu polimerin daha gözenekli bir yapıya sahip
olduğu sonucuna varılabilir.
4.2.11 Poliüretanların jel içeriğinin hesaplanması
Üretilen tüm poliüretan filmlerin jel içerikleri ġekil 4.9‟de verilmiĢtir.
Poliüretan filmlerin HY/PEG oranı azaldıkça jel içeriği de azalmaktadır.
Kod Gözeneklilik
PU50 0.527
PU70 0.314
PU100 0.0237
53
Şekil 4.9 : PU filmlerin jel içeriği değerleri grafiği.
4.2.12 Poliüretanların yoğunluklarının hesaplanması
Poliüretanların yoğunluk değerleri ġekil 4.10‟da verilmektedir. HY/PEG oranı
artarken poliüretanların yoğunluğu düĢmektedir. Bu sonuç HY ve PEG
monomerlerinin yoğunluk farkıyla açıklanabilir. HY‟nın yoğunluğu 0.96
g/cm3, PEG‟in yoğunluğu 1.23 g/cm
3‟dür.
Şekil 4.10 : PU filmlerin yoğunluk değerleri grafiği.
54
4.2.13 İki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (Mc) ve çapraz
bağlanma yoğunluğunun (υc) hesaplanması
Çapraz bağlanma yoğunluğu (υc) ve iki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül
ağırlığı (Mc) Flory-Rehner eĢitliği kullanılarak, farklı çözücülerdeki ĢiĢme
ölçümlerinden yararlanılarak hesaplanmıĢtır. Bu değerler hesaplanmadan önce,
X12, polimer-çözücü arası etkileĢim parametresinin hesaplanması gereklidir.
X12‟nin hesaplanabilmesi için üretilen polimerlerin çözünürlük parametreleri
belirlenmiĢtir. Çözücülerin gözlenen ĢiĢme değerleri, çözünürlük parametre
teorisinin esası ile açıklanabilmektedir. Benzer benzeri çözer teorisine göre bir
çözeltide çapraz bağlı polimerin maksimum ĢiĢme gösterdiği çözücünün
çözünürlük parametresi polimerin çözünürlük parametresi olarak kabul edilir
[43].
ġekil 4.11‟da poliüretanların farklı çözücüler için denge ĢiĢme dereceleri ile
çözünürlük parametrelerinin grafiği gösterilmektedir. Bu çözücülerin çözünürlük
parametreleri; toluen 8.9 (cal/cm3)
1/2 ,aseton 9.9 (cal/cm
3)
1/2 , dioksan 10 (cal/cm
3)
1/2 ,
n-metil-2-pirolidon 11.3 (cal/cm3)
1/2 ,metanol 14.5 (cal/cm
3)
1/2 olmak üzere 8.9 ile
14.5 (cal/cm3)
1/2 arasında değiĢmektedir.
Şekil 4.11 : PU filmlerin Q-çözünürlük parametreleri grafiği.
55
Grafikten görüldüğü gibi n-metil-2-pirolidon tüm polimerler için maksimum
dengede ĢiĢme derecesine sahiptir. Bu nedenle polimerlerin çözünürlük
parametresi bu çözücününki ile aynı kabul edilebilir. Yani polimerlerin
çözünürlük parametresi 11.3 (cal/cm3)
1/2‟dir. Bu veri kullanılarak hesaplanan
değerler ġekil 4.12 ve ġekil 4.13‟de verilmiĢtir.
Şekil 4.12 : PU filmlerin Mc grafiği.
Şekil 4.13 : PU filmlerin νc grafiği.
ġekil 4.12 ve ġekil 4.13‟den de görüldüğü gibi HY/PEG oranı arttıkça υc değeri
artma ve Mc değeri azalma eğilimindedir. HY‟nın fonksiyonalitesi 2‟den büyüktür.
Bu nedenle polimerin çapraz bağlanma yoğunluğunu arttırmaktadır. Çapraz
bağlanma yoğunluğunun artması ile sık çapraz bağ oluĢumundan dolayı çapraz
bağlar arasındaki ortalama molekül ağırlığı azalmaktadır.
56
4.2.14 Hidroliz
ĠkiĢer haftalık periyotlarda 8 hafta boyunca sürdürülen hidroliz deneyleri
sonucunda PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmler için elde edilen %
ağırlık kayıpları ġekil 4.14‟de verilmiĢtir. Sekiz hafta sonunda % 2‟lik bir oran
ile en fazla ağırlık kaybına sahip olan numune, en yüksek oranda PEG içeren
PU50 kodlu numunedir. HY/PEG oranı arttıkça filmlerin % ağırlık kayıpları
azalmaktadır.
Şekil 4.14 : Poliüretan filmlerin hidroliz sonucu ağırlık kayıpları.
4.3 Plazma yüzey modifikasyonu
ÇalıĢmanın bu aĢamasında, protein adsorpsiyonu deneyleri için seçilen PU50, PU70
ve PU100 kodlu numuneler için plazma uygulaması ve plazma polimerizasyonu
iĢlemi gerçekleĢtirilmiĢtir. Seçimin bu Ģekilde yapılmasının sebebi HY ve PEG
içeriğinin ayrı ayrı maksimum olduğu numuneler (sırasıyla PU100 ve PU50) ile bu
iki değerin arasında PEG ve HY içeren bir örneği (PU70) incelemektir. Çizelge
4.8‟da PU filmlerin Ar ile yüzey aktifleĢtirme ve ardından peroksit oluĢumu için 20
dakika bekleme süresi sonunda temas açıları ile akrilik asit (AA) kaplamasından
sonraki temas açıları verilmiĢtir.
Filmlerin yüzeyinde Ar plazma uygulaması ile yüzey aktifleĢtirme ve temizleme
iĢlemi gerçekleĢtirilmektedir. Bu iĢlem, yüzeyde kovalent bağların kırılması ile
serbest radikallerin oluĢturulması Ģeklinde gerçekleĢir. Yüzeyde oluĢturulan serbest
radikaller havanın oksijeni ile reaksiyona girerek –OH ve –OOH gibi polar grupların
57
oluĢmasına sebep olur. Dolayısıyla, Ar plazma poliüretan filmlerin hidrofil
özelliğinin artmasını sağlamıĢtır [46]. Ar plazma uygulamasının yüzeyin hidrofilik
ya da hidrofobik özelliğinde değiĢime sebep olmayacağı beklenirken, uygulama
sonrasında atmosferik oksijene maruz bırakılan numune yüzeyinde bulunan
radikallerin oksijen ile reaksiyonu yüzeyin hidrofilik özelliğinin artmasını sağlamıĢtır
[34].
Çizelge 4.8 : Poliüretan filmlerin plazma uygulaması öncesi ve sonrası temas
açıları .
Kod
Temas açısı (oC)
Plazma öncesi
Ar+ 20 dakika havada
bekleme sonrası
AA kaplaması
sonrası
PU50 61 24 40
PU70 68 29 41
PU100 91 31 42
AA plazma sonrası yüzeyde poliakrilik asit ince bir film olarak oluĢturulduğundan
poliüretan filmler nispeten daha az hidrofilik özellik göstermektedir. Klasik
yöntemlerle sentezlenen poliakrilik asit filminin temas açısı 43o±3‟dür [54]. Bu
çalıĢmada da AA kaplaması sonrası elde edilen açı değerleri literatürdeki veriye
uygundur.
Ar plazma uygulaması sonrasında yüzeyin hidrofilik karakterinde meydana gelen
değiĢim kalıcı değildir. Zamanla plazma yüzey modifikasyonu etkisini kaybeder ve
yüzey önceki yapısına geri döner [44]. AA monomeri ile plazma polimerizasyonu
yapılan poliüretan filmlerin temas açıları değiĢmemektedir. Bu da plazma
polimerizasyonu ile elde edilen ıslanma özelliğinin daha kalıcı olduğunu
göstermektedir.
4.4 Protein adsorpsiyonu verilerinin değerlendirilmesi
Plazma öncesi ve AA kaplanmıĢ PU50, PU70 ve PU100 filmlerin adsorpladıkları
BSA ve BSF proteinlerinin miktarı ġekil 4.15 ve ġekil 4.16‟deki grafiklerde
gösterilmektedir. Protein çözeltisine daldırılan tüm örneklerin protein adsorpsiyonu
miktarları 10 dakika sonunda maksimum seviyeye ulaĢmıĢtır. Bu nedenle bu süre
protein adsorpsiyonu için optimum süre olarak belirlenmiĢtir.
58
AA kaplamasından sonra yüzey hidrofilliği ve yüzey pürüzlülüğü arttığı için
literatüre de uygun olarak her iki protein için de plazma polimerizasyonu uygulaması
sonrasında adsorplanan protein miktarı düĢmektedir. Sentezlenen filmlerin akrilik
asit kaplamadan önce, kapladıktan sonra ve protein adsorpsiyonundan sonraki yüzey
pürüzlülükleriyle ilgili veriler ileride tartıĢılacaktır. Genellikle, hidrofilliğin ve yüzey
pürüzlülüğünün artması ile polimerlerin protein adsorplama eğilimlerinin azaldığı
bilinmektedir [21,30].
Şekil 4.15 : BSA proteini adsorpsiyon grafiği.
59
Şekil 4.16 : BSF proteini adsorpsiyon grafiği.
Plazma uygulaması öncesinde PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin
protein adsorplama miktarı karĢılaĢtırıldığında hidrofilik karakterin artması ile
adsorplanan protein miktarının arttığı görülür. Literatürdeki çalıĢmaların büyük bir
kısmında hidrofilikliğin artmasının protein adsorpsiyonunun düĢmesine neden
olduğu bildirilmiĢtir [5]. Yapılan bazı çalıĢmalarda ise polimer filminin pürüzlü
yapısının protein adsorpsiyonunda çok etkili olduğu gösterilmiĢtir [5]. Bu çalıĢmada
sentezlenen poliüretan filmler için elde edilen temas açısı, gaz geçirgenliği, boĢluk
hacmi ve gözeneklilik verileri birlikte değerlendirildiğinde aĢağıdaki sonuçlara
varılabilir.
1.PEG/HY oranı arttıkça polimerin boĢluk hacmi ve gözenekliliği artmaktadır.
Bu da gaz geçirgenliğinin artmasına neden olmaktadır.
2.Plazma öncesinde farklı temas açılarına (PU50, PU70, PU100 için sırasıyla 61,
68, 91) dolayısıyla farklı hidrofiliteye sahip filmler, AA ile kaplanınca hemen
hemen aynı hidrofiliteye sahip olmaktadırlar. Plazma öncesinde filmlerin
protein adsorpsiyonları artan hidrofillikle artarken, plazma sonrasında aynı
hidrofilliğe (yani aynı temas açısına) sahip her 3 filmde de protein
adsorpsiyonu polimerdeki PEG oranının artmasıyla artmaktadır.
60
Bu sonuçlara göre polimerdeki PEG miktarı arttıkça pürüzlü yapının arttığı bunun da
protein adsorpsiyonunu arttırdığı sonucuna varılabilir. Polimer film yüzeyinin
pürüzlülüğü verileri de bu olayı açıklamaya yardımcı olmaktadır. Bu nedenle yapılan
AFM çalıĢmasının sonuçları ile ligili bölümde tartıĢılacaktır.
Yüzeylere adsorplanan protein miktarları incelendiğinde aynı film yüzeyi için
adsorplanan BSA miktarının BSF‟ye göre 4-5 kat fazla olduğu görülür. Bu veri her
iki proteinin molekül ağırlığı ile açıklanabilir. BSA‟nın molekül ağırlığı 65 kDa,
BSF‟ninki 340 kDa‟dur. Her iki proteinin molekül ağırlıkları oranı 5.2‟dir
Literatürde poliüretan yüzeyler için BSA ve BSF adsorpsiyonları incelendiğinde bu
4-5 katlık oranı görmek mümkündür [21].
4.5 Filmlerin yüzey topoğrafyası
4.5.1 AFM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi
ġekil 4.17 ve 4.18‟da PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmler için iĢlem görmemiĢ,
plazma yüzey modifikasyonu (50W, 2dakika Ar + 50W, 5 dakika AA) sonrasında ve
plazma sonrası BSA ve BSF adsorplamıĢ filmlerin AFM görüntüleri verilmektedir.
AFM ile yürütülen çalıĢmada elde edilen veriler değerlendirildiğinde, PU50 ve
PU100 kodlu poliüretan filmlere uygulanan plazma yüzey modifikasyonunun yüzey
topoğrafyasında meydana getirdiği değiĢimler saptanabilmektedir. Daha önce yapılan
bir çalıĢmada PU50 ve PU100 kodlu filmlerin yüzey pürüzlülükleri sırasıyla 117±10
ve 7±2 nm olarak belirlenmiĢtir [42]. Bu çalıĢmada AA kaplı PU50 ve PU100
filmlerin yüzey pürüzlülükleri sırasıyla 150±10 ve 203±15 nm olarak bulunmuĢtur.
Plazma yüzey modifikasyonu yüzey pürüzlülüğününün artmasına sebep olmaktadır.
Bu etki, yüzeyde oluĢturulan poliakrilik asit katmanlarının çapraz bağlanmasının
sonucu olarak ortaya çıkmaktadır [44]. PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin
plazma öncesi yüzey pürüzlülüğü değerleri arasındaki belirgin fark PEG‟in pürüzlü
yapıya neden olmasıyla açıklanabilir [42]. Yüzeyin poliakrilik asit kaplanmasından
sonra PU50 kodlu filmin pürüzlülüğü yaklaĢık %28 artarken, PU100 kodlu filmde
pürüzlülük %280 artmıĢtır. Elde edilen sonuçlar yüzey pürüzlülüğünün artmasına
neden olan poliakrilik asit kaplamasının PU100 kodlu poliüretan filmde daha etkili
olduğunu göstermektedir. Yüzeyde oluĢturulan serbest radikal deriĢimine bağlı
olarak değiĢen PU50 ve PU100 kodlu poliüretan film yüzeylerinde farklı topoğrafik
61
yapıda film oluĢumu meydana geldiği söylenebilir. PU50 ve PU100 filmlerinin Ar
plazma sonrasında yüzeylerinde oluĢan serbest radikal merkezlerin deriĢimiyle ilgili
bir veri olmamakla birlikte PU100 kodlu filmde plazma sonrası temas açısı
düĢmesinin PU50‟ye göre daha fazla olması yüzeyinde daha fazla serbest radikal
oluĢumu Ģeklinde açıklanabilir.
AA kaplı PU50 ve PU100 kodlu filmlere BSA adsorpsiyonu sonucu yüzeyde
meydana gelen değiĢiklik incelendiğinde; PU50+AA+BSA ve PU100+AA+BSA
kodlu filmin pürüzlülükleri 221±15 ve 225±12 nm olarak belirlenmiĢtir. AA kaplı
PU50 ve PU100 kodlu filmlere BSF adsorpsiyonu sonucu yüzeyde meydana gelen
değiĢiklik incelendiğinde; PU50+AA+BSF ve PU100+AA+BSF kodlu filmin
pürüzlülükleri 455±20 ve 433±20 nm olarak belirlenmiĢtir. Her iki film, protein
adsorpsiyonundan sonra yaklaĢık aynı pürüzlülük değerine sahiptir. Tüm AFM
verilerinden elde edilen pürüzlülük değerleri Çizelde 4.9‟da verilmiĢtir.
Çizelge 4.9 : Poliüretan filmlerin AFM ile belirlenen yüzey pürüzlülük değerleri.
Kod
Pürüzlülük
(nm) Kod
Pürüzlülük
(nm)
PU50 117±10 PU100 7±2
PU50+AA 150±10 PU100+AA 203±15
PU50+AA+BSA 221±15 PU100+AA+BSA 225±12
PU50+AA+BSF 455±20 PU100+AA+BSF 433±20
AA kaplı film yüzeylere BSF adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey pürüzlülüğü, BSA
adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey pürüzlülüğünden yaklaĢık 2 kat daha fazladır. Bu
durum BSF proteininin moleküler yapısının büyük olmasıyla açıklanabilir.
62
Şekil 4.17 : PU50 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme BSA
adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM
görüntüleri.
63
Şekil 4.18 : PU100 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı (c) AA kaplı filme BSA
adsorpsiyonu (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM
görüntüleri.
64
4.5.2 SEM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi
Tüm SEM görüntüleri PU50 ve PU100 kodlu poliüertan filmler ve bu filmlerin
modifikasyonlara uğramıĢ durumları için alınmıĢtır.
ġekil 4.19 (a)‟da PU100 kodlu numunenin SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde
bulunan küçük parçacıklar kirlilik olarak tanımlanabileceği gibi yüzey
morfolojisinden de kaynaklanabilmektedir. ġekil 4.19 (b)‟de AA kaplı PU100
filminin fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde oluĢan kabarcık Ģeklindeki yapılar AA
kaplamasından kaynaklanmaktadır [44]. ġekil 4.19 (c)‟de AA kaplı PU100 filmi
üzerine BSA adsorpsiyonu sonucu oluĢan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir.
Yüzeyde oluĢan yapılar BSA proteini yapıları olarak belirlenmiĢtir. ġekil 4.19 (d)‟de
AA kaplı PU100 filmi üzerine BSF adsorpsiyonu sonucu oluĢan poliüretanın SEM
fotoğrafı görülmektedir. Görüntüde seyrek olarak belirlenen yapılar BSF olarak
adlandırılabilir ve literatürdeki kristal fibrinojen görüntüleri ile uyuĢmaktadır [47].
ġekil 4.19 (e)‟de modifiye edilmemiĢ PU100 film yüzeyine BSA adsorpsiyonu
sonucu oluĢan yapının SEM fotoğrafı görülmektedir. ġekil 4.19 (c) ile
karĢılaĢtırıldığında AA kaplaması sonucu azalan protein miktarı görüntülerden de net
olarak görülmektedir. ġekil 4.19 (f)‟de BSF adsorpsiyonu sonucu oluĢan modifiye
edilmemiĢ poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. ġekilde görülen yapılar BSF
olarak belirlenmiĢtir ve AA kaplı filmde az olan yapılar, AA kaplı olamayan filmde
daha çoktur. Yapıların daha büyük görülmesinin sebebi ise yan yana dizilmiĢ
proteinlerin tek bir protein gibi görünmesi olabilir.
ġekil 4.20 (a)‟da PU50 kodlu numunenin SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeydeki
girintili çıkıntılı tapografik yapı Ģekilden görülmektedir. PU100 ve PU50 kodlu
numuneler kıyaslandığında PU50 kodlu numunenin daha pürüzlü bir yüzeye sahip
olduğu görülmektedir. ġekil 4.20 (b)‟de AA kaplı PU50 filminin fotoğrafı
görülmektedir. Yüzeyde kaplama sonucunu meydana gelen pürüzlülük artıĢı, Ģekilde
girinti ve çıkıntıların yüksekliklerinin artması ile fark edilmektedir. ġekil 4.20 (c)‟de
AA kaplı PU50 filmi üzerine BSA adsorpsiyonu sonucu oluĢan poliüretanın SEM
fotoğrafı görülmektedir. Yüzeydeki pürüzlü görüntü kaybolmuĢtur. Bunun nedeni
BSA proteini sadece yüzeye adsorplanmayıp aynı zamanda yüzeydeki boĢlukları da
doldurması olarak yorumlanabilir. ġekil 4.20 (d)‟de AA kaplı PU50 filmi üzerine
BSF adsorpsiyonu sonucu oluĢan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. BSF
proteini yapıları PU100 kodlu numunede olduğu gibi net görülmemiĢtir. Bunun
65
sebebi ise PU50+AA kodlu numuneye adsorplanan BSF miktarı 3 mg/cm2‟dir.
Adsorplanan proteinlerin pürüzlü bölgelerde adsorplandığı ve boĢlukların
doldurulduğu düĢünülmektedir. ġekil 4.20 (e) ve ġekil 4.20 (f)‟de görüldüğü gibi
AA kaplanmayan yüzeylerdeki protein adsorpsiyonu daha fazla görülmektedir.
Yüzeyde daha sıkı ve çok oryantasyon görülmektedir.
Şekil 4.19 : (a) PU100 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme
BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, (e) PU100
kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU100 kodlu filme BSF
adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri.
66
Şekil 4.20 : (a) PU50 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme
BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF asorpsiyonu, (e) PU50
kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU50 kodlu filme BSF
adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri.
4.5.3 X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS)
Çizelge 4.10‟de PU100 kodlu poliüretan film, AA kaplı PU100 poliüretan film
ve AA kaplı PU100 poliüretan filme BSF adsorplanmıĢ numunelerin XPS
analiz sonuçları verilmektedir. Çizelgedeki C, O ve N sırasıyla karbon, oksijen
ve azot elementlerini temsil etmektedir.
PU100 ve PU100+AA numuneleri karĢılaĢtıracak olursak; AA kaplamasından sonra
akrilik asitin yapısından kaynaklı –COOH gruplarından dolayı yüzeydeki O
miktarında artma, film yüzeyindeki ana karbon zincirleri ve üretan gruplarından
kaynaklı N, kaplama ile örtüleceği için C ve N miktarında azalma beklenmektedir.
Veriler bu beklentiyi doğrulamaktadır.
67
PU100+AA ve PU100+AA+BSF numunelerini karĢılaĢtıracak olursak; protein
yapısındaki aminoasit zincirlerinden dolayı proteinler bol miktarda N
içermektedirler. Bu nedenle BSF adsorpsiyonundan sonra yüzeyde belirgin bir
Ģekilde N miktarı artmıĢtır. Protein zincirleri poliüretan gibi C zincirinden
oluĢtuğu için akrilik asit kaplı film BSF adsorpladıktan sonra C içeriği
artmıĢtır.
Çizelge 4.10 : PU100 kodlu poliüretan filmin; orijinal hali, AA kaplaması sonrası
ve AA kaplamasından sonra BSF adsorpsiyonlu halinin XPS verileri.
Kod C (%) O (%) O/C (%) N (%) N/C (%)
PU100 74.4 22.2 0.33 3.03 0.04
PU100+AA 61.9 34.6 0.62 2.822 0.058
PU100+AA+BSF 69 25.5 0.42 5 0.08
4.6 Sitotoksisite, hücre yapışması ve üremesi
PU100 ve PU50 kodlu poliüretan numunelerinin hücre testi sonuçları ġekil 4.21 ve
ġekil 4.22‟de verilmiĢtir. Hücre ekiminden sonra 4. saat, 24. saat ve 48. saat sonunda
görüntüler alınmıĢtır. Bu görüntüler kontrol (poliüretan numunelerin bulunmadığı,
sadece hücrelerden oluĢan ortam) ile kıyaslanmaktadır.
PU100 kodlu numune için ilk 4 saatin sonunda, kontrol hücre görüntülerine en
yaklaĢan örnek PU100+AA+BSA olmuĢtur. Diğer numuneler için net bir kıyaslama
yapmak söz konusu olmasa bile, PU100+AA+BSF numunesinin 4 saat sonunda en az
hücre sayısına sahip olduğu söylenebilir. Asıl hücre büyümeleri 24 saatin sonunda
gerçekleĢmiĢtir. ġekil 4.21‟de de görüldüğü gibi, 24. saat sonunda kontrol hücre
görüntülerine en yakın poliüretan filmler PU100+AA (daha geniĢ bir alanı kapsadığı
için) ve PU100+AA+BSF kodlu örneklerdir. PU100+AA+BSA kodlu numunede 24
saatin sonunda kontrol hücre görüntülerine yakın görüntüye sahiptir. Fakat 24 saatin
sonunda PU100 kodlu numunede hücre görüntüleri diğer numunelere oranla daha az
görünmektedir. Son olarak 48 saat sonundaki hücre görüntüleri incelendiğinde
PU100 kodlu numunedeki hücre sayısının azaldığı gözlemlenmiĢtir. Diğer
numunelerde ise hücre yoğunluğundaki artıĢ fark edilmektedir.
68
PU50 kodlu numune için ilk 4 saatin sonunda, kontrol hücre sayısından çok daha az
hücre yoğunluğu gözlenmektedir. PU50+AA+BSF kodlu örnekte hücrelerin
yapıĢmasının diğer numunelere kıyasla daha az oranda gerçekleĢtiği ve hücrelerin
morfolojik olarak daha az yayıldıkları gözlenmiĢtir. Diğer numuneler arasında
belirgin bir fark saptanamamıĢtır. ġekil 4.22‟de de görüldüğü gibi 24 saatin sonunda
kontrol hücre ile kıyaslandığında sadece PU50+AA+BSF kodlu numunenin hücre
yoğunluğunda artıĢ gözlemlenmiĢ, diğer numunelerde belirgin bir fark
saptanmamıĢtır. Bununla birlikte PU50+AA kodlu numunenin görüntülerinde 24
saatin sonunda biraz hücre artıĢı olduğu tespit edilmiĢtir. PU50+AA+BSF kodlu
numunenin hücre yoğunluğu kontrol hücredeki yoğunluğa yaklaĢık olarak eĢit
miktarda gözükmektedir. Son olarak 48 saatin sonunda ise tüm numunelerde 24 saate
oranla hücre artıĢı olduğu saptanmıĢtır. Fakat hücre yoğunluğu kontrol grubunun
yoğunluğundan daha azdır.
Her iki poliüretan numune ve bu numunelerin yüzey modifikasyonlu serileri için
genel bir yorum yapacak olursak, en fazla hücre üreme 24 saatin sonunda
gerçekleĢmiĢtir. Ayrıca en fazla hücre büyümesi ve bu hücrelerin en yoğun
tutunduğu numune serisi PU100 kodlu poliüretan numunedir.
69
Şekil 4.21 : PU100 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıĢmalarının ıĢık
mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme).
70
Şekil 4.22 : PU50 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıĢmalarının ıĢık mikroskobu
görüntüleri (X10 büyütme).
71
PU100 ve PU50 kodlu poliüretan film yüzeylerinde 24 saatlik inkübasyon sonunda
elde edilen hücre büyüme yüzdeleri sırası ile ġekil 4.23 ve ġekil 4.24‟de verilmiĢtir.
Şekil 4.23 : PU100 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi.
Şekil 4.24 : PU50 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi.
PU100 kodlu numune için, kontrol ile kıyaslandığında en fazla hücre büyümesi, AA
polimerizasyonu sonrasında yüzeye protein adsorplamıĢ numuneler için olmuĢtur.
PU100 kodlu numunenin saf hali için ise en az hücre büyümesi tespit edilmiĢtir.
PU100 kodlu numune serisi için hücre büyümesi testlerinin 24 saat sonundaki
72
görüntüleri ile de değerlendirme yapılacak olursa, görüntülerde PU100+AA+BSA ve
PU100+AA+BSF kodlu numunelerin yüzeylerinde oluĢan hücre yoğunluğu fazla
görünmektedir.
PU50 kodlu numune için, kontrol ile kıyaslandığında, PU100 kodlu numunelerde
olduğu gibi, en fazla hücre büyümesi, AA polimerizasyonu sonrasında yüzeye
protein adsorplamıĢ numuneler için olmuĢtur.
Sitotoksisite ve hücre büyümesi sonuçları ortak olarak değerlendirildiğinde,
görüntüler ve % proliferasyon değerleri birbirini destekler niteliktedir. Hem
sitotoksisite test sonuçları hem de hücre yapıĢması deneyleri dikkate alındığında
PU100 grubunun diğer gruba oranla daha üstün olduğu söylenebilir. Ayrıca her iki
grubun BSA ve BSF grupları kontrollerine oranla daha etkin gözükmektedir.
Hücrelerin bu gruplarda daha iyi yapıĢtıklarını söylemek mümkündür.
73
5. SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu çalıĢmada, PEG ve HY temelli, tek adımlı kütle polimerizasyonu ile alifatik
diizosiyanat olan HDI ve difonksiyonel zincir uzatıcı olarak BDO kullanılarak
çözücü ve katalizör kullanılmaksızın medikal saflıkta poliüretan filmler
sentezlenmiĢtir. Sentezlenen polimerler, su ve organik çözücülerde çözünmez
haldedirler. Petrol kökenli kaynaklara alternatif olarak, yenilenebilir ve bitkisel bir
kaynak olan HY kullanılarak medikal saflıkta poliüretanlar sentezlenmiĢtir.
TGA verilerini incelendiğinde, polimer yapısındaki PEG miktarı azalıp HY miktarı
artarken ilk bozunma sıcaklıkları artmaktadır. Bunun nedeni, HY kaynaklı ester
grupların yüksek sıcaklıkta nispeten kararlı bir yapı sağlamasıdır. PEG temelli
poliüretan filmin ısıl kararlılığı diğer filmlere göre daha düĢüktür.
DMA verilerinden, sentezlenen polimerlerde HY/PEG oranındaki azalıĢın poliüretan
filmlerin sertliğini arttırdığı sonucuna varılmıĢtır. PU filmlerin içerdiği HY miktarı
arttıkça malzeme daha elastik hale gelmektedir. Bu durum HY‟nın yapısında bulunan
uzun alkil zincirlerden kaynaklanmaktadır. HY miktarının artması homojen çapraz
bağ yoğunluğunun ve camsı geçiĢ sıcaklığının artmasına neden olmuĢtur. Bunun
nedeni, HY‟nın polimerizasyon reaksiyonunda fonksiyonelitesinin 2.66 olması
dolayısıyla çapraz bağa neden olmasıyla açıklanabilir.
Sentezlenen polimerlerde HY/PEG oranındaki artıĢ poliüretan filmlerin camsı geçiĢ
sıcaklılıklarının artmasına sebep olmuĢtur. Bunun nedeni HY‟nın amorf yapıda
olması ve polimer yapısında çapraz bağlanmalara neden olmasıyla açıklanabilir.
HY/PEG oranı arttıkça çapraz bağlanma yoğunluğu değeri artma ve iki çapraz bağ
arasındaki ortalama molekül ağırlığı değeri azalma eğilimindedir. HY‟nın
fonksiyonalitesi 2‟den büyüktür ve polimerin çapraz bağlanma yoğunluğunu
arttırmaktadır. Çapraz bağlanma yoğunluğunun artması ile sık çapraz bağ
oluĢumundan dolayı çapraz bağlar arasındaki ortalama molekül ağırlığı azalmaktadır.
74
HY/PEG oranı düĢük, yani çapraz bağlanma yoğunluğu düĢük olan po limerlerin
daha fazla ĢiĢtiği görülmektedir. Yüksek ĢiĢme oranı polimerlerin biyolojik
ortamdaki bozunmasını arttırdığı için uzun ömürlü olması beklenen uygulamalarda
tercih edilmez. Aynı zamanda poliüretan filmlerin HY miktarı arttıkça jel içeriği de
artmaktadır.
PEG‟in hidrofilik karakterinden dolayı, HY/PEG oranı azaldıkça temas açısı
düĢmektedir. Bu durum PEG segmenti ile su molekülleri arasındaki H bağları
etkileĢimlerinden kaynaklanmaktadır. Temas açısı değerlerinin tam tersi olarak da
HY/PEG miktarı azaldıkça yüzey serbest enerjisi artmaktadır.
HY yoğunluğu 0.96 g/cm3, PEG‟in yoğunluğu 1.23 g/cm
3 olduğu için HY/PEG
oranı artarken poliüretanların yoğunluğu düĢmektedir.
Poliüretan filmlerin gözeneklilikleri ile ilgili fikir edinilmek amacıyla
hesaplanan boĢluk hacmi ve gözeneklilik verileri değerlendirildiğinde; PEG
içeriğinin artması yapıdaki boĢluk hacminin ve gözenekliliği arttırdığı
belirlenmiĢtir. Polimerde PEG içeriği arttığında daha pürüzlü filmlerin elde
edildiği AFM çalıĢmalarıyla belirlenmiĢtir.
Hidroliz deneyleri incelendiğinde, HY/PEG oranı yüksek olan numunenin sulu
ortama direncinin daha yüksek olduğu belirlenmiĢtir. Bu durum hint yağının
yapısından kaynaklanmaktadır. En fazla ağırlık kaybına % 2 ile PU50 kodlu
film uğramıĢtır.
XRD sonuçları ile poliüretan yapıların kristaliniteleri hakkında bilgi edinilmiĢtir.
Buna göre PEG kristal yapısından dolayı, HY/PEG oranı düĢen yani PEG içeriği
artan poliüretan filmlerin kristaliniteleri artmaktadır.
Plazma yüzey modifikasyonunun ilk aĢamasında, PU filmlerin yüzeyinde Ar plazma
uygulaması ile yüzey aktifleĢtirme ve temizleme iĢlemi gerçekleĢtirilmiĢ daha sonra
filmler AA ile kaplanmıĢtır. AA kaplamasından sonra filmlerin temas açılar 43±3o
C
değerinde sabitlenmiĢtir.
Protein adsorpsiyonu verileri incelendiğinde; AA kaplamasından sonra yüzey
hidrofilliği ve yüzey pürüzlülüğü arttığı için her iki protein için de plazma
polimerizasyonu uygulaması sonrasında adsorplanan protein miktarı düĢmektedir.
Plazma uygulaması öncesinde ve sonrasında PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan
75
filmlerin protein adsorplama miktarı karĢılaĢtırıldığında hidrofilik karakterin artması
ile adsorplanan protein miktarının azalması beklenmektedir. Ancak bu çalıĢmada
beklenilenin tam aksine hidrofilik karakterin artması ile adsorplanan protein miktarı
artmıĢtır. Elde edilen bu sonuçlar, poliüretan filmlerin protein adsorpsiyonunun
hidrofilik karakterden daha çok gözenekli ya da porlu yapısına bağlı olduğunu
göstermektedir.
Yüzeylere adsorplanan BSA miktarı/BSF miktarı yaklaĢık 4-5 civarındadır.
Literatürlede uyumlu olan bu sonuç proteinlerin büyüklükleri ile iliĢkilendirilebilir.
Bu çalıĢma kapsamında proteinlerin yüzeye adsorplandığı optimum zaman 10 dakika
olarak belirlenmiĢtir.
Plazma yüzey modifikasyonunun, yüzey pürüzlülüğünün artmasına sebep olduğu
AFM çalıĢmasıyla görülmüĢtür. Bu etki, yüzeyde oluĢturulan poliakrilik asit
katmanlarının çapraz bağlanmasının sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. PU50 ve
PU100 kodlu poliüretan filmlerin plazma öncesi yüzey pürüzlülüğü değerleri
arasındaki belirgin fark PEG‟in pürüzlü/gözenekli yapıya neden olmasıyla
açıklanabilir. Yüzeyin poliakrilik asit kaplanmasından sonra PU50 kodlu filmin
pürüzlülüğü %28 artarken, PU100 kodlu filmde pürüzlülük ‰280 artmıĢtır. Elde
edilen sonuçlar yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olan poliakrilik asit
kaplamasının PU100 kodlu poliüretan filmde daha etkili olduğunu göstermektedir.
AA kaplı PU50 ve PU100 kodlu filmlere BSA adsorpsiyonu sonucu yüzeyde
meydana gelen değiĢiklik incelendiğinde; protein adsorpsiyonundan sonra PU100
kodlu filmin yüzey pürüzlülük değerleri PU50 kodlu filme göre çok daha fazla arttığı
belirlenmiĢtir. Bu durumda PU100 kodlu film yüzeyine adsorplanan protein miktarı
daha fazla olması gerekmektedir. Fakat protein adsorpsiyonu deneylerinde elde
edilen sonuçlar bunun tam tersini ifade etmektedir. Protein adsorpsiyonu verilerinde
elde edilen değerlerde PU50 kodlu filmin daha fazla protein adsorpladığı
bilinmektedir. Fakat oradada ifade edildiği gibi PU50 kodlu filmin gözenekliliği veya
pürüzlülüğü yüksek olduğundan adsorplanan protein sadece yüzeye değil aynı
zamanda bu gözenek yüzeylerine de adsorplanabilir. Dolayısıyla protein adsorplama
miktarı yüzey alanı geniĢliğinden dolayı yüksek gözükebilir fakat AFM verilerinden
de görüldüğü gibi yüzeye adsorplanan protein miktarı PU100 kodlu filmde daha fazla
çıkmaktadır. AA kaplı film yüzeylere BSF adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey
pürüzlülüğü, BSA adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey pürüzlülüğünden yaklaĢık 2 kat
76
daha fazladır. Bu durum BSF proteininin moleküler yapısının büyük olmasıyla
açıklanabilir.
Sitotoksisite ve hücre yapıĢması ve üremesi deney sonuçları incelendiğinde
iĢlenmemiĢ poliüretan numune, AA kaplı poliüretan numune, AA kaplı poliüretan
numune üzerine BSA adsorplanmıĢ ve AA kaplı numune üzerine BSF adsorplanmıĢ
numuneler karĢılaĢtırıldığında, en çok hücre yapıĢması ve büyümesinin gözlendiği
numuneler yüzeyine protein adsorplanmıĢ numuneler olarak belirlenmiĢtir. Proteinler
arasında bir kıyaslama yapıldığında ise BSF adsorbe olmuĢ yüzeye hücre yapıĢması
ve üremesi daha etkindir. PU50 ve PU100 kodlu numuneler kıyaslandığında ise
PU100 grubunun PU50 grubuna göre hücre yapıĢması ve üremesi açısından daha
üstün olduğu söylenebilir. Ayrıca PU50 kodlu numunenin sulu ortamda yüksek ĢiĢme
oranları deneyleri olumsuz etkilemiĢtir.
Poliüretan malzeme yüzeyine protein adsorpsiyonu sonrasında, proteinin yapısından
kaynaklı azot miktarının artıĢı XPS verileri ile analiz edilmiĢtir.
Elde edilen tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde çalıĢmada, vücut içi
biyomalzeme olarak kullanılacağı durumda;
Yenilebilir ve bitkisel temelli poliol kaynağı ile üretilen,
Sulu ortamda ĢiĢme değerleri düĢük,
Yüksek mekanik ve fiziksel özellikleri,
Yüzeye yüksek hücre yapıĢması ve üremesi,
gösteren PU100+AA+BSA ve PU100+AA+BSF kodlu poliüretan filmlerin
biyomalzeme olarak kullanılabileceği sonucuna varılır.
Vücut dıĢı biyomalzeme olarak kullanılacağı durumda;
OluĢabilecek eksuda sıvısını (yara sıvısı) absorbe edebilecek,
Isı ve sıvı kaybını önleyebilecek,
Sıcak ve nemli bir ortam oluĢturabilecek,
Yarı geçirgen özellik gösterebilecek,
PU50 ve PU100 kolu filmin birlikte kullanılmak suretiyle tasarlandığı filmler
kullanılabilir.
77
KAYNAKLAR
[1] Özalp, Y. ve Özdemir, N., 1996: Biyomateryaller ve Biyouyumluluk. Ankara
Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Dergisi. Cilt: 25, Sayı:2, s. 57-72.
[2] Pulat, M., 1990: Poliüretan Membranların Fizikokimyasal Özelliklerinin
Belirlenmesi ve Biyolojik UyuĢabilirliklerinin Ġncelenmesi. Doktora
Tezi, Marmara Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul.
[3] Sarsılmaz, F. ve Sarsılmaz, C., 2003: Ortopedide Kullanılan Polimer Esaslı
Kompozit Malzemeler. Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları. Sayı: 3.
[4] Aksoy, A.E., Hasırcı V., Hasırcı N., 2008: Surface Modification of
Polyurethanes with Covalent Immobilization of Heparin. Macromol.
Symp. Vol. 269, pp. 145-153.
[5] Vermette, P., Griesser, H.J., Laroche G., and Guidoin R., 2001: Biomedical
Applications of Polyurethanes. Artificial Organs
[6] Yeganeh, H., ve Talemi P.H., 2007: Preparation and properties of novel
biodegradable polyurethane networks based on cator oil and poly
(ethylene glycol). Science Direct. Vol. 92, pp. 480–489.
[7] Vardar, E., Endoğan T., Kızıltay A., Hasırcı V., Hasırcı N., 2009: Oksijen
plazmasının PLGA filmlerinin yüzey özellikleri ve biyouyumluluğu
üzerindeki etkisi . Tübitak TBAG NanoBiomat projesi.105T508.
[8] Özdemir,Y., 2001: Surface Modification and Biocompatibility Studies of
Polyurethane Membranes, Master Thesis, Middle East Technical
University, Ankara.
[9] Durmaz, T., Erkut, S., Çökeliler D., 2009: Kompozit Biyomalzeme Mekanik
Performansının Plazma Polimerizasyonu Tekniği ile GeliĢtirilmesi.
14. Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Toplantısı (BİYOMUT 2009.
BaĢkent Üniversitesi, Ankara
[10] Gümüşderelioğlu M., 2002: Biyomalzemeler, Bilim ve Teknik, Sayı: Temmuz
2002. pp. 2-23.
[11] Dee, K.C., Puleo D.A., Bizios R., 2002.Tissue-Biomaterial Interactions.
Academic Press. San Diego. pp.1-12
[12] Pasinli, A., 2004: Biyomedikal Uygulamalarda Kullanılan Biyomalzemeler.
Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi. Vol. 4, pp. 25-34.
[13] http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2005/May/biomed_polymers.asp>, ,
alındığı tarih 25.03.2011.
78
[14] Wang, Y.X., Robertson, J.L., Spillman, W.B. and Claus, R.O., 2004: Effect
of the Chemical Structure and the Surface Properties of Polymeric
Biomaterials on Their Biocompatibility. Pharmaceutical Research.
Plenum Publishing Corporation Vol. 21, pp. 1362-1373
[15] Lamba, N.M.K., Woodhouse, K.A. and Cooper, S.L., 1998: Polyurethanes in
Biomedical Applications. CRC.
[16] Chen, H., Hu, X., Zhang, Y., Li D., Wu Z. and Zhang T., 2008: Effect of
Chain Density and Conformation on Protein Adsorption at PEG-
grafted Polurethane Surfaces. Science Direct. Elsevier B.V., Vol. 61,
pp. 237-243.
[17] Bouchemal, K., Briançon S., Perrier E., Fessi H., Bonnet I., Zydowicz N.,
2004: Synthesis and Characterization of polyurethane and poly (ether
urethane) nanocapsulesusing a new technique of interfacial
polycondensation combined to spontaneous emulsification. Science
Direct. Elsevier B.V., Vol. 269, pp. 89-100.
[18] Campanella, A., Scala, J.J.L., Wool, R.P., 2011: Fatty Acid-Based
Comonomers as Styrene Replacements in Soybean and Castor Oil-
Based Thermosetting Polymers. Journal of Applied Polymer Science.
Wiley Periodicals Inc. Vol. 119, pp. 1000–1010.
[19] Carme Coll Ferrer, M., Babb, D., Ryan, A.J., 2008: Characterization of
polyurethane networks based on vegetable derived polyol . Polymer.
Elsevier Ltd. Vol. 49, pp. 3279–3287.
[20] Corcuera, M.A., Rueda, L., Fernandez d’Arlas, B., Arbelaiz, A., Marieta,
C., Mondragon, I., Eceiza, A., 2010: Microstructure and properties
of polyurethanes derived from castor oil. Polymer degradation and
stability. Elseiver Ltd. Vol. 95, pp. 2175–2184.
[21] Kayırhan, N., Denizli, A. And Hasırcı, N., 2001: Adsorption of Blood Proteins
on Glow - Discharge- Modified Polyurethane Membranes. Journal of
Applied Polymer Science. Vol. 81, pp. 1322-1332.
[22] Cheetham, N.W.H., Tao, L., 1998: Variation in crystalline type with amylose
content in maize starch granules: an X-ray powder diffraction study.
Carbohydrate Polymers.Elseiver Science Ltd. Vol. 36, pp. 277–284.
[23] Loh, I.H., Plasma Surface Modification in Biomedical Applications. AST
Technical Journal.
[24] Hill, D., 1998. Design Engineering of Biomaterials for Medical Devices, pp.
143–150, John Wiley and Sons Inc., New York.
[25].Zhang, Z., 2003: Surface Modification by Plasma Polymerization and
Application of plasma polymers as Biomaterials. Doktor der Naturwissenschaften, Fachbereich Chemie und Pharmazie,
Gutenberg.
[26].Plasma Surface Modifications of Polymers, 2007: PLASMAtech.
PLASMAtech.Inc.
[27] <http://www.plasma.de/de/plasmatechnik/oberflaechenaetzung.html>, alındığı
tarih 27.03.2011
79
[28] Bogaerts, A., Neyts, E.,Gijbels, R., Mullen, J.V.D., 2002: Gas discharge
plasmas and their applications. Spectrochimica Acta Part B.Elseiver
Science B.V. Vol. 57, pp.609-658.
[29].Ratner, B.D., Hoffman, A.S., Schoen, F.J. and Lemons, J.E., 1996.
Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine,
Academic Press, New York, pp.105–107.
[30] Zheng, J., Song, W., Huang, H., Chen, H., 2010: Protein Adsorption and Cell
Adhesion on Polyurethane/Pluronic Surface with Lotus Leaf-Like
Topography, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Elseiver B.V.
Vol. 77, pp. 234-239.
[31] Evcin A., 2010: Biyomalzeme ve Hücre/Doku EtkileĢimleri, sunum.
[32] Han, D.K., Park, K.D., Ryu, G.H., Kim, U.Y., Min B.G. and Kim Y.H.,
1996: Plasma Protein Adsorption to Sulfonated Poly (ethylene oxide)-
grafted Polyurethane Surface. Journal of Biomedical Material. John
Wiley and Sons. Inc. Vol. 30, pp. 23-30.
[33] Aksoy, E.A., Hasırcı, V., Hasırcı, N., Motta, A., Fedel M. and Migliaresi C.,
2008: Plasma Protein Adsorption and Platelet Adhesion on Heparin-
Immobilized Polyurethane films. Journal of Bioactive and compatible
Polymers . SAGE publications. Vol. 23, pp. 505-519.
[34] Hasırcı, N., Aksoy, E.A., 2007: Synthesis and Modifications of Polyurethanes
for Biomedical Purposes. High Performance Polymers. SAGE
Publications. Vol. 19, pp. 621-637.
[35] <http://en.wikipedia.org/wiki>, alındığı tarih 09.12.10
[36] Vidal, C.V., Juan, A.O., Munoz, A.I., 2010: Adsorption of Bovine Serum
Albumin on CoCrMo Surface: Effect of Temperature and Protein
Concentration. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces . Elsevier B.V.
Vol. 80, pp. 1-11.
[37].<http://www.friedli.com/research/PhD/chapter5a.html#struc>, alındığı tarih
20.12.2010.
[38] Colafranceschi M. et al., 2008: Primary Structures of Proteins as Space-
Dependent Signals. Biophysand BioenginLetters . Suplementary
Material. Vol. 1, Nr. 2.
[39] Toscano, A., Santore, M.M., 2006: Fibrinogen Adsorption on Three Silica-
Based Surfaces: Conformation and Kinetics. Langmuir. American
Chemical Society Published. Vol. 22, pp. 2588-2597.
[40] Yaseen, M., Zhao, X., Freund, A., Seifalian A.M., Lu J.R., 2010: Surface
Structural Conformations of Fibrinogen Polypeptides for Improved
Biocompatibility. Biomaterials . Elsevier Ltd. Vol. 31, pp. 3781-3792
[41] Denizli, A., Yavuz, H., Yavuz, S.Ö., Uzun, L., 2008: Demir (3) Ġyonları
BaskılanmıĢ polimerlerin Tasarımı, Üretimi ve Talasemi Hasta
Plazmasından Demir Ġyonlarının UzaklaĢtırılması. Proje no: 104 M
467. Ankara.
80
[42] Akkaş, T., 2011. Poliüretan Filmlerin Yüzey Modifikasyonu ve Biyouyumluluk
ÇalıĢmaları, Yüksek Lisans Tezi, ĠTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ġstanbul.
[43] Mutlu, H.B., 2008. Hint Yağı Temelli Poliüretan Hidrojel Sentezlenmesi ve
Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, ĠTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ġstanbul.
[44] Sartori, S., Rechichi, A., Vozzi, G., D’Acunto M., Heine, E., Giusti, P.,
Ciardelli, G., 2008: Surface Modification of a Synthetic Polyurethane
by Plasma Glow Discharge: Preperation and Characterization of
Bioactive Monolayers. Reactive and Functional Polymers . Elsevier
Ltd. Vol. 68, pp. 809-821.
[45].<http://www.nature.com/nature/journal/v212/n5059/abs/212276a0.html>,
alındığı tarih 31.05.2011
[46] Chakrabarty, B. ,Ghoshal, A.K. and Purkait, M.K., 2008: Effect of
molecular weight of PEG on membrane morphology and transport
properties. Journal of Membrane Science. Vol. 309, pp. 209–221.
[47] Yeganeh, H. And Mehdizadeh, M.R., 2004: Synthesis and properties of
isocyanate curable millable polyurethane elastomers based on castor
oil as a renewable resource polyol. European Polymer Journa.l Vol.
40, pp. 1233–1238.
[48] Ferreira, P., Pereira, R., Coelho, J.F.J, Silva, Ant´onio F.M and Gil, M.H.,
2007: Modification of the biopolymer castor oil with free isocyanate
groups to be applied as bioadhesive. International Journal of
Biological Macromolecules. Vol. 40, pp. 144–152.
[49] Cangemi, J.M., Neto, S.C., Chierice, G.O. and Santos, A.M., 2006: Study of
the biodegradation of a polymer derived from castor oil by scanning
electron microscopy, thermogravimetry and infrared spectroscopy.
Polímeros. Vol.16, No.2.
[50] <www.perkinelmer.com>, Perkin Elmer Precisely. Introduction to Dynamic
Mechanical Analysis; A Beginner‟s Guide, alındığı tarih 14.03.2011
[51] Crawford, D.M., Escarsega, J.A., 2000: Dynamic mechanical analysis of novel
polyurethanecoating for military applications. Thermochimica Acta.
Elsevier Science Vol.357-358, pp.161-168.
[52] Macocinschi, D., Filip, D., Vlad, S., 2010: Surface and Mechanical Properties
of Some New Biopolyurethane Composites. Polymer Composites.
Wiley Online Library. Vol. 10, pp. 1956–1964.
[53] Oprea, S., 2010: Dependence of Fungal Biodegradation of PEG/Castor Oil
Based Polyurethane Elastomers on the Hard-Segment Structure.
Polymer Degredation and Stability. Elseiver Ltd. Vol.xxx, pp.1-9.
[54] Vilani, C., Weibel D.E., Zamora R.R.M., Habert A.C., Achete C.A., 2007:
Study of the Influence of the Acrylic acid Plasma Parameters on
Silicon and Polyurethane Substrates using XPS and AFM. Applied
Surface Science. Elseiver B.V. Vol.254, pp.131-134.
81
[55] Averett, L.E., Schoenfisch M.H., 2010: Atomic force microscope studies of
fibrinogen adsorption. The Royal Society of Chemistry. Analyst.
Vol.1201, pp.120-1209.
[56] Conti, M., Donati G., Cianciolo, G., Stefoni, S., Samori, B., 2002: Force
spectroscopy study of the adhesion of plasma proteins to the surface
of a dialysis membrane: Role of the nanoscale surface hydrophobicity
and topography. Biomedical Materials. Wiley Inc. Vol.61, pp.370-
379.
[57] Yeganeh,
H., Orang F., Solouk, A., Fafienia, M., 2008: Synthesis,
Characterization and Preliminary Investigation of Blood
Compatibility of Novel Epoxy-modified Polyurethane Networks .
Journal of Bioactive & Compatible Polymers.. Vol.23, pp.276-300.
82
83
EKLER
EK A : FT-IR spektrumları.
EK B : TGA eğrileri.
EK C : DMA eğrileri.
EK D : DSC eğrileri.
EK E : Kalibrasyon grafikleri.
.
84
EK A
Şekil A.1 : PU50 kodlu sentez karıĢmının FT-IR spektrumu.
Şekil A.2 : PU50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
85
Şekil A.3 : PU60 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu.
Şekil A.4 : PU60 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
86
Şekil A.5 : PU70 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu.
Şekil A.6 :PU70 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
87
Şekil A.7 :PU90 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu.
Şekil A.8 :PU90 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
88
Şekil A.9 :PU100 kodlu sentez karıĢımının FT-IR spektrumu.
Şekil A.10 :PU100 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu.
89
EK B
Şekil B.1 : PU50‟nin TGA grafiği.
Şekil B.2 : PU60‟nin TGA grafiği.
90
Şekil B.3 : PU70‟ın TGA grafiği.
Şekil B.4 : PU90‟nin TGA grafiği.
91
Şekil B.5 : PU100‟ın TGA grafiği.
92
EK C
Şekil C.1 : PU50 DMA grafiği.
Şekil C.2 :PU60 DMA grafiği.
Temp Cel40.0020.000.00-20.00-40.00-60.00
E' P
a
1.4E+06
5.3E+09
tan
D
0.2000
0.1500
0.1000
0.0500
0.0000
-0.0500
-0.1000
-0.1500
-0.2000
E"
Pa
5.2E+04
5.5E+12
Temp Cel40.0020.000.00-20.00-40.00-60.00
E' P
a
2.4E+07
4.6E+09
tan
D
0.2500
0.2000
0.1500
0.1000
0.0500
0.0000
-0.0500
-0.1000
-0.1500
-0.2000
-0.2500
E"
Pa
9.5E+05
1.9E+11
93
Şekil C.3 : PU70 DMA grafiği.
Şekil C.4 : PU 90 DMA grafiği.
Temp Cel40.0020.000.00-20.00-40.00-60.00-80.00
E' P
a
3.4E+07
4.2E+09
tan
D
0.3000
0.2000
0.1000
0.0000
-0.1000
-0.2000
-0.3000
E"
Pa
1.3E+06
1.2E+11
Temp Cel40.0020.000.00-20.00-40.00-60.00-80.00
E' P
a
3.3E+07
2.5E+09
tan
D
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0.0000
-0.1000
-0.2000
-0.3000
-0.4000
-0.5000
E"
Pa
5.7E+05
1.3E+11
94
Şekil C.5 : PU100 DMA grafiği
Temp Cel40.0020.000.00-20.00-40.00-60.00
E' P
a
5.0E+07
3.3E+09
tan
D
0.5000
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0.0000
-0.1000
-0.2000
-0.3000
-0.4000
-0.5000
E"
Pa
7.9E+05
2.5E+11
95
EK D
Şekil D.1 : PU50 DSC grafiği
Şekil D.2 : PU 60 DSC grafiği
96
Şekil D.3 : PU70 DSC grafiği
Şekil D.4 : PU90 DSC grafiği
97
Şekil D.5 :PU100 DSC grafiği
98
EK E
Şekil E.1 : BSA protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği.
Şekil E.2 : BSF protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği.
99
ÖZGEÇMİŞ
Ad Soyad: Cansu ÇITAK
Doğum Yeri ve Tarihi: Ġstanbul, 1986
Adres: Yuvam Akarca Durhasan mah. B1-6 Blok K.10 D.41 Alikahya-KOCAELĠ
Lisans Üniversite: EskiĢehir Osmangazi Üniversitesi
