Aljinat-jelatin-agaroz temelli hibrit kriyojellerin sentezi, karakterizasyonu ve biyomedikal uygulama potansiyelinin incelenmesi
Synthesis, characterization, and investigation of biomedical application potential of alginate-gelatin-agarose based hybrid cryogels
- Tez No: 1003785
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÜZEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Kimya, Biotechnology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında; akıllı ilaç taşıyıcı sistemlerde, doku mühendisliği uygulamalarında hücre iskelesi olarak ve biyoteknolojik süreçlerde protein saflaştırma matrisleri gibi geniş uygulama alanında değerlendirilmek üzere, sodyum aljinat, jelatin ve agaroz biyopolimerlerinin tamamlayıcı etkileşimleriyle yeni nesil hibrit kriyojeller sentezlenmiştir. Kriyojelasyon tekniği ile gerçekleştirilen sentez sürecinde, polimerik ağ yapısı kalsiyum iyonları (Ca+2) ile iyonik olarak çapraz bağlanmış ve birbiriyle bağlantılı süper-makrogözenekli bir morfoloji elde edilmiştir. Tez kapsamında, matris bileşimindeki Agaroz/Jelatin oranının, malzemenin fizikokimyasal stabilitesi ve biyolojik performansı üzerindeki belirleyici rolü karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir. Hibrit kriyojellerin kimyasal karakterizasyonu (FTIR), termal dayanımı (TGA), yüzey morfolojisi (SEM) ve fizyolojik kararlılığı (şişme/biyobozunma) detaylı analizlerle değerlendirilmiştir. FTIR analizleri, hedeflenen üçlü hibrit (Aljinat-Jelatin-Agaroz) sisteminin başarıyla sentezlendiğini, bileşenlerin moleküler seviyede homojen dağıldığını ve yapının hem iyonik çapraz bağlar hem de polimer-polimer etkileşimleri (elektrostatik ve H-bağları) ile kararlı hale geldiğini göstermiştir. TGA sonuçları, jelatin katkısının matrisin termal kararlılığını özellikle 300-400°C aralığında artırdığını ve üçlü hibrit yapının yüksek oranda inorganik kalıntı oluşturarak termal direncini koruduğunu göstermiştir. SEM analizlerinde, kriyojel yapılarının birbiriyle bağlantılı süper-makrogözenekli morfolojiye sahip olduğu belirlenmiştir. Şişme testlerinde ise tüm numunelerin kuru ağırlıklarının 10-13 katı kadar su tutabildiği ve makrogözenekli yapının hidrolitik ortamda kararlı olduğu saptanmıştır. Ayrıca, biyobozunurluk testleri agarozun yapıya yapısal kararlılık kazandırdığını, jelatinin ise kontrollü bir bozunma davranışı sağladığını ortaya koymuştur. BET ve BJH analizleri, kriyojellerin yüzey alanı ve gözenek yapısının bileşime bağlı olarak değiştiğini göstermiştir. Agaroz oranı yüksek olan AGA3 numunesi 16,19 cm²/g yüzey alanı ve 0,0226 cm³/g gözenek hacmi ile en yüksek değerlere sahipken, jelatin içeriğinin arttığı AGA7 kriyojelinde bu değerler sırasıyla 8,20 cm²/g ve 0,0162 cm³/g olarak belirlenmiş; tüm numunelerin 55–69 Å aralığında mezogözenekli bir yapı sergilediği görülmüştür. Materyalin uygulama potansiyelini belirlemek amacıyla; model protein olarak seçilen lizozim ile yapılan adsorpsiyon çalışmalarında, yüksek agaroz içeriğine sahip numunelerin geniş gözenek yapısı sayesinde en yüksek adsorpsiyon kapasitesine (AGA3, 218,5 mg/g) ulaştığı tespit edilmiştir. L929 fibroblast hücreleri ile yapılan MTT sitotoksisite testlerinde, jelatin içeriği yüksek olan (AGA7 kodu) numunelerin, hücre tutunmasını destekleyen RGD sekansları sayesinde en yüksek hücre canlılığını (%104 üzeri) sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak, geliştirilen hibrit kriyojellerin bileşimi değiştirilerek, doku mühendisliği iskeleleri ve akıllı ilaç taşıyıcı sistemler gibi hedeflenen uygulamaya özgü üstün özellikler kazandırılabileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, next-generation hybrid cryogels based on natural biopolymers, namely sodium alginate, gelatin, and agarose, were synthesized for potential use as smart drug delivery systems, cell scaffolds in tissue engineering applications, and protein purification matrices in biotechnological processes. The hybrid structures were synthesized using the cryogelation technique, during which the polymeric network was ionically crosslinked by calcium ions (Ca²⁺), resulting in the formation of a macroporous morphology. The study systematically investigated the effect of matrix components (Agarose/Gelatin ratio) on the physicochemical and biological properties of the material. Chemical characterization (FTIR), thermal stability (TGA), surface morphology (SEM), and physiological stability (swelling/biodegradation) of the hybrid cryogels were examined via detailed analyses. FTIR analysis confirmed the successful synthesis of the targeted triple hybrid (Alginate-Gelatin-Agarose) system, the homogeneous distribution of components at the molecular level, and the stabilization of the structure via both ionic crosslinks and polymer-polymer interactions (electrostatic and H-bonds). TGA results demonstrated that gelatin incorporation enhanced the thermal stability of the matrix, particularly in the 300-400°C range, and the triple hybrid structure maintained thermal resistance by forming a high ratio of inorganic char. SEM analysis revealed that the cryogel structures possessed an interconnected super-macroporous morphology. Swelling tests indicated that all samples could retain water up to 10-13 times their dry weight and that the macroporous structure remained stable in hydrolytic environments. Furthermore, biodegradation tests revealed that agarose imparted stability to the structure, while gelatin introduced controlled degradation properties. BET and BJH analyses showed that the surface area and pore structure of the cryogels varied depending on their composition. The agarose-rich AGA3 sample exhibited the highest surface area (16.19 cm²/g) and pore volume (0.0226 cm³/g), while these values decreased to 8.20 cm²/g and 0.0162 cm³/g in the gelatin-rich AGA7 cryogel, with all samples displaying mesoporous structures with average pore diameters between 55 and 69 Å. To determine the application potential of the material, adsorption studies were conducted using lysozyme as a model protein. It was determined that samples with high agarose content (Code E) achieved the highest adsorption capacity (AGA3, 218,5 mg/g) due to their wide pore structure. In MTT cytotoxicity tests performed with L929 fibroblast cells, samples with high gelatin content (AGA7) provided the highest cell viability (over 104%) thanks to RGD sequences supporting cell adhesion. Consequently, the study demonstrates that through the optimization of matrix composition, the developed hybrid cryogels can be tailored to possess superior properties for target-specific applications, ranging from bioactive tissue scaffolds to high-capacity separation columns.
Benzer Tezler
- Nanocomposite scaffolds containing metal nanoparticles
Metal nanotanecik içeren nanokompozit yapı iskeleleri
AYŞEN AKTÜRK
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Jelatin-aljinat-titanyum dioksit-süperoksit dismutaz biyosensörünün geliştirilmesi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Development of gelatin-alginate- titanium dioxide- superoxide dismutase biosensor and investigation of electrochemical properties
UTKU KARAKAYA
- Jelatin/aljinat/hiyalüronik asit ile oluşturulan iskelede karaciğer dokusunun morfolojik özelliklerinin araştırılması
Morphological investigation of liver cancer cells in gelatin/alginate/hyaluronic acid scaffolds
GAMZE DEMİREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyoteknolojiİstanbul ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ÇALIŞKAN
PROF. DR. RANAN GÜLHAN AKTAŞ
- Jelatin/aljinat/PLA ile oluşturulan çok katmanlı filmin sığır etinde ambalaj materyali olarak kullanımı
Gelatin/alginate/PLA multilayer film as a packaging material for beef
AYŞE TUBA BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gıda MühendisliğiAnkara ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EDA DEMİROK SONCU
- Horseradısh peroksidazın kalsiyum aljinat jelatin hidrojelde immobilizasyonu ve karakterizasyonu
Immobilization and characterization of horseradish peroxidase enzyme on calcium alginate gel
ESRA ÇANTAY