Cyclodextrin functionalized nanofibers via electrospinning
Elektroeğirme ile siklodekstrin fonksiyonlu nanolifler
- Tez No: 374381
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TAMER UYAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 233
Özet
Elektroeğirme, nanometre düzeyinden birkaç mikrometreye kadar değişen aralıkta çapa sahip nanoliflerin üretilmesi için, yaygın olarak çalışılan ve uygulanan bir tekniktir. Düşük maliyeti, basit düzeneği, göreceli olarak yüksek üretim hızı ve tekrarlanabilirliği, bu yöntemin hem akademide hem de endüstride ilgi çekmesini sağlamaktadır. Elektroeğrilmiş nanolifler, oldukça yüksek yüzey alanları, çok düşük ağırlıkları, nano-boyuttaki gözeneklilikleri ve belirgin fiziksel/mekanik özellikleri ile çok geniş malzeme aralığında üretilebilmektedirler. Bu yöntemde nanolif üretimi, genel olarak polimerik tabanlı malzemelere odaklanmıştır. Fakat, yeni çalışmalar göstermiştir ki, polimerik olmayan sistemlerden de nanolif elde etmek mümkündür. Elektroeğirme araştırmalarındaki bu yeni gelişmeye bizim katkımız ise, polimerik malzeme kullanmayarak ürettiğimiz siklodekstrin (CD) nanolifleri ile olmuştur. CD'ler α-(1,4)-glikozidik bağlarıyla birbirine bağlanmış glukopiranoz yapılarından oluşan siklik oligosakkaridlerdir. Kesik koni şeklindeki yapıları, CD'lere, çok farklı organik moleküller ile kovalent olmayan ev sahibi-misafir tipi inklüzyon kompleks (IC) yapacağı ortamı sunmaktadır. IC oluşumu ile, misafir moleküllerin özelliklerinde ve konumunda meydana gelen iyileşme ve gelişmeler, CD'lerin, filtrasyon, tıbbi ilaçlar, kozmetik, fonksiyonel gıda, tekstil ve analitik kimya gibi birçok farklı alanda kullanımını sağlamaktadır. Bu tezde, CD nanoliflerinin elektroeğrilmesini rapor etmekte ve fonksiyonlaştırılmaları ile uygulama potansiyellerini sunmaktayız. Öncelikle, üç farklı modifiye CD (hidroksipropil-β-siklodekstrin (HPβCD), hidroksipropil-γ- siklodekstrin (HPγCD) and metil-β-siklodekstrin (MβCD)) çeşidinden nanolifler elde edilmiştir. Daha sonra, doğal CD (α-CD, β-CD and γ-CD) nanoliflerinin elektroeğrilmesi başarılmıştır. Bu nanoliflerin, moleküler tutuklama kapasiteleri, hava ortamındaki toksik uçucu organik bileşiklerin (VOCs) enkapsülasyonu ile gösterilmiştir. Bir sonraki aşama olarak, polimersiz nanolifler, CD'lerin antibakteriyel ajanlar (triklosan) ve esansiyel yağlar ile yaptığı IC'lerden elde edilmiştir. Burada, IC nanoliflerinin uygulanabilirliği de yapılan antibakteriyel test sonuçları ile gösterilmiştir. CD nanoliflerinin fonksiyonlaştırılmaları, yeşil ve tek adımda metal nanoparçacıkların (Ag-NP, Au-NP ve Pd-NP) sentezinin ve nanoliflerin katkılandırılmasını içeren; CD'lerin indirgeyici, stabilize edici ve lif kalıbı olarak kullanıldığı, çalışmalar ile devam etmiştir. Hatta, ilgili nanoparçacığı içeren CD nanolifler için, antibakteriyel, SERS ve kataliz olarak kullanım potansiyelleri gösterilmiştir. Çalışmalarımız, çözünmeyen poli-CD nanoliflerinin üretimi ile genişletilmiş ve yeni bir boyut kazanmıştır. Çözünmeyen ve homojen lif yapısına sahip olan nanoliflerin üretimi için birçok farklı çapraz bağlayıcı ajanlar denemiştir, bütün ajanlar için şartlar optimize edildikten sonra, en dayanıklı olan nanoağ yapısı, ilerleyen analizler ve sulu ortamdaki filtrasyon performansını değerlendirmek için seçilmiştir. Poli-CD nanoliflerinin üretimi ile, CD nanoliflerinin kullanımını kısıtlayan suda çözünme problemi ortadan kaldırılmıştır. Bu nedenle, poli-CD nanoliflerinin, CD nanoliflerinin kullanımında yeni gelişmeler sağlayacağını ummaktayız. Bütün bu çalışmalar göstermiştir ki, CD'lerin kendiliğinden topaklanma ve kümelenme özellikleri, bu moleküllerin elektroeğrilmesi için öncelikli gerekliliklerdendir. Sonuç olarak, nanoliflerin yüksek yüzey alanı; toksik olmayan ve biyouyumlu CD'lerin ev sahibi-misafir tipi kompleks yapabilme özellikleri ile entegre edilerek çok ilginç yapıda malzemeler elde edilmiştir. Ayrıca, genellikle toz halinde kullanılan CD'ler, uygulamaları sırasında kolaylık sağlayacak olan nanolif formuna getirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Electrospinning is a commonly studied and widely applied technique for generating nanofibers, with a diameter ranging from several tens of nanometers to a few micrometers. The low-cost, simple set-up, relatively high production rate and reproducibility increase the interests on this method in both academia and industry. Electrospun nanofibers are produced from a broad range of materials with extremely high surface area, very light-weight, nano-porous features and distinct physical/mechanical properties. The general talk in this technique focuses on the production of nanofibers from polymer base materials. However, very recent studies demonstrated that, it is also possible to obtain nanofibers from non-polymeric systems. For this novel development in electrospinning researches, we have achieved to generate nanofibers from cyclodextrins (CD) without using a polymeric template. CD are cyclic oligosaccharides consisting of α-(1,4)-linked glucopyranose units. The truncated cone shape structure of CD provides a favorable place for various kinds of organic molecules to form non-covalent host-guest inclusion complexes (IC). The enhancements and progressing at the guest molecules property and situation, creating with the inclusion complexation, make CD applicable in variety of areas including filtration, pharmaceuticals, cosmetics, functional foods, textiles, analytic chemistry etc. In this thesis, we report on the electrospinning of CD nanofibers, represent their functionalization and potential applications. Firstly, we produced CD nanofibers from three different chemically modified CD types (hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD), hydroxypropyl-γ-cyclodextrin (HPγCD) and methyl-β-cyclodextrin (MβCD)). Afterwards, the electrospinning of native CD (α-CD, β-CD and γ-CD) nanofibers was achieved. The molecular entrapment capability of CD nanofibers was shown by capturing toxic volatile organic compounds (VOCs) from the surrounding. As the next step, the polymer-free nanofibers were obtained from the cyclodextrin inclusion complexes (CD-IC) with antibacterial agent, vanillin and essential oils. Here, we have also indicated applicability of CD-IC nanofibers as a result of antibacterial test. The functionalization of the CD nanofibers was continued with the green and one-step synthesis of metal nanoparticles (Ag-NP, Au-NP and Pd-NP) incorporated nanofibers, in which CD were used as reducing, stabilizing agent and fiber template. Even, the antibacterial, SERS and catalyst potential of these CD based nanofibers were demonstrated for the related nanoparticles. Our research is expanded to a new stage by the production of insoluble poly-CD nanofibers. We have worked on different crosslinking agents to attain insoluble poly-CD nanofibers with uniform morphology. After the optimization of poly-CD nanofibers, the most durable poly-CD nanowebs were selected for further analysis and evaluation of the filtration performance in liquid environment. Within poly-CD nanofibers, we have eliminated the solubility challenge of CD nanofibers that restrict their usage. So, we assume that, poly-CD nanofibers will lead-up to generation of new advances for practices of CD nanofibers. All studies showed that, the self-assembly and self-aggregation property of CD are the prior requirements for the electrospinnability of these small molecules. To conclude, very intriguing materials were obtained by integrating large surface area of nanofibers with specific host-guest inclusion complexation capability and non-toxic, biocompatible nature of the CD. Moreover, CD molecules, which are generally used in the powder form, were rendered into more applicable nanofibers form that will represent ease during their usage.
Benzer Tezler
- Electrospinning of cyclodextrin functionalized nanofibers and their applications
Elektroeğirme yöntemi ile üretilen siklodekstrin fonksiyonlu nanolifler ve uygulama alanları
ZEYNEP AYTAÇ
Doktora
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAMER UYAR
- Electrospinning of biocompatible polymeric nanofibers functionalized with cyclodextrin inclusion complex
Elektroeğirme yöntemi ile siklodekstrin inklüzyon kompleksleriyle fonksiyonlaştırılmış biyouyumlu nanoliflerin üretilmesi
ZEYNEP AYTAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TAMER UYAR
- Encapsulation of food additives and drugs by cyclodextrin functionalized electrospun nanofibers
Gıda katkı maddeleri ve ilaçların elektroeğirme yöntemi kullanılarak üretilen ve siklodekstrin molekülü ile fonksiyonlaştırılmış nanolifler ile enkapsülasyonu
ZEHRA İREM YILDIZ
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN DURGUN
- Self-assembled peptide nanostructures as a versatile tool for fabrication of nanostructured materials
Kendiliğinden düzenlenen peptit nanoyapıların nanomalzeme üretiminde çok yönlü kullanılması
RUSLAN GARİFULLİN
Doktora
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Bioinspired materials for regenerative medicine and drug delivery applications
Biyoesinlenilmiş malzemelerin rejeneratif tıp ve ilaç taşınımı alanlarında uygulamaları
SEREN HAMSICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY