Determining the effect of roughness and crystallinity on protein adsorption for polyurethane films
Poliüretan filmlerde yüzey pürüzlülüğü ve kristalinitenin protein adsorpsiyonuna etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 421223
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER, YRD. DOÇ. DR. AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
İnsan sağlığının korunmasının gelecekteki gelişimi biyo uyumlu malzemelere olan ihtiyacın artmasına neden olmaktadır. Bu amaçla yapılan çalışmaların ve araştrmaların sonuçlarına bakıldığında, son zamanlarda en çok kullanılan biyomedikal malzemelerin polimerik malzemelerden elde edildiği görülmektedir. Polimerler çok geniş bir çeşitlilik aralığında sentezlenebildikleri, amaca yönelik olarak morfolojik ve yüzeysel değişikliklere yatkın oldukları ve bir takım yöntemler uygulanarak bir çok farklı özelliğe sahip olabildikleri için biyomedikal alanda kullanımları son zamanlarda artmıştır. Biyopolimerler içerisinden poliüretanlar yüksek mekanik ve fiziksel özellikleri ile sıklıkla tercih edilmektedirler. Poliüretanların kullanım alanları içerisinden protezler, implantlar ve kontrollü ilaç salınım sistemleri sayılabilir. Polimerik yüzey ile kan proteinleri arasındaki etkileşimin biyomalzeme geliştirilmesinde önemli bir yere sahip olduğu pek çok araştırmacı tarafından açıklanmıştır. Böylelike protein adsorpsiyon çalışmalarının önemi ortaya çıkmaktadır. Protein yapısının ve polimerik filmin yüzey özelliklerinin adsorpsiyona etkisinin önemi pek çok araştırmacı tarafından belirtilmiştir. Bu tez kapsamında, yüzey pürüzlülüğü ve hidrofilitenin adsorpsiyona olan etkisi incelenmiştir.Bu çalışmada altı farklı poliüretan, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat (HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak sentezlenmeştir.Sentezlenen polimerlerden üç tanesinde poliol kaynağı olarak PEG kullanılmıştır. Kütle polimerizasyonu ile sentezlenen poliüretan filmlerin kristalinite dereceleri HY/PEG ağırlık oranının (50/50, 60/40, 70/30, 100/0) değiştirilmesi ile elde edilmiştir. Diğer taraftan, kimyasal olarak eş ancak farklı pürüzlülük derecelerine sahip poliüretanlar elde etmek için tetrahidrofuran ve dimetilasetamid kullanılmıştır. Fourier transform infrared spektroskopisi ile numunelerin yapısal karakterizasyonu, ısıl ve mekanik karakterizasyon termal gravimetrik analiz, diferansiyel taramalı kalorimetre ve dinamik mekanik analiz ile gerçekleştirilmiştir. X-ışını kırılımı (XRD) yöntemi ile polimerlerin kristaliniteleri, temas açısı ölçümü ile hidrofiliteleri ve atomik kuvvet mikroskobu ile (AFM) yüzey özellikleri belirlenmiştir.Albümin-poliüretan sisteminde her bir parametrenin protein adsorpsiyon kinetiğine olan etkileri Brownian dinamiği simülasyonları kullanılarak araştırılmıştır. Brownian dinamiği kullanılarak elde edilen polimer-protein sisteminin kaba ölçekte 3 boyutlu simülasyonu, deneysel veriler ile karşılaştırılabilir sonuçlar sağlar. Bu amaç doğrultusunda, polimerik film latis yüzey şeklinde modellenmiş, protein bağlantı bölgeleri ise deneysel sonuçlar ile elde edilen veriler doğrultusunda belirlenmiştir. Deneysel çalışmada çözücü kullanılarak elde edilen pürüzlü yüzeylerin protein adsorpsiyonuna olan etkisi, polimerik filmin düz ve pürüzlü yüzey olarak modellenmesi ile araştırılmıştır. Polimerik yüzey ile etkileşime giren sığır serum albümini (BSA) tekdüze küreler ile ifade edilmiştir. Makromoleküler kalabalık etkisinin protein adsorpsiyonuna olan etkileri, farklı protein konsantrasyonları kullanılarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar ile etkili karşılaştırma yapılabilmek için sistem, gerçek molar düzeyde proteinler ile bir-mikrometre kare polimer filmin dörtte birinin etkileşimi ile modellenmiştir.Yüzey pürüzlülüğü, hidrofilite ve kristalinitenin etkileri ile protein adsorpsiyon sonuçları değerlendirildiğinde, moleküler kalabalığın (yüksek konsantrasyon) protein adsorpsiyonunu en fazla etkileyen parametre olduğu, sonrasında ise kristalinite ve pürüzlülüğün geldiği gözlemlenmiştir. Simülasyon sonuçları değerlendirildiğinde, pürüzlü yüzeylerin (yüzey alanını artması sonucu) pürüzsüz yüzeylere kıyasla da fazla protein adsorbladığı belirlenmiştri. Diğer bir deyişle, eğer yüksek yüzey alanı daha fazla kristalin bölge içerirse, yüzey üzerine daha çok protein adsorblanacaktır. Eğer yüksek yüzey alanı tam tersi şekilde daha fazla amorf bölgelerden oluşursa, buna bağlı olarak protein adsorbsiyonu azalacaktır.
Özet (Çeviri)
Accelerating developments for human health care necessitate need for biocompatible devices to be used inside the body and for outside applications. There has been an increasing trend to use biocompatible polymeric materials in biomedical field. Among biopolymers, polyurethanes are widely used in many fields such as prosthesis, implants and in controlled drug delivery systems due to their excellent chemical and mechanical properties. The most important factor in determining and developing a biomaterial is to examine the relationship between polymeric structures with blood proteins. Thus, a clear understanding of protein adsorption is crucial to design new biomaterials. It is known that protein structure, protein solution and surface properties are major components that determine adsorption kinetics. In this point of view, important surface properties such as crystallinity, hydrophilicity and roughness were investigated in the context of thisstudy using both experimental and computational approaches. In this study, six different polyurethane films were synthesized by using castor oil (CO), hexamethlyene diisocyanate (HDI) and 1,4-butandiol (BDO). Among these polyurethanes, poly(ethylene glycol) (PEG) was also used as polyol in the synthesis of three polyurethane samples. Polymers were synthesized at different CO/PEG weight ratios (50/50, 60/40, 70/30, 100/0) by bulk polymerization. In order to obtain chemically identical surfaces with different roughness, tetra hydrofuran (THF) or dimethylacetamide (DMAc) were used during the polymer sythesis for two PEG free samples. Structural characterization of films was carried by Fourier transform spectroscopy (FT-IR).Thermal and mechanical characterization were performed by thermal gravimetric analyses (TGA), differential scanning calorimeter (DSC) and dynamic mechanical analyses (DMA). Crystallinity of films was determined by x-ray diffraction (XRD), hydrophilicty of films was calculated by contact angle measurements and surface properties were analyzed by atomic force microscopy (AFM). Effect of each surface property on protein adsorption kinetics was investigated using Brownian dynamics simulations for albumin-polyurethane system. Brownian dynamics enabled the simulation of the coarse-grained polymer-protein system in three-dimension comparable with experimental findings. For this purpose, polymeric film was modeled as lattice surface with protein binding regions predetermined according to the experimental results on crystallinity. Furthermore, the polymeric film was modeled as a flat or rough surface, which actually depended on the solvent evaporation rate employed in the experiments. Bovine serum albumin proteins were described as uniform spheres interacting with the polymeric surface. Various protein concentrations were considered in order to reveal the effect of macromolecular crowding on protein adsorption rate. The model system represented quarter of one-micrometer square polymer film interacting with proteins at real molar levels, which provided an effective comparison with experimental observations. Considering the effect of surface roughness, hydrophilicity, crystallinity and protein adsorption results together, computational results indicated that the molecular crowding, i.e. high concentrations had the biggest impact on protein adsorption, then degree of surface crystallinity and finally roughness. Observation from simulations suggested the roughness had an implicit effect on protein adsorption by providing higher surface area compared to smooth surfaces. In other words, if high surface area revealed more crysttaline regions, more proteins adsorbed on the surface. In contrary, if high surface area revealed more amorphous regions, protein adsorption rate diminished.
Benzer Tezler
- Deneysel ve modelleme yöntemleri ile poliüretan filmlerdeki pürüzlülük ve kristalinitenin fibrinojen adsorpsiyonu üzerindeki etkilerinin belirlenmesi
Determining the effects of roughness and crystallinity on fibrinogen adsorption on polyurethane films with experimental and modeling methods
GİZEM KELEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS
- Semi-crystalline hydrogels with shape-memory and self- healing functions
Şekil-hafızalı ve kendi-kendini onarabilen semi-kristalin hidrojeller
ÇİĞDEM BİLİCİ
- The effect of surface roughness on mechanical behavior of commercially pure titanium implants produced by selective laser melting
Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilmiş ticari saflıktaki titanyum implantların yüzey pürüzlülüklerinin mekanik davranışa etkisi
SEREN ŞENOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Effect of particle morphology on flotation
Tane morfolojisinin flotasyona olan etkisi
ONUR GÜVEN
Doktora
İngilizce
2016
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
- Opak yüzeylerde güneş ışınımı etkisinin yüzey pürüzlülüğü ile değişimi
The Variation of solarenergy gain on opaque surfaces with surface roughness
ASLIHAN TAVİL ÜNLÜ