Investigation of corona discharges on bacterial and mechanical properties of pan/hbn nanofibers
Korona boşalmalarının, pan/hbn nanofiberlerin bakteriyel ve mekanik özelliklerine etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 620582
- Danışmanlar: PROF. DR. MUKDEN UĞUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
Doku mühendisliği ve rejeneratif tıp uygulamalarında tercih edilen nanofiber malzemeler hücre proliferasyonunu ve hayatta kalım oranını yükseltmeleri sebebiyle günümüzde gittikçe artan bir ilgiyle kullanılmaktadır. Nanofiber malzemeler bu avantajlı özellikleri, ekstraselüler matrikse olan benzerlikleri sayesinde kazanmaktadırlar. Elektro-lif çekimi, kolay üretim süreci ve düşük maliyeti sayesinde polimerik nanofiber malzemelerin yapımında en çok tercih edilen yöntem olmuştur. Poliakrilonitril (PAN) nanofiberleri biyomedikal mühendisliği alanında son derece kullanışlı uygulamalarda tercih edilmektedir. Ancak, PAN bazı alanlarda kullanılabilmesi için gerekli olan yeterli mekanik özelliklere sahip değildir. Bu eksikliği gidermek için dolgu malzemeleri kullanılmaktadır. Hekzagonal boron nitrit (hBN) nanopartikülleri biyo-uyumluluk ve biyo-yıkım özelliklerinin yanı sıra in vivo kullanımlar için gerekli değişimlerin yapılabilmesine olanak sağlayan yapısı sayesinde kayda değer karakteristiklere sahiptir. Ancak burada nanomalzeme kullanımına bağlı olarak gelişen enfeksiyonlar hala çözülmesi gereken bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Ozon, doğadaki oksijenin oldukça aktif bir formu olup suda çözünebilir özelliktedir ve hidrojen peroksitten daha yüksek bir oksidatif kapasiteye sahiptir. Ozon bu aktif özelliği sayesinde sterilizasyon, saflaştırma ve dekontaminasyon işlemleri için tercih edilmektedir. Ozon, korona deşarj yöntemi ile elde edilebilir. Bu çalışmanın öncelikli amacı korona deşarjı ile elde edilen ozon gazının bakteriyel inaktivasyon ve PAN ve PAN/hBN elektro-lif eğrilmiş nanofiber malzemelerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesidir. Çalışmanın içeriği: - %8wt PAN hazırlanması ve %8wt PAN nanofiber matının mekanik özelliklerinin geliştirilmesi; bu işlem için ise dolgu maddesi olarak %5 hekzogonal boron nitrit parçacıkları kullanılacaktır; - Örneklerin sterilizasyonunda kullanılacak denetli ozon gazının üretimi için gerekli korona deşarjının deneysel sterilizasyon tasarımı ve planlaması; - 15 ve 30 dakika süreli ozon gazı sterilizasyonunun, PAN ve PAN/hBN nanofiberlerindeki bakteriyel inaktivasyonu üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi; - PAN ve PAN/hBN nanofiberlerinin, ozon buharı muamelesi öncesi ve sonrası morfolojik özelliklerinin karşılaştırılarak değerlendirilmesi; - Dinamik Mekanik Analiz (DMA) yöntemi kullanılarak, PAN ve PAN/hBN nanofiberlerinin sterilizasyon (ozon ile muamele edilmiş ve otoklavlanmış nanofiberler) öncesi ve sonrası mekanik özelliklerinin karşılaştırılarak nicel değerlendirilmesi. Hedeflenen aşamaların tamamlanması için, %8wt PAN çözeltisi ve dolgu maddesi olarak %5 hBN eklenmiş %8wt PAN temelli elektro-lif çekim çözeltisi, mekanik olarak yükseltilmiş nanofiber iskeletinin yapımı için kullanılmıştır. Yüksek çözünürlüklü Tarayıcı Elektron Miksroskobu (SEM) kullanılarak, PAN ve PAN/hBN karışımı elektro-lif çekimli nanofiber malzemesine ait morfoloji, yapı, çap ve ortaya çıkacak olası kusurlar incelenmiş ve bahsi geçen özellikler sterilizasyon öncesi ve sonrasına göre kıyaslanarak değerlendirilmiştir. Sterilizasyonda gerekli olan korona deşarj bölmesi denetli ozon gazının üretimi için tasarlanmıştır. PAN ve PAN/hBN matları otoklavda sterilize edilmiş ardından buhar sterilizasyonu ve ozon gazı sterilizasyonunun elektro-lif eğirilmiş nanofiberlerin üzerindeki etkileri kıyaslanmıştır. 15 ve 30 dakika süreyle uygulanan ozon muamelesinin ardından, bakteriyel inaktivasyon değişimi Yayma Yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Dinamik Mekanik Analizi (DMA) ise non-steril, ozon muamele edilmiş ve otoklavlanmış olmak üzere iki gruba ayrılan PAN ve PAN/hBN elektro-lif eğrilmiş fibröz iskeletin karakterizasyonunda kullanılmıştır. PAN ve PAN/hBN elektro-lif eğrilmiş malzemelerine ait SEM görüntüleri, karışım halindeki nanofiberlerin tek bir formda pürüzsüz olduğunu ve %8wt PAN yarıçapının 320-550 nm ve PAN/hBN mat yarıçapının ise 280-400 nm arasında değiştiğini ortaya koymuştur. Üretilen malzemelerin yüzeylerinde ozon gazı muamelesi sonrasında önemli herhangi bir topoğrafik ya da morfolojik değişim gözlenmemiştir. PAN ve PAN/hBN nanofiberler otoklavlandığında ise katmanlaşmaya müsait bir özellik kazandığı ve gözenekli yoğun bir yapının oluştuğu saptanmıştır. Otoklavlanmış %8wt PAN mat malzemesinin nanofiber eriminde istatistiki olarak önemli bir azalma saptanmıştır (p0.05). 15 ve 30 dakikalık ozon etkisinden sonra petrilerdeki agar içersinde herhangi bir koloni oluşumu gözlemlenmemiş ve bu sebeple bakteriyel büyümenin gerçekleşmediği saptanmıştır. Tüm bu bulgular, ozon sterilizasyonunun yıkıcı bir etkisi olmadığını ve PAN ve PAN/hBN nanofiber iskeletinin sterilizasyonu için kullanılabilecek iyi bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The use of nanofiber materials for tissue engineering and regenerative medicine applications is a growing trend as they provide improved support for cell proliferation and survival due in part to their morphology mimicking that of the extracellular matrix (ECM). Electrospinning is the most common technique nowadays used to produce polymeric nanofiber materials because of easy fabrication and low cost production. Polyacrylonitrile (PAN) nanofibers are known to have beneficial applications in biomedical engineering. Yet, PAN does not have adequate mechanical properties for certain implementations, thus fillers are required for enhancement. Hexagonal boron nitride (hBN) nanoparticles are found to have promising characteristics, such as: biocompatibility, biodegradation, and ability to be tailored for specific applications in vivo uses. However, infections associated with the use of nanomaterials are still a challenge. Ozone is a highly active form of oxygen found in nature, soluble in water and has higher oxidative capacity than hydrogen peroxide, which is the reason why it has been used for sterilization, purification and decontamination. Ozone can be obtained through corona discharge method. The primary aim of this research study was to investigate the effects of ozone gas produced by corona discharge on bacterial inactivation and mechanical properties of PAN and PAN/hBN electrospun nanofibers. The objectives of this study were to: - Prepare 8wt% PAN and mechanically enhanced 8wt% PAN nanofiber mats incorporating 5% hexagonal boron nitride nanoparticles as fillers; - Design and build corona discharge experimental sterilization setup in order to produce validated ozone gas for sample sterilization; - Evaluate the bacteria inactivation effect of ozone gas sterilization on PAN and PAN/hBN nanofibers after a 15 and 30-minute ozone gas exposure; - Evaluate the morphology of PAN and PAN/hBN nanofibers before and after exposure to ozone and steam; - Assess mechanical properties for PAN and PAN/hBN nanofiber mats, prior and post-sterilization (ozone exposed and autoclaved nanofibers), using Dynamic Mechanical Analysis (DMA) as a mechanical characterization technique. In order to achieve the desired objectives, 8wt% PAN solution and 8wt% PAN based electrospinning solution with incorporation of 5% hBN as a nanofiller was prepared to fabricate mechanically enhanced nanofiber scaffolds. High resolution Scanning Electron Microscope (SEM) was used to study morphology, diameter, structure, and eventual artifacts in the PAN and PAN/hBN blended electrospun nanofibers prior and post-sterilization. A corona discharge chamber was designed and built to produce validated ozone gas for sterilization. PAN and PAN/hBN mats were sterilized by autoclave to investigate the effect steam sterilization had on eletrospun nanofibers compared to ozone gas exposure. The Spread Plate Method evaluated the bacteria inactivation effect of ozone on the mats after a 15 and 30-minutes ozone exposure period. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) characterized the mechanical properties of nonsterile, ozone exposed and autoclaved PAN and PAN/hBN electrospun fibrous scaffolds. SEM images of PAN and PAN/hBN electrospun showed that the surface of blended nanofibers was uniform and smooth with the average nanofiber diameter range between 320 and 550nm for 8wt% PAN and 280-400nm for PAN/hBN electrospun mat with no significant changes in their surface topography nor morphology after exposure to ozone gas. PAN and PAN/hBN nanofibers sterilized by autoclaving showed a tendency to overlap, intercross and form thick and dense mesh. A decrease in the nanofiber range for autoclaved 8wt% PAN mat was evident and statistically significant (p0.05). A clear agar plate indicates that there was no bacterial growth after 15 and 30-minutes ozone gas exposure. These findings indicate that ozone gas sterilization is a nondestructive method and a good candidate for the sterilization of PAN and PAN/hBN nanofiber scaffolds.
Benzer Tezler
- Reaktif oksijen türleri kullanılarak tıbbi ekipmanların sterilizasyonun yapılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the feasibility of sterilization of medical equipment using reactive oxygen species
HESNA ÖZBEK ÜLKÜTAŞ ATALAY
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNAN GÜLER
- Korona boşalmalarının tutuşmasında ve sönümlemesinde yüksek frekans etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of high frequency effect on the ignition and damping of corona discharges
İLKER ARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEVZİ HANSU
- Atmosferik nemin yüksek gerilim hava hatlarında gerçekleşen korona kayıpları üzerindeki etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of effect of atmospheric humidity on corona losses occured in high voltage transmission lines
RIDVAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEVZİ HANSU
- Korona boşalmasının yakıt pili verimine olan etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of corona discharge on fuel cell efficiency
VEDAT TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ HANSU
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN SOLMAZ
- Enerji nakil hatlarında kullanılan haberleşme kablolarında çevresel etkilerin incelenmesi
Investigation of the external effects on the performance of communication cables installed at hv transmission lines
İBRAHİM GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUKDEN UĞUR