Development of cellulose aerogels and composites for medical textiles
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 654997
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ERKEY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Aerojeller gözenekli yapıları, yüksek yüzey alanları, düşük özkütleleri ve düşük ısı iletim katsayıları gibi kendine has özellikleri olan ayrı bir nanomalzeme türüdür. Uzun yıllardır, aerojellerin yara pansuman malzemesi olarak kullanımındaki rolü genişçe incelenmiştir ve günümüzde aerojeller bir çok sayıda biyomedikal uygulama için en çok umut vaad eden malzemeler olarak değerlendirilmektedir. Selüloz bazlı aerojellerin nano yapıda olması, biyoçözünürlükleri, sürdürülebilirlekleri, yenilenebilirlikleri, biyouyumlulukları, ve ayrıca yüksek spesifik yüzey alanı, düşük özkütle ve yüksek gözeneklilik gibi etkileyici özellikleri olması merak uyandırıcıdır. Bu nitelikli karaktersitik özellikler selüloz aerojel bazlı sargıları çeşitli yara pansuman malzeme uygulamalarında kullanımını sağlar. Bu çalışmada selüloz aerojeller sol-jel ve donma-çözme yöntemleriyle sentezlenmiştir. Sonrasında, ilaç salınım sistemleri ve dokumasız elyaf kompozit tabanlı yenilikçi selüloz aerojeller ilk defa sentezlenmiştir. Selüloz bazlı aerojeller ve kompozitleri çok yenilikçi medikal tekstil uygulamalarında kullanım için oldukça yenilikçi ve elverişlilerdir. İlaçların jelleşme öncesi herhangi bir basamakta eklenmesi ilaçları selüloz aerojellere yüklemek için daha önceden uygulanan yöntemlerden birisidir, fakat bu yöntemin ilaçların süperkritik karbondioksitte (scCO2) düşük çözünürlüğü ve farmasötik ajanların jel oluşturan diğer reaktantlar ile tepkimeye girmesi gibi çeşitli dezavantajları vardır. İlaç yüklemede alternatif bir yöntem, jelleşmeden sonra ilaç solüsyonu ile ilaçları etkileşime geçirip ilaçların jelin gözeneklerinin içine difüze olmasını sağlamaktır. Bu ilaç yüklenmiş jeller scCO2'ya maruz kaldığı zaman, bu yöntem hem çözücüyü gözeneklerden atar hem de ilaçların gözeneklerin içine çökmesini sağlar. Parasetamol selüloz aerojel matriksine yüklenmiş model ilaç olarak kullanılmıştır. İlaçları aerojel matriksine yüklemek için bir diğer umut vaat eden yöntem süperkritik deposizyondur. Superkritik karbondioksit düşük kritik basıncı ve sıcaklığı sebebiyle en yaygın kullanılan akışkanlardan biridir. ScCO2 reaksiyona girmeyen, yanıcı olmayan ve farmasötik malzemeler için iyi bir çözücü olarak bilinir. ScCO2 suda çözünmeyen ilaçlar için uygun bir alternatiftir ve scCO2'da yüksek çözünürlüğü olan maddeler için kullanılabilir. Örnek olarak, kamfor model bir ilaç olarak yüksek çözünürlüğü saysesinde bu yöntemle selüloz aerojel matriksine yüklenmiştir. Yöntem ilacın scCO2'da çözünmesi ile başlar ve selüloz aerojele maruz kalması sonrası basınç azaltma ve scCO2'in atılması ile devam eder. Böylece scCO2 selüloz aerojelden içeride kamforu bırakarak ayrılır. SEM ve IR sonuçları aerojel içinde parasetamol ve kamfor varlığını göstermektedir. İlaç salınımı uyglamalarında potansiyel malzemeler olduğunu göstermek üzere PBS solüsyonunda ilaç yüklenmiş selüloz aerojellerden parasetamol çıkışı incelenmiştir. İncelemeler bu malzemelerin 13 saate kadar geciktirilmiş salınımı elde ederek uygunluğunu açığa çıkartmıştır. ScCO2 deposizyon tekniği ile, kamforun selüloz aerojellere %50'ye kadar yüksek oranda yüklemesi elde edilmiştir ve bu sayede bu malzemeler yara pansuman uygulamalarında ilaç taşıma için uygun hale gelmiştir. Ayrıca selüloz aerojellerin polyester ve pamuk dokumasız kumaşlarla kompozitleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır. Polyester ve pamuk dokumasız kumaşlar selüloz aerojel solüsyonuna batırılmış ve 50oC'de 2 saat boyunca tutulmuştur, böylece selüloz aerojelerin dokumasız kumaş içerisinde oluşumu sağlanmıştır. Etanol ile çözücü değişimi sonrası, selüloz aerojel ve dokumasız kumaş kompozitleri oluşumu için jeller scCO2'ye maruz bırakılmıştır. SEM ve IR sonuçları dokumasız kumaş kağıtları içinde selüloz aerojel varlığını göstermiştir. Bir yara sızması emilme testi, aerojel ve pamuklu dokumasız kumaş kompozitlerinin yara pansuman malzemesi olarak performansını belirlemek için yapılmıştır. Yalın pamuklu kumaşa göre selüloz aerojel kompozit malzemeleri yüksek yara sızması emme performansı göstermiştir. Elde edilen kompozit malzeme yüksek gözenekli yapıdadır ve ortalama gözenek çapı 25 nm'dir. Ayrıca, malzemeye antimikrobiyal özellik katmak için gümüş, selüloz aerojel - pamuklu dokumasız kumaş kompozitlerinin çözücü değişimi sonrası 0.01 M gümüş nitrat solüsyonuna batırılması sonucu, yüklenmiştir.
Özet (Çeviri)
Aerogels are a peculiar category of nanomaterials that own some fascinating properties like porous structure, low thermal conductivity, high specific area and, low density. From years, aerogels are being widely been explored in wound dressing applications and currently, aerogels are considered the most propitious material for numerous biomedical applications. It is intriguing that cellulose based aerogels own nanosized structure, biodegradability, sustainability, renewability, and biocompatibility and also have fascinating properties such as low density, high specific surface area and high porosity. These qualitative characteristics enable cellulose aerogel-based dressings to be utilized in many wound dressing applications. In this study, pure aerogels were developed using the sol-gel and freeze-thaw method. Moreover, novel cellulose aerogel-based drug delivery systems and nonwoven fibrous based composites were synthesized. These cellulose-based aerogels and composites are remarkable materials and can be chosen for innovative medical textile applications. Addition of the drug in any of the steps before gelation is one of the previous methods used to load drugs into cellulose aerogels, but this technique has some disadvantages like low solubility of drugs in supercritical carbon dioxide (scCO2) and possible reactions of pharmaceutical agents with other reactants in gel formation. An alternative technique to load drugs is by contacting it with the drug solution after gelation and allow the drug to diffuse into the pores of gel. ScCO2 drying method is used in this study and it has an advantage of not only removing the solvent from the gel pores but also causes the drug precipitation into the aerogel pores. Paracetamol was used as a model drug loaded in to cellulose aerogel matrix using the same technique. Another promising method to load drugs in to the aerogel matrix is by supercritical deposition. Supercritical carbon dioxide is one of the widely used corresponding fluid, because of having low critical pressure and temperature. ScCO2 is thought to be inert, non-flammable and can be a good solvent for dissolving pharmaceutical compounds. ScCO2 medium is an appropriate replacement for water-insoluble drugs and is applicable to compounds with higher solubility in scCO2. For instance, camphor was used as a model drug because of its high solubility and is incorporated in to cellulose aerogel matrix using supercritical deposition method. The process starts with the solubilization of drug in scCO2, and is exposed to cellulose aerogel followed by depressurization and removal of scCO2. Thus, the scCO2 leaves the cellulose aerogel matrix with camphor inside. The SEM and IR results indicated the presence of paracetamol and camphor in the aerogel. The paracetamol release from loaded cellulose aerogels in PBS solution was investigated, displaying the possible use of these materials to act as drug delivery carriers. The investigation also yielded results that show that these materials can be suitable in being able to achieve a retarded release profile up to 13 hours. ScCO2 deposition technique produced camphor loaded cellulose aerogels with high loadings up to 50%, making them suitable drug carrier material in wound dressings. Composite materials of cellulose aerogel with polyester and cotton nonwoven were also synthesized using the sol-gel method. Polyester and cotton nonwovens were soaked in the cellulose gel solution and kept at 50oC for 2 hours, causing the formation of cellulose gel inside the nonwoven sheets. After the solvent exchange process, the gels were then subjected to scCO2 drying to attain cellulose aerogel nonwoven composites. SEM and IR results indicated the presence of cellulose aerogel inside the cotton nonwoven sheet. A wound exudate absorbency test was also carried out for cellulose aerogel cotton nonwoven composites to determine their performance as a wound dressing material. The cellulose aerogel cotton nonwoven exhibited high wound exudate absorbencies as compared to pure cotton nonwoven. The resulting composite material has high porosity, with an average pore diameter of 25nm. Furthermore, silver was loaded to these cellulose aerogel cotton nonwoven composites by soaking it in 0.01M solution of silver nitrate after solvent exchange to achieve antimicrobial properties.
Benzer Tezler
- Development of aerogel fibers and composites for textiles
Tekstiller için aerogel fiber ve kompozitlerinin geliştirilmesi
FAHEEM AHMAD
Doktora
İngilizce
2020
EnerjiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. CAN ERKEY
- Synthesis and characterization of novel sustainable dual crosslinked sodium carboxymethyl cellulose aerogels
Yenilikçi sürdürülebilir çift çapraz bağlı sodyum karboksimetil selüloz aerojellerin sentezi ve karakterizasyonu
ÖZGE PAYANDA KONUK
Doktora
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Organik kimyasallar ve ham petrol içeren kirlenmiş deniz suyunun tarımsal biyokütleden hidrofobik ve süper oleofilik karbon fiber aerojel üretilerek temizlenmesi
Cleaning of contaminated sea water containing organic chemicals and crude oil by production of hydrophobic and super oleophic carbon fiber aerogel from agricultural biomass
MERVE AYTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Yüksek performanslı ısı yalıtım malzemesi olan vakum yalıtım panellerinin bina uygulamaları için kullanımının karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Comparative investigation of high performance thermal insulation material vacuum insulation panels for building applications
EZGİ EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Mevcut yapıların enerphit standardı kapsamında bütünleşik olarak iyileştirilmesi: Yenişehir işçi konutları örneği
Holistic retrofitting of existing buildings within the scope of enerphit standard: Example of Yenişehir workers' housing
HAVVA KOCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
MimarlıkKarabük ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERVE TUNA KAYILI