Novel MOF/aerogel composites ((MOFACs) for drug delivery purposes
Metal-organik kafes (MOF)/ aerojel kompozitlerinin ((MOFACların) i̇laç saliniminda kullanimi
- Tez No: 703485
- 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: 100
Özet
Yeni tür nanoyapılı malzemelerden Metal-Organik Kafes (MOF)/Aerojel kompozitleri (MOFAC) elverişli özellikleri sayesinde her geçen gün dikkatleri çekmektedir. Mikro-/mezogözenekli MOF'ların mezo-/makrogözenekli aerojellerle kombinasyonu hiyerarşik olarak farklı gözenekleri birleştirmektedir. MOFAC'lar, yüksek yüzey ölçümleri, kombine morfolojileri, mekanik, fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri sayesinde birçok uygulamada göze çarpan performanslar sergilemektedir. İlaç salınımı konusundaysa hem MOF'lar hem aerojeller ayrı ayrı sıkça araştırılmaktadır. Çok modlu gözenek kombinasyonlu MOFAC'lar ise ilaç salınımı konusunda umut vadetmektedir. Bu çalışmada 3 farklı MOF (Fe-BTC, ZIF-8 ya da UiO-66) ve kalsiyum aljinattan oluşan MOFAC'lar sentezlendi. Mikrogözenekli MOF'lar, mezo ve makrogözenekli aerojel matrislerinin içine basit karıştırma ve damlatma teknikleri kullanılarak dahil edildi ve bu şekilde küre boncuk şeklinde kompozitler elde edildi. Sentezlenen kompozitler, azot adsorpsiyonu, XRD, SEM ve FTIR ile karakterize edildi. Azot adsorpsiyonu çalışması, sentezlenen MOFAC'ların hiyerarşik olarak makro-, mezo- ve mikrogözenekli olduğunu, MOF'ların mikrogözeneklerinin açık ve ulaşılabilir olduğunu ortaya koydu. XRD analizi MOF'ların zarar görmediğini ve kristal yapıda kaldığını gösterdi. FTIR analizi ise MOF ve aerojellerin kompozit içerisinde fiziksel bir karışım oluşturduğunu gösterdi. Sentezlenen kompozitlere daha sonra parasetamol veya ibuprofen ilaçları yüklendi. Parasetamol, etanollü solüsyonundan SAS (süperkritik antisolvent çökelmesi) ile gözeneklerin içerisine yüklenirken, ibuprofen süperkritik CO2 solüsyonundan yüklendi. Yüklenen ilaç miktarını ve ilacın kompozit içerisinde dağılımını belirleyen faktörler araştırıldı. Parasetamol yüklemelerinin ilacın etanol içindeki konsantrasyonuna hayli bağlı olduğu ve bununla da limitli olduğu gözlemlendi. Ayrıca süperkritik kurutma öncesi ekstraksiyon kabına konan fazlalık ilaç solüsyonunun da yükleme miktarında önemi olduğu gözlemlendi. 1.2 M yükleme solüsyonu ve fazlalık solüsyon kullanımı ile ağırlık olarak yaklaşık %70 parasetamol yüklendi. Süperkritik CO2 solüsyonundan ise ağırlık olarak % 20 ibuprofen yüklemesi gerçekleştirildi. Daha sonra ise yüklenen ilaçların PBS tampon çözeltisine veya suya salınımları araştırıldı. Fe-BTC/aljinat aerojel kompozitlerinin parasetamol salınımında, ZIF-8/aljinat aerojel kompozitlerinin ise ibuprofen salınımında umut vadettiği gözlemlendi. Kompozitlerin içinde artan MOF miktarı salınımın yavaşlamasını sağladı. Son olarak, salınım kinetikleri Korsmeyer-Peppas modeli kullanılarak incelendi. Ana salınım mekanizması olarak difüzyon görülmüş, bazı PBS'e salınan fazlalıklı sistemlerde şişme de gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Composites of MOFs and aerogels (MOFACs) are a new class of nanostructured materials attracting increasing attention due to their favorable properties. The combination of micro-/mesoporosities of MOFs with meso-/macroporosities of aerogels makes MOFACs hierarchically multimodal porous materials. MOFACs with their high surface areas, combined morphological, mechanical, physicochemical and functional properties of both MOFs and aerogels have demonstrated outstanding performances in various applications. In the field of drug delivery, MOFs and aerogels have both been investigated extensively. Combining bimodal porosity and functionality of both MOFs and aerogels is a promising area for drug delivery applications. In this study, novel Metal-Organic Frameworks/Aerogel composites (MOFACs) comprised of different types of MOFs (Fe-BTC, ZIF-8 or UiO-66) and calcium alginate were synthesized. Spherical bead shaped composites were obtained by incorporating microporous MOFs into meso- and macroporous aerogel matrix by simple mixing combined with dripping technique. The composites were characterized with nitrogen sorption, XRD, SEM and FTIR. The nitrogen adsorption study showed that the MOFACs synthesized had achieved hierarchically macro-, meso- and micro porosities and MOFs micropores were open and accessible. XRD analysis revealed that the MOFs were intact and in crystalline form. FTIR study showed that the MOF and alginate matrix formed a physical mixture in the composite. The synthesized composites were further loaded with two different drugs paracetamol (acetaminophen) or ibuprofen. Paracetamol was loaded from ethanolic solutions via SAS (supercritical antisolvent precipitation) inside the pores whereas ibuprofen was loaded from supercritical CO2 solutions. The factors that affect the loading amount and distribution of the drug inside the composite matrix were investigated. Paracetamol loadings were found to be highly dependent on and limited by the drug concentration in ethanolic loading solutions as well as having excess solutions in the extraction vessel prior to supercritical drying. Almost 70 wt% paracetamol loadings were achieved with 1.2 M loading solutions and having excess solutions. Around 20 wt% ibuprofen loadings were achieved from supercritical CO2 solutions. The release behavior of the drugs from the composite matrices to PBS buffer or distilled water were investigated. It was shown that the Fe-BTC/Alginate composites were promising for paracetamol delivery and ZIF-8/Alginate composites were found to be promising for ibuprofen delivery as both systems achieved delayed drug delivery with increasing amounts of MOF content in the composites. Lastly, all release kinetics were fitted into Korsmeyer-Peppas model. It was found that Fickian diffusion is the main transport mechanism while some PBS systems with excess solutions also showed swelling behavior.
Benzer Tezler
- Vanadyumun karboksil ve amin grupları içeren ligantlarla oluşturduğu yeni koordinasyon bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of novel coordination compounds with vanadium incorporporated ligands containing carboxylate(s) and amine(s) groups
MÜRÜVVET DÜZ
- Hidrotermal ve mikro dalga sentez yöntemleriyle naftalin-2,6-dikarboksilik asit ile 4,4-bipiridinin vanadyum bileşikleriyle reaksiyonlarının incelenmesi
Investigation of reactions of naphthalene-2,6-dicarboxylic acid and 4,4-bipyridine with vanadium compounds in hydrotermal and micro wave synthetic methods
MURAT SARI
- The impact of force field on the computational screening of MOFs for CO2 separations
CO2 ayırmaları için metal-organik yapıların bilgisayar destekli taranmasında kuvvet alanının etkisi
DERYA DOKUR TEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Composites of porous materials with ionic liquids: Synthesis, characterization, and selective gas sorption applications
Porlu materyallerin iyonik sıvılarla kompozitleri: Sentez, karakterizasyon ve seçici gaz ayırma uygulamaları
ÖZCE DURAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER UZUN
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Grafen oksit/metal organik kafes (MOF) hibrit membranların geliştirilmesi ve su arıtımında kullanılması
Development of graphene oxide/metal organic framework (MOF) hybrid membranes and their usage in water treatment
GÜLCİHAN ÖZDEM
