Double layer thermoplastic polyurethane-gelatin electrospun wound dressings for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere elektroeğirme yöntemiyle üretilmiş termoplastik poliüretan-jelatin içeren çift katmanlı yara örtüsü
- Tez No: 741060
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER, PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Geleneksel yara örtülerinin yara iyileşmesi ve doku yenilenmesi hususunda gerekli tüm ihtiyaçları karşılamada yetersiz kalmasıyla birlikte, yenilikçi biyo aktif yara örtülerine olan ilgi gittikçe artmıştır. Biyo aktif yara örtüleri yarayı yalnızca dış etmenlerden korumakla kalmayıp aynı zamanda yara iyileşme sürecini de ivmelendirmektedir. Bu yara örtüleri doğal ve sentetik polimerlerden oluşan; köpük, film, hidrojel ve nanofiber yapı gibi farklı morfolojilere sahip; esansiyel yağ, antibiyotik, metal oksit ve katyonik organik içerikler ile bakteri çoğalmasını önleyecek maddeler içeren yapılar olabilirler. Bir yara örtüsü yara iyileşmesi için gerekli olan optimum şartları sağlamalıdır. Kullanılan yara örtüsü öncelikle yarayı dış etmenlerden koruyacak mekanik dayanıma sahip olmalıdır. Yara çevresinde oluşan eksudayı absorplarken yara çevresini kurutmamalı, gerekli gaz geçirgenliğini sağlamalı ama aynı zamanda da bakterilerin geçişini önlemelidir. Ayrıca yapıştırıldığı bölgeden çıkarılırken deriye zarar vermemelidir. Tüm bu özellikleri sağlamak amaçlandığında elektro eğrileme yöntemi ile yara örtüsü üretimi oldukça revaçta bir yöntem olmuştur. Elektro eğrileme yöntemi nano veya mikro boyutta fiber içeren yapıların oluşturulmasında kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, hazırlanan polimer çözeltisi şırınga ile çekilir ve güç kaynağına bağlanan iğne, şırıngaya takılır. Karşısında ise topraklanmış ve aluminyum folya ile kaplanmış bir yüzey bulunmaktadır. Güç kaynağının aktive edilmesi ile elektrik alan oluşur. Bu elektrik alanın etkisiyle şırınga iğnesinin ucuna gelen polimer çözeltisi damlası polarlanır ve küresel şekli bozularak Taylor konisi olarak adlandırılan konik bir şekle bürünür. Uygulanan elektrik alan arttıkça çözeltinin yüzey gerilimi yenilir ve iplikçik şeklindeki fiberler topraklanmış yüzeye rastgele şekilde toplanır. Bu yöntem ile düzgün fiberler elde etmek için öncelikle hazırlanan polimer çözeltisinin konsantrasyonu kritik seviyenin üzerinde olmalıdır. Konsantrasyonun kritik seviyenin altında olması polimer zincirleri arasında yeterli dolaşıklığı sağlayamayacağından elektro eğrileme yöntemi ile düzgün fiber oluşumunu mümkün kılmamaktadır. Bir başka önemli nokta ise kullanılan çözücünün iletkenliği ve dielektrik sabitidir. Güç kaynağı açıldığında ve böylece bir elektrik alan oluşturulduğunda çözeltinin dielektrik sabitinin yeterli olmaması durumunda Taylor konisi oluşumu gözlenemeyecektir. Polimer çözeltisinin yüzey gerilimi bir başka önemli kriterdir. Elektro eğrileme yöntemi temel olarak uygulanan elektriksel kuvvetlerin, polimer çözeltisinin yüzey gerilimini yenmesi ve sonrasında da fiber oluşturması prensibine dayanmaktadır. Yüzey geriliminin düşük olması prosesi kolaylaştırmaktadır. Tüm bunlara ek olarak ortamın sıcaklık ve nem koşulları da elektro eğrileme prosesi için önemli kriterlerdir. Elektro eğrileme yöntemi son yıllarda yara örtüsü yapımında oldukça tercih edilen bir yöntem olmuştur. Yüksek yüzey alanı/hacim oranı sağlaması, porlu bir yapı oluşturması gibi özellikleriyle kompleks bir biyolojik yapı olan ekstra sellüler matrisi taklit edebilmekte ve bu sayede de hücre hareketini ve yara iyileşmesini uyarmaktadır. Bunun yanında, sentetik ve doğal polimerlerin, biyoaktif maddelerin veya esansiyel yağların kullanımına da imkan vermektedir. Bu özelliklerinden dolayı da yara örtüsü gibi biyomalzemelerin yapımında oldukça sık tercih edilen bir yöntem haline gelmiştir. Çift katmanlı yara örtüleri derinin epidermis ve dermis tabakasını taklit etmelerinden dolayı oldukça tercih edilen bir yöntem olmuştur. Üst katmanda mekanik dayanımı yüksek, yarayı bakterilerden koruyacak poliüretan ve polikaprolakton gibi sentetik polimerler tercih edilirken, alt katmanda biyouyumlu, jelatin, kitosan ve kolajen gibi doğal polimerler tercih edilmektedir. Bu çalışmada, elektro eğrileme yöntemi kullanılarak çift katmanlı yara örtüsü yapılmıştır. Üst katmanda temel olarak, segmentli yapısından dolayı hem güçlü hem de esnek bir polimer olan termoplastik poliüretan kullanılmıştır. Alt katmanda ise biyouyumlu ve de bir kolajen kaynağı olan balık jelatini tercih edilmiştir. Yara örtüsüne antibakteriyel özellik kazandırmak ve içindeki aktif bileşenler sayesinde yara iyileşmesini hızlandırmak amacıyla sarı kantoron yağı (Hypericum Perforatum Oil, HPO) her iki katmana da ilave edilmiştir. Son aşamada iki katman arasındaki yapışmayı güçlendirmek amacıyla bir yüzey aktivasyon işlemi olan plazma uygulaması yapılmıştır. Hazırlanan yara örtüsüne yapısal ve kimyasal karakterizasyon, su buharı geçirgenliği, su absorpsiyonu ve antibakteriyel testler yapılmıştır. Elektron mikroskobu görüntülerine bakıldığında hem TPU hem de jelatin katmanı için düzgün nanolifler içeren yapıların oluştuğu görülmektedir. TPU katmanı için ortalama fiber çapı 1.66±0.71 𝜇m olarak belirlenmiştir ve bu koşullar yara örtüsü malzemesi olarak kullanım için uygundur. Jelatin fiberleri ise TPU fiberlerine göre daha ince yapılar olmasından dolayı yara örtüsü malzemesi için uygun kabul edilmektedir. Bu çalışmada hazırlanan örneklerden birine, katmanlar arasında daha iyi bir yapışma sağlamak amacıyla plazma işlemi uygulanmıştır. Bu sayede TPU katmanının yüzey enerjisi arttırılmış ve bu değişim temas açısı ölçümleriyle gözlenmiştir. Örneklerin Fourier dönüşümü kızılötesi spektrumları incelendiğinde; TPU, jelatin ve HPO için karakteristik pikler görülmüştür. Yağ ilave edilmiş TPU+HPO ve jelatin+HPO numunelerinde de yağı karakterize eden pikler gözlemlenmiştir. Bu durum yağın sisteme başarılı bir şekilde dahil edildiğini göstermektedir. Absorpsiyon testi yara örtüsünün yara çevresinde oluşan eksudayı absorplama kabiliyetini göstermektedir. Literatüre göre optimum absorpsiyon kapasitesi 2 g/g olarak belirlenmiş olup bu çalışmada hazırlanan yara örtüsü örnekleri kriteri sağlamaktadır. Su buharı geçirgenlik testi belirlenen süre için yara çevresinden kaybedilen su buharı miktarının ifadesidir. Optimum şartları sağlayan yara örtüsü yara çevresinin aşırı derecede kurumasına sebep olmadan fazla eksüdayı uzaklaştıracak derecede su buharı geçirgenliğine sahip olmalıdır. Bu oran sağlıklı deri için 204±12 g/m2.gün iken birinci derece yanıklar için 279±26 g/m2.gün olarak belirlenmiştir. Her ne kadar optimum bir yara örtüsü için yara çevresinde kurumaya sebep olmadan önerilen su buharı geçirgenlik değeri 2000-2500 g/m2.gün aralığında verilse de bu çalışmada test edilen 2 örnek için bulunan değerler (762.85±57.4 g/m2.gün ve 597.015±149.3 m2.gün ) orta derecede eksudaya sahip yaralar, birinci ve ikinci derece yanıklar için uygunluk göstermektedir. Bu çalışmada üretilen yara örtüsüne antibakteriyel özellik kazandırmak amacıyla sarı kantaron yağı kullanılmıştır. Antibakteriyel özellik yağın içindeki aktif bileşenler sayesinde kazandırılmaktadır. Ayrıca yağın lipofilik yapısı bakteri ve mantarların hücre duvarını bozarak hücresel solunumu ve iyonik alış verişi önlemektedir. Hazırlanan 2 örnek yağ içermeyen örnek ile kıyaslanmış ve her biri için gram pozitif ve gram negatif bakterileri üzerinde test yapılmıştır. Sonuçlara göre test edilen örneklerden biri hem gram pozitif hem de gram negatif bakteriler üzerinde en çok etkili olan numune olmuştur. Öte yandan yağ içermeyen örnek de antibakteriyel özellik göstermiş olup bunun jelatin polimer çözeltisine ilave edilen tanik asit sebebiyle olduğu düşünülmektedir. Tabakaların birbirine tutunmasını sağlamak için uygulanan plazmanın yara örtüsünün özelliklerine etkisini belirlemek için plazma uygulanan ve uygulanmayan örnekler kıyaslanmıştır. Plazma uygulaması yapılmayan numunenin absorpsiyon, su buharı geçirgenlik ve antibakteriyel özellik testlerinde plazma uygulaması yapılana göre daha yüksek değerler gösterdiği belirlenmiştir. Bunun sebebinin plazma uygulaması ile katmanlar arası daha sıkı paketleme sağlanması olduğu düşünülmektedir. Bu durum aktif maddelerin salınımını da geciktirmektedir. Bu nedenle plazma uygulanan numunenin uzun süreli testlerde daha iyi sonuç vereceği düşünülmektedir. Sonuç olarak bir yara örtüsünün gerekliliği olan özellikleri sağlayan, çift katmanlı yapısıyla epidermis ve dermis yapısına benzeyen ve literatürde benzer şekilde üretilen yara örtüleri ile uyumluluk gösteren bir yapı başırılı bir şekilde oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
Electrospinning is the technique to produce nano or micro scale fibers. Since this technique offers high surface area to volume ratio and porous structure, the dressing mimics the extracellular matrix (ECM). This technique gives the opportunity to use synthetic and natural polymers, active agents or essential oils, for that reasons it is a commonly preferred technique to produce wound dressings. Besides, to be able to add more features to the wound dressings double layer electrospun dressings have been made recently. Therefore, top layer which basicly includes synthetic polymers and active agents mimicks the epidermis layer, wheras sublayer with natural polymers and active agents mimicks the dermis layer of the skin. In this study, double layer nanofiber mats were produced by electrospinning technique. Each layer had a St. John's Wort oil (Hypericum perforatum oil) to provide a curative effect on the wound healing process. Top layer, which includes thermoplastic polyurethane (TPU) and Hypericum Perforatum Oil, was elastic, prevented water and pathogen transition and gave mechanical strength to the electrospun mat. On the other hand, the bottom layer which basically includes cold water fish gelatine and Hypericum Perforatum Oil firstly aimed to repair by being a source of collagen. With these properties the top layer and bottom layer mimic the epidermis and dermis layers of the skin, respectively. Besides, plasma treatment was applied as a surface activation technique for the TPU electrospun mat to have better adhesion to hydrophilic gelatin electrospun layer. By this way, better packing was obtained between the layers. Morphological and chemical characterization, water vapor transmission rate, absorption tests and antibacterial property test were done to the dressings. According to the result, a homogenous fiber structure was obtained. The Sample 2 showed antibacterial property and suggested for moderate to highly exudative wounds. On the other hand, Sample 3 which was a plasma treated sample also had homogenous, beadfree fiber structure, showed antibacterial activity and suggested for moderately exudative wounds, but it had lower active agent release during the test period due to better packing between the layers with plasma treatment. Sample 3 had lower active agent release during the test period. Therefore the sample could be suggested for long term remedies. Overall results indicated that obtained nanofiber dressings can be a good candidate as a wound dressing material.
Benzer Tezler
- Producing biodegradable micro-nanofibrous webs via solution blowing and melt blowing methods and their air filtration applications
Çözelti üfleme ve erıyık üfleme yöntemlerı̇yle bı̇yobozunur mı̇kro-nanofı̇bröz ağların üretı̇mı̇ ve bunların hava fı̇ltreleme uygulamaları
ANDINET KUMELLA ETICHA
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN ÇUĞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASİN AKGÜL
- Poli(laktik asit)/termoplastik poliüretan tabakalı kompozitlerin şekil hafıza özellikleri
Shape memory properties of poly(lactic acid)/thermoplastic polyurathane layered composites
CEREN TABAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. GÜRALP ÖZKOÇ
- Synthesis and characterization of polyurea formaldehydemicrocapsules filled with tung oil for preparation ofcomposite polylactic acid film for self healing applications
Kendini onarabilen polilaktik asit kompozit filmerindekullanılmak üzere tung yağı katklı poliüre formaldehitmikrokapsüllerinin sentezlenmesi ve karakterize edilmesi
GİZEM SEMRA ARITÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN SANLI ŞENTÜRK
- Teras çatılarda kullanılan pestil ve sıvı şeklindekisu yalıtım malzemeleri ve uygulamaları
Watertight insulating materials for flat roofs in the form of membranes and liquıds and their applications
SİBEL MÜTEVELLİOĞLU
- A new method for the preparation of polystyrene nanocomposites and their characterization
Yeni bir yöntemle polistiren nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
TÜRKER DUYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSELİ UYANIK