Geri Dön

Development and characterization of nanofibrous structures for atopic dermatitis treatment

Atopik dermatit tedavisi için nanolifli yapıların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 777912
  2. Yazar: NURSEMA PALA AVCI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FATMA BANU NERGİS, DR. ÖĞR. ÜYESİ NEBAHAT ARAL YILMAZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yenilikçi Teknik Tekstiller Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

Atopik dermatit (AD), cildin kurumasına, döküntüler ve iltihaplanmaların meydana gelmesine sebep olan kronik, kaşıntılı ve inflamatuar bir deri hastalığıdır. AD hastalığının şu ana kadar kesin bir tedavisi olmadığından dolayı dönemsel olarak şiddeti değişen hastalığın kontrol altına alınabilmesi amacı ile nemlendiriciler ve yumuşatıcı kremler; alevlenmeleri kontrol etmek ve kaşıntının giderilerek enfeksiyon riskinin en aza indirilmesi için de topikal ya da oral anti-inflamatuar ilaçlar veya sistemik kortikosteroidler uygulanmaktadır. Fakat sentetik ilaçların uzun süreli kullanımlarının birçok yan etkiye sebebiyet vermesinden dolayı, özellikle bu hastalıktan muzdarip olan kişiler arasında büyük çoğunluğu oluşturan küçük çocuklar ve bebekler için tavsiye edilmez. Bu nedenle ilaç tedavisine alternatif olarak hidrojeller, ıslak sargılı pansuman, antimikrobiyel tesktiller ya da doğal yağ katkılı yara örtüleri gibi çeşitli tamamlayıcı tedaviler geliştirilmiştir. Yara örtüleri yaraları çeşitli bakteri ve enfeksiyonlara karşı koruyarak yaralı bölgede hücre çoğalmasını destekleyen, cilt için gerekli oksijen sirkülasyonunu sağlarken aynı zamanda yara çevresinin nem dengesini koruyan yapılardır. Bu yapılar dokuma kumaşlar (gazlı bez), hidrojeller ya da nanolifli yüzeyler olabilir. Yara örtüleri üzerine ya da içerisine tedavi edici ajanlar eklenerek fonksiyonel hale getirilebilir. Tedavi edici ajanlar yara örtülerinin yüzeyine üretim sonrasında eklendiğinde, bu maddelerin salınımı verimli bir şekilde sağlanamaz. Sürekli salım elde etmek için, lif üretim aşamasında katkı maddelerinin farklı yöntemlerle liflerin içine hapsedilmesi gerekmektedir. Böylece tedavi edici maddelerin dozajını ayarlamak ve iyileşme sürecine göre kontrollü bir şekilde cilt yüzeyine aktarmak mümkündür. Bu nedenle son yıllarda elektrospinning yöntemi ile üretilen nanolifli yara örtüleri ile ilgili çalışmalar artmıştır. Elektroeğirme, nanoliflerin hazırlanması için yaygın olarak kullanılan, çok yönlü ve farklı malzemelere kolayca uyarlanabilen bir lif çekme yöntemidir. Elektroeğirme düzeneği; yüksek voltaj kaynağı, iletken polimer çözeltisi, şırınga, şırınga pompası, iğne/düze ve toplayıcı plakadan oluşur. Pompadan beslenerek şırınga ucuna gelen iletken polimer çözeltisi toplayıcı plaka ile şırınga ucu arasındaki elektrik alan etkisi ile bir kutuptan diğerine doğru uzayarak çekilirken, toplayıcıya ulaşmadan hemen önce polimerdeki çözücü uzaklaşır ve polimer katılaşarak, nano veya mikro boyutlu lifler şeklinde toplayıcı plaka üzerinde birikerek nanolifli yüzey oluşturur. Elektro eğirmede; solüsyon veya polimer özellikleri, iğne ucu ile kollektör (toplayıcı plaka) arasındaki mesafe, uygulanan voltaj miktarı, kolektör hareketi ya da nem, basınç ve sıcaklık gibi çevresel etkenler nanolif yapısını etkileyen parametrelerdir Elektroeğirme ile elde edilen yüzeylerin kontrollü salım özellikleri için yaygın olarak kullanılan üç farklı elektroeğirme yöntemi vardır. Bunlar karışım elektro eğirme, emülsiyon elektro eğirme ve koaksiyel elektro eğirmedir. Bu üç yöntem arasında sürekli salım özellikleri açısından değerlendirilebilecek iki yöntem emülsiyon ve koaksiyel elektroeğirmedir. Çünkü karışım elektroeğirme yöntemi ile üretilen lifler patlama salımı yaparak sürekli salım göstermezler. Emülsiyon elektroeğirme katkılı nanolif üretiminde kullanılabilecek uygun maliyetli ve basit bir yöntemdir. Bu yöntemde polimer çözeltisine eklenen sürfaktan yardımıyla yağ fazı sulu faz içerisinde homojen bir şekilde dağılarak bir emülsiyon oluşturur ve tek düzeli elektroeğirme mekanizması ile lifler üretilir. Bu yöntemle katkı maddelerini lif içerisine hapsetmek ve sürekli salınım sağlamak mümkündür. Yağların nanolif yapısı içerisine eklenmesi için kullanılan koaksiyel elektro eğirme yöntemiyle üretilen lifler çekirdek-kabuk yapısında olduğu için kontrollü salımın uzun süreli sağlanabileceği bir yöntemdir. Bu yapıyı elde etmek için kullanılan düzenekte, düze olarak biri diğerinin merkezinde bulunan iki ayrı iğne bulunmaktadır. Çekirdek yapıyı oluşturacak olan iç iğneden genellikle katkı maddesi içeren solüsyon, dış iğneden ise yapıya destek sağlayacak polimer solüsyonu geçer. Bu solüsyonların birbirine karışmayan solüsyonlar olması gerekmektedir. Eş eksenli lifler sayesinde sürekli salımın sağlanabilmesi, çekirdek lifindeki katkı maddesinin kabuk lifleri tarafından çevresel faktörlere karşı korunmasından ve patlama salımının engellenmesinden dolayıdır. Uçucu yağlar (EO'lar), çeşitli karmaşık kimyasal bileşikler içeren bitkilerden ekstrakte edilen yağlardır. Tarih öncesi zamanlardan beri, EO'lar antibakteriyel, antiviral, insektisidal, analjezik ve antiinflamatuar dahil olmak üzere çeşitli diğer tıbbi amaçlar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Pek çok EO doğası gereği uçucu olduğundan, yağları elyaf içine kapsüllemek, onları buharlaşma ve oksidasyondan korumanın ve aynı zamanda salınımlarını kontrol etmenin uygun maliyetli bir yoludur. Bu çalışmada kullanılan kekik yağı (TEO), timol ve karvakol gibi bileşenleri sayesinde yüksek antibakteriyel aktivite göstermektedir. AD hastalığında cilt yüzeyinde biriken S.aureus kolonizasyonu hastalığın alevlenmesine neden olduğundan TEO katkılı nanoliflerin üretim parametrelerinin belirlenmesi bu soruna çözüm olarak düşünülmüştür. Diğer bir nanolif katkı maddesi olarak ise hiperisisin ve hiperforin gibi bileşenleri sayesinde hücre çoğalmasını destekleyerek yara iyileşmesine katkı sağladığı literatür tarafından onaylanan Hypericum Perforatum yağı (HPO) seçilmiştir. Son olarak, δ-6-desatüraz enziminin eksikliği nedeniyle AD'li hastaların vücutlarında sentezlenemeyen esansiyel yağ asitlerinden biri olan Gama Linolenik asit (GLA) içeriği en yüksek Hodan yağı (BO) ile nanolifler üretilmiştir. GLA, AD hastalarında ciltte su kaybını önlemesi ve cildin bariyer fonksiyonlarını koruması açısından önemli bir bileşendir. Katkı maddelerine ek olarak nanolif üretiminde düşük toksisite ve cildin hücre dışı matriksini (ECM) taklit etmesi nedeniyle biyouyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilen polimerlerin kullanılması da önemlidir. Biyopolimerler, mantar, bakteri, ağaç veya farklı kabuklardan, hayvanlardan elde edilen biyouyumlu doğal polimerlerdir. Doğal polimerlere örnek olarak kitosan, jelatin, selüloz, kolajen, zein, hyaluronik asit vb verilebilir. Biyouyumlu sentetik polimerlere verilebilecek örnekler arasında da polilaktik asit (PLA), poliglikolik asit (PGA), polivinilalkol (PVA), polikaprolakton (PCL), polivinilprolidon (PVP), poliüretan (PU), polilaktik-ko- glikolik asit (PLGA) yer almaktadır Bu çalışmada, PVA, PCL ve PVP polimerleri ile emülsiyon ve koaksiyel elektrospinning yöntemleri kullanılarak uçucu yağ yüklü (hypericum perforatum yağı, kekik yağı ve hodan yağı) nanolif yapıların elde edilmesi amaçlanmıştır. Değişkenlerin nanolif yapıları üzerindeki etkileri, polimer tipi, polimer konsantrasyonu, uçucu yağ tipi, uçucu yağ oranı, yüzey aktif madde tipi ve yüzey aktif madde oranı gibi parametreler değiştirilerek değerlendirilmiştir. Nanolifli yapıların üretim ve karakterizasyon testlerine ek olarak, TEO içeren numunelerin antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak hidrofilik PVA polimeri ve HPO kullanılarak emülsiyon elektroeğirme yöntemi ile nanolifler üretilmiştir. Hazırlanan çözeltilerde emülsiyon oluşması için kullanılan yüzey aktif maddenin artan miktarlarda (ağırlıkça %2, %4 ve %6) kullanılmasının lif morfolojisine etkileri gözlenmiştir. Daha sonra hidrofilik bir polimer olan PVP ve hidrofobik PCL polimerleri ile ayrı ayrı emülsiyon nanolifler üretilmiştir. İki çözeltiye de hacimce 1:1 oranında karışım HPO:BO yağları eklenmiştir. Bu defa sürfaktan miktarı sabit tutularak ve artan yağ miktarının (hacimce %1, %2 ve %3) lif yapısına etkileri incelenmiştir. Eklenen yağların lif yapısına katılıp katılmadığının kontrol edilmesi için yağ yüklü nanoliflere FTIR analizleri yapılmıştır. Emülsiyon elektroeğirme yönteminde yağ ve sürfaktan etkisi ile alakalı yapılan çalışmalardan sonra koaksiyel nanoliflerin optimizasyonu için farklı polimer oranlarında PVP/PCL polimerlerinden çekirdek/kabuk yapılı nanolifler üretilmiştir. Üretilen liflerin morfolojileri incelenmiş, yüzeylerin hidrofiliklik/hidrofobiklik özelliklerini tespit etmek için su temas açısı testi yapılmış ve polimer oranlarının yüzey özelliklerine etkisi incelenmiştir. Sonuçlara göre çekirdekteki hidrofilik PVP polimerinin konsantrasyonu azaldıkça çözelti viskozitesi de azaldığından dolayı kabuk yapısına doğru polimer göçünden kaynaklı yüzeylerin temas açılarında azalmalar olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Optimizasyon çalışmaları sonucunda yağ yüklemesi yapmak amacıyla en uygun polimer oranı belirlenmiştir. Koaksiyel liflerde lifin çekirdek yapısını oluşturacak olan PVP polimerine TEO, BO ve TEO:BO (1:1 karışım) eklenerek nanolif üretimleri yapılmıştır. Üretilen numunelerin SEM görüntüleri, lif çapı dağılımları, FTIR ve antibakteriyel etkinlik testlerinin sonuçları incelenerek yorumlanmıştır. Son olarak, hem kabuk hem çekirdek yapısı hidrofobik PCL polimeri olan yağ katkılı koaksiyel nanolifler üretilmiştir. Kabuk polimer solüsyonu ağırlıkça %10'da sabit tutulurken, çekirdek polimer solüsyonu ağırlıkça %10 ve %8'de hazırlanmıştır. Çekirdek solüsyonlarına yağ katkı maddesi olarak TEO ve TEO:BO karışım yağları ve TX-100 yüzey aktif maddesi eklenmiştir. Elde edilen nanolifler, lif morfolojisi, yüzey hidrofilikliği ve salım davranışları açısından değerlendirilmiş, çözeltilerin viskozite ve iletkenlik değerleri ile lif yapıları arasındaki bağlantılar açıklanmıştır. Polimer çözeltisine eklenen TX-100 yüzey aktif maddesinin hidrofobik PCL polimerinden üretilen nanolifleri hidrofilleştirdiği gözlemlenmiştir. Tezin sonunda gelecek çalışmalar için öneriler sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

Atopic dermatitis (AD) is a chronic, itchy, and inflammatory skin disease that causes dry skin, rashes, and inflammation. Since AD has no definitive treatment so far, moisturizers and softening creams are used to control the disease, whose severity changes periodically; Topical or oral anti-inflammatory drugs and systemic corticosteroids are applied to control exacerbations and to minimize the risk of infection by relieving itching. However, since long-term use of synthetic drugs causes many side effects, it is not recommended for young children and infants, who make up the majority of people suffering from this disease. For this reason, various complementary treatments such as hydrogels, wet dressings or natural oil-added wound dressings have been developed as an alternative to drug therapy. Wound dressings are structures that protect the wounds against various bacteria and infections, support cell proliferation in the injured area, provide the necessary oxygen circulation for the skin, and at the same time maintain the moisture balance of the wound environment. These structures can be woven fabrics (gauze), hydrogels or nanofiber surfaces. Wound dressings can be made functional by adding therapeutic agents on or inside the structure of dressings. When therapeutic agents are added to the surface of dressings post-production, they cannot be released efficiently. In order to achieve sustained release, additives must be trapped in the fibers by different methods during the fiber production phase. Thus, it is possible to adjust the dosage of therapeutic agents and transfer them to the skin surface in a controlled manner according to the healing process. For this reason, studies on nanofiber wound dressings produced by electrospinning method have increased in recent years. Electrospinning is a widely used fiber spinning method for the preparation of nanofibers, versatile and easily adaptable to different materials. Electrospinning apparatus consists high voltage source, conductive polymer solution, syringe, syringe pump, needle/nozzle and collector plate. While the conductive polymer solution, which is fed from the pump and comes to the syringe tip, is drawn from one pole to the other by the electric field effect between the collector plate and the syringe tip, while the solvent in the polymer is removed just before it reaches the collector, and the polymer solidifies, accumulating on the collector plate in the form of nano or micro-sized fibers, forming a nanofiber surface. In electrospinning; Solution or polymer properties, the distance between the needle tip and the collector (collector plate), the amount of applied voltage, the collector movement or environmental factors such as humidity, pressure and temperature are the parameters that affect the nanofiber structure. There are three different electrospinning methods commonly used for the controlled release properties of electrospinning surfaces. These are blend electrospinning, emulsion electrospinning and coaxial electrospinning. Two methods whose sustained release properties can be compared among these three methods are emulsion and coaxial electrospinning. Because the fibers produced by the blend electrospinning method do not show continuous release by making burst release. In the emulsion electrospinning method, the oil phase and the aqueous phase form an emulsion with the help of surfactant added to the polymer solution, and fibers are produced with a single nozzle electrospinning mechanism. With this method, it is possible to encapsulate the additives in the fiber and provide continuous release. The fibers produced by the coaxial electrospinning method are in the core-shell structure. Therefore, sustained release for a long time can be achieved. The nozzle used to obtain this structure has two separate needles, one in the center of the other. Essential oils (EOs) are oils extracted from plants that contain a variety of complex chemical compounds. Since prehistoric times, EOs have been widely used for a variety of medicinal purposes, including antibacterial, antiviral, insecticidal, and analgesic and anti-inflammatory. Because many EOs are volatile by nature, encapsulating oils into the fiber is a cost-effective way to protect them from evaporation and oxidation while also controlling their release. Thyme oil (TEO) used in this study shows high antibacterial activity thanks to components such as thymol and carvacol. Since S.aureus colonization accumulating on the skin surface in AD disease causes exacerbation of the disease, the production of nanofibers containing TEO has been considered as a solution to this problem. On the other hand, Hypericum Perforatum oil (HPO), which has been approved by the literature to contribute to wound healing by supporting cell proliferation thanks to its components such as hypericisin and hyperforin, was chosen as another nanofiber additive. Finally, nanofibers were produced with Borage oil (BO) with the highest Gamma Linolenic acid (GLA) content, which is one of the essential fatty acids that cannot be synthesized in the bodies of patients with AD due to the deficiency of the δ-6-desaturase enzyme. GLA is an important component in AD patients in terms of preventing water loss in the skin and protecting the barrier functions of the skin. In addition to additives, it is also important to use biocompatible and biodegradable polymers in nanofiber production due to their low toxicity and mimicry of the skin's extracellular matrix (ECM). Examples of these polymers are polyvinylalcohol (PVA), polycaprolactone (PCL), polyvinylprolidone (PVP) used in the thesis. In this study, it was aimed to obtain essential oil loaded (hypericum perforatum oil, thyme oil and borage oil) nanofiber structures using emulsion and coaxial electrospinning methods using PVA, PCL and PVP polymers. The effects of the variables on nanofiber structures were evaluated by changing parameters such as polymer type, polymer concentration, essential oil type, essential oil ratio, surfactant type and surfactant ratio. In addition to the production and characterization tests of nanofibrous structures, the antibacterial properties of TEO-containing samples were investigated. Firstly, nanofibers were produced by emulsion electrospinning method using hydrophilic PVA polymer and HPO. The effects of increasing amounts of surfactant used for emulsion formation in the prepared solutions on fiber morphology were observed. Then, emulsion nanofibers were produced with hydrophilic polymers PVP and hydrophobic PCL polymers separately. This time, the amount of surfactant was kept constant and the effects of the increased amount of oil on the fiber structure were examined. After studies on the effect of oil and surfactant in emulsion electrospinning method, nanofibers were produced from PVP/PCL polymers at different rates for the optimization of coaxial nanofibers. The morphologies of the produced fibers were examined, the hydrophilicity/hydrophobicity test was performed on the surfaces and the effect of polymer ratios on the surface properties was investigated. As a result of the studies, the most suitable polymer ratio was determined for oil loading. Oil-loaded fiber productions were made by adding TEO, BO and TEO:BO (1:1 v/v mixture) to the PVP polymer, which will form the core structure of the fiber in coaxial fibers. The results of SEM images, fiber diameter distributions, FTIR and antibacterial activity tests of the produced samples were analyzed and interpreted. Finally, oil-loaded nanofibers with a hydrophobic PCL polymer core/shell structure were produced. While the shell polymer solution was kept constant at 10% wt PCL, the core polymer solution was prepared at 10% wt PCL and 8% wt PCL. TEO and TEO:BO mixed oils were added to the core solutions as oil additives. The obtained nanofibers were evaluated in terms of fiber morphology and surface hydrophilicity, the connections between the viscosity and conductivity values of the solutions and fiber structures were explained, and suggestions for future studies were presented.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    773473

    Protein esaslı yara örtüsü geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and caracterization of protein based wound dressing

    MUSTAFA GEYSOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyomühendislikSüleyman Demirel Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FUNDA CENGİZ ÇALLIOĞLU

  2. Tez No

    542762

    Doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere grafen oksit temelli polimerik nanofibröz doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of graphene oxide based polymeric nanofibrous tissue scaffolds for tissue engineering applications

    RUMEYSA HİLAL ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Biyomühendislikİstanbul Medeniyet Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT KAZANCİ

  3. Tez No

    400751

    Functionally graded scaffolds for the engineering of interface tissues using hybrid twin screw extrusion/electrospinning technology

    Başlık çevirisi yok

    CEVAT ERİŞKEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Mühendislik BilimleriStevens Institute of Technology

    PROF. DİLHAN M. KALYON

    PROF. HONGJUN WANG

  4. Tez No

    593671

    Süper emici nano lifli malzeme üretimi ve karakterizasyonu

    Super absorbent nano fibrous material production andcharacterization

    BUKET GÜLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FUNDA CENGİZ ÇALLIOĞLU

  5. Tez No

    323855

    Nanolif yara örtücü yüzeylerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of nanofiber wound dressings

    ZARİFE DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ DEMİR

Geri Dön