Geri Dön

3D printed antibacterial herbal loaded alginate-pectin medical patch: Fabrication and characterization

3D baskı yardımıyla antibakteriyel bitkisel ekstrakt yüklü aljinat-pektin medikal yama: Üretimi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 843287
  2. Yazar: GHAZALEH DINI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoloji, Kimya, Biology, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 80

Özet

Bu tez çalışması ile etkili ve sürdürülebilir bir medikal yama geliştirmesi hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, kapsamlı ve çok disiplinli bir yaklaşımla, üç ana bölümden oluşmaktadır. Her bir bölümde farklı malzemeler sentezlenerek farklı kompozitler hazırlanmış, ardından bir arada kullanılarak hem yenilikçi ve hem de pratik bir ürün olan medikal yama 3B baskı yardımıyla hazırlanmış ve antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. İlk bölümde, medikal yamanın taban katmanı olarak kullanılacak malzemeler sentezlenmiştir. Bu amaçla bitkisel polimerlerden pektin ve selüloz gibi doğal polimerler seçilerek, laboratuvar ortamında güç, esneklik ve biyouyumluluk gibi gerekli gereksinimleri karşılayacak şekilde yeşil sentezle hazırlanmıştır. İkinci bölümde, bitkilerden antibakteriyel ajanların hazırlanmasına ağırlık verilmiştir. Bu bitkisel kaynaklı doğal ajanlar, sentetik alternatiflerine göre daha az toksisite ve daha iyi biyouyumluluk gibi birçok avantaja sahiptir. Ayrıca, bu ajanların kontrollü salınımı ve yara yerine hedeflenmiş teslimatı için nanokil taşıyıcılar hazırlanmıştır. Bu amaçla doğal Halloysit nanotüpleri (HNTs) taşıyıcı olarak hazırlanan ekstraktlarla doldurulmuştur. Çalışmanın üçüncü bölümünde çeşitli oranlarda aljinat ilavesinin hidrogel üzerine etkileri incelenmiş, sentezlenmiş selülozun yardımıyla, hidrojel ve kil malzemesini bir arada entegre ederek hem güçlü hem de esnek olan bir film yaması oluşturulmuştur. Tez çalışmasının son bölümünde ise hidrojellerin basımına geçilmiş, bu kısımda iki yöntem uygulanmıştır: İskelet kalıplama ve doğrudan basım. Gelişmiş 3B baskı teknolojisi kullanarak bir iskelet yapı oluşumuna yönelik maske tasarlanmıştır. Bu iskelet, hidrojel için yapı ve destek sağlarken, aynı zamanda hava akışına ve nem kontrolüne izin vereceği düşünülmüştür. Diğer yöntemde ise hazırlanan hidrojeller kişiye özel yamaya imkan verecek tasarımla 3B yazıcıda bastırılmıştır. Tez çalışmasının sonunda, antibakteriyel etki sayesinde iyileşmeyi teşvik eden ve enfeksiyonu önleyebilecek gelişmiş malzemeleri ve teknolojileri birleştiren antibakteriyel bir medikal yama hazırlanmıştır. 3B yazıcıyla yaraya özel tasarıma gidebilecek yenilikçi yaklaşım sayesinde, yara bakımını devrim niteliğinde değiştirme ve hasta sonuçlarını iyileştirme potansiyeline sahiptir. Yara iyileşmesi, birden fazla aşamayı içeren karmaşık ve detaylı bir süreçtir. Bu süreçte, enfeksiyonu önlemek ve dokunun yeniden büyümesini teşvik etmek için doğru türde yara örtüleri kullanmak çok önemlidir. İdeal bir yara örtüsü, yaranın nemli kalmasını sağlama, hava akışına izin verme, yarayı dış etkenlerden koruma, fazla sıvıyı emme ve yaranın zarar görmesini önlemek için kolayca çıkarılabilme gibi bazı önemli xxiv özelliklere sahip olmalıdır. Bu özellikler, yaranın hızlı ve sağlıklı bir şekilde iyileşmesine yardımcı olur. Hidrojeller, yara örtüleri için son yıllarda dikkat çeken mükemmel bir seçenektir çünkü benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptirler. Bu malzemeler yüksek derecede emici olup büyük miktarda suyu tutabilirler, bu da yaranın nemli kalmasına ve iyileşmeyi teşvik etmeye yardımcı olur. Ayrıca, hidrojeller gaz geçirgenidir, bu da havanın akmasına ve yaraya oksijen sağlanmasına olanak tanır. Ek olarak, hidrojeller antimikrobiyal özelliklere sahip olacak şekilde formüle edilebilirler, bu da bakterilere karşı savaşmaya ve enfeksiyonu önlemeye yardımcı olabilir. Bu özellikler sayesinde, hidrojeller yara iyileşmesini hızlandırabilir ve sağlıklı bir iyileşme sürecine katkıda bulunabilir. Bu çalışmada, E. coli ve S. aureus gibi yaygın yara bakterilerine karşı etkili olan pektin/alginate dayalı hidrojel yara örtüleri oluşturulmuştur. Hidrojelin poroz olması için 3D baskı teknolojisi kullanılarak 25mm x 25mm ve 50mm x 50mm boyutlarında toplam 16 ve 25 pin içeren özel şekilli bir iskelet tasarlandı. Tasarlanan bu iskelet kalıp olarak kullanılmıştır. Bu kalıba, 50:50 oranında pektin/alginate polimeri eklendi, hidrojel yapıya stabilite ve dayanıklılık kazandırmak için kalsiyum klorür (CaCl2) ile temasa getirilerek çapraz bağlanması sağlanmıştır. Bu teknik, kişiye özel yara iyileşmesini hızlandırmak ve enfeksiyonu önlemek için etkili bir yöntem olabilir. Yerel bitkisel antibakteriyel ajanlar olarak Türkiye'deki Malva sylvestris ve Cichorium intybus L bitkilerinden elde edilen bitkisel özütler kullanılmıştır. Yüksek kaliteli bitkisel özütler elde etmek için mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemleri ve membran destekli saflaştırma yöntemleri kullanılmıştır. Saflaştırma işlemleri sırasında diyaliz membranı kullanıldığından daha saf malzeme ele geçmiştir. Diyaliz membranı kullanımı, bitkisel ekstraktların zamanla bozunmasının da önüne geçmekte olduğu tesbit edilmiştir. Malva sylvestris ve Cichorium intybus L'nin bakterilere karşı etkinliği disk diffüzyon yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bu yöntem, bitki özütlerinin antibakteriyel etkinliğini değerlendirmek için kullanılır. HNT nanotüpleri doğal malzemelerden hazırlanmış, ardından bitkisel özütlerin taşıyıcısı olarak kullanılmıştır. Nanokiller hidrojel alanında hava akışına yardımcı olurken, ortama katılan gliserol plastikleştirici olarak kullanılmıştır. Hazırlanan nanokiller, bitkisel özütler için taşıyıcılar olarak tasarlanmıştır. Bu hidrojellerin bakteri büyümesini önlemedeki etkinliği, yaygın yara bakterilerine karşı, E. coli ve S. aurous'a karşı test edilmiş ve sonuçlar başarılı olmuştur. Ayrıca, bu hidrojellerin suyu emme yeteneği jelatin hidrasyon testi kullanılarak değerlendirilmiştir. Hidrojellerin davranışı da ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hidrofilik bir yara örtüsü, hızlı terapötik etki ve eksüdat emilimi için gereklidir. Bu özellik aynı zamanda nemli bir ortamı korumaya, yüksek kan emilimini teşvik etmeye ve erozyon kabiliyetini artırmaya yardımcı olur ve temas açılarıyla ölçülmüştür. Ayrıca, tez kapsamında çevreci biyopolimerler sürdürülebilir malzemeler olarak seçilen nar ve greyfurt kabuklarından pektin, selüloz ise nar kabuğundan sentezlenmesi, bu çalışmayı sürdürülebilir ve çevre dostu yapar. Ayrıca, pektin ekstraksiyon sürecinde sitrik asit yerine sıfır atık hedefine ulaşma amacıyla greyfurt suyu kullanılmış, pektin üretimi mümkün olmasına rağmen verimi düşük olduğu görülmüştür. xxv Sentezlenen hidrojellerin yapısı, özellikleri ve performansı detaylı bir şekilde incelenmiştir. Hidrojellerin özellikleri jelatin testleri aracılığıyla belirlenmiştir. Bu testler sayesinde, hidrojellerin mekanik özellikleri, şişme kapasitesi ve biyouyumluluğu gibi önemli parametreler değerlendirilebilir. Disk diffüzyon testleri ile seçilen bitki özütlerinin yaygın yara bakterilerine karşı antibakteriyel etkinliği göstereceği doğrulamıştır. Sentezlenen pektin ve selülozun kül içeriği testleri ve nem düzeyi ölçümleri, yüksek saflıkta oldukları görülmüştür. Tez çalışmasını son aşamasında, selüloz ve nanokil tabakası içeren hidrojellerden meydana gelen hidrojel kompozit hazırlanmıştır. 3D baskıya uygun hidrojel haline getirilmesinde jelatinden yararlanılmıştır. Sonuç olarak, Malva sylvestris veya Cichorium intybus L bitki özütü içeren hidrojellerin, yaraların tedavisinde antibakteriyel yamalar olarak büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, herhangi bir klinik uygulama öncesinde sitotoksite ve in vivo çalışma gerekmektedir. Bu çalışmalar sayesinde, bu hidrojellerin güvenliği ve etkinliği daha iyi değerlendirilebilir.

Özet (Çeviri)

This thesis focuses on a comprehensive and multi-disciplinary approach to the development of an effective and sustainable wound dressing. The thesis consists of three main parts, each layer building upon the previous to create a final product that is both innovative and practical. In the first part, the necessary materials such as pectin was synthesized in order to serve as the base layer of the wound dressing. This involves careful selection and testing of materials to ensure that it meets the necessary requirements for strength, flexibility, and biocompatibility. In the second part of the thesis, the antibacterial agents from herbal extracts were prepared. These natural agents offer several advantages over synthetic alternatives, including reduced toxicity and improved biocompatibility. Also, natural and biocompatible nanoclay as a carrier for these agents were used to controlled release, with the assistance of synthesized cellulose which was extracted from waste fruits, expected effects were improved, and targeted delivery to the wound area. In the third and final part of the thesis, advanced 3D printing technology was used in two ways. Firstly, a skeleton was designed for the prepared hydrogels using 3D printing. This skeleton provides structure and support for the hydrogel while allowing for air flow and moisture control. Secondly, the polymers (pectin:alginate/gelatin and nanoclay loaded ones themselves were 3D printed using Fused Deposition Modeling (FDM). We also integrated the hydrogel and clay material to form more hydrophilic film patch that is both strong and flexible. The final product is an antibacterial wound dressing that combines advanced materials and technologies to promote healing and prevent infection. This innovative approach has the potential to revolutionize wound care and improve patient outcomes. As it has been demonstrated in literature, wound healing is a complex and intricate process that involves multiple stages and requires the right type of dressings to prevent infection and promote the regrowth of tissue. The ideal dressing should have several key properties, including the ability to keep the wound moist, allow air to flow through, protect the wound from external contaminants, absorb excess fluid, and be easy to remove without causing additional damage to the wound. Hydrogels are an excellent choice for wound dressings due to their unique physical and chemical properties. These materials are highly absorbent and can retain large amounts of water, which helps to keep the wound moist and promote healing. A hydrophilic wound dressing is necessary for rapid therapeutic effect and absorption of exudate. This characteristic also helps to maintain a moist environment, promote high blood absorption, and enhance erosion capability and it was measured with contact angles. They are also permeable to gases, allowing air to flow through and providing xx oxygen to the wound. Additionally, hydrogels can be formulated to have antimicrobial properties, which can help to fight against bacteria and prevent infection. In this thesis, pectin was synthesized from pomegranate and grapefruit peels using citric acid extraction and cellulose was synthesized from pomegranate peels, making the study sustainable and environmentally friendly. Also, the fallen fruits from the grapefruit trees in the faculty garden were collected and utilized in the study, emphasizing their significant contribution to the fruit industry and agricultural research. Additionally, the effect of grapefruit juice instead of citric acid was alternatively used during the process of pectin extraction with the aim of achieving zero waste. Malva sylvestris and Cichorium intybus L, two local Turkish herbs, were used as antibacterial agents. The extraction of these herbs was done using microwave-assisted extraction with ethanol and membrane-assisted purification methods. Additionally, dialysis tubes which are kind of membrane, were used during the purification of antibacterial herbal extracts and the resulted extracts were compared with traditional extraction methods. The synthesized extracts were analyzed using optical spectroscopy techniques such as UV-Vis Absorption Spectroscopy. Herbal extracts were loaded into Halloysite nanotubes (HNTs) and injected into the hydrogel pores in order to help with air flow in the hydrogel area. Glycerol also used as a plasticizer. The process of extracting materials from plants and fruit wastes was also carried out using microwave-assisted synthesis methods, which are low-cost and time-efficient. The effectiveness of Malva sylvestris and Cichorium intybus L against bacteria was examined using the disc diffusion method. Their antibacterial activities were tested against E. coli and S. aurous that are effective two common types of wound bacteria to create pectin/alginate-based hydrogel wound dressings. Disc diffusion tests confirmed the antibacterial activity of the chosen plant extracts against common wound bacteria. To improve the effect of nanotubes such as high water absorbency and elongation as fillers of reinforced hydrogels composites, cellulose was synthesized. Ash content tests and moisture level measurements of the synthesized pectin and cellulose confirmed their high purity. In the next stage of the thesis, biopolymers and HNTs were combined to form a composite that was used to formulate a hydrogel that could be used inside a 3D printed skeleton. To design an effective antibacterial patch, 3D FDM printer were used. A patch-shaped skeleton with several pins were designed using 3D printing technology to make the hydrogel porous masks. The pectin/alginate based composites were poured on top of a cross-linker solution to form the hydrogel on the mask surface. Then, the pectin/alginate based hydrogels were cross-linked with calcium chloride (CaCl2). In the final stage of the thesis, formulated layer from cellulose and HNTs composite were prepared. These nanoclays were designed to act as carriers for herbal extracts. The effectiveness of these hydrogels in preventing bacterial growth was also tested against common wound bacteria, E coli and S. aurous and the results were successful. Additionally, the ability of these hydrogels to absorb water was evaluated using a gelatin hydration test. The behavior of the hydrogels was also examined in detail. In conclusion, the results showed that hydrogels containing either Malva sylvestris or Cichorium intybus L plant extract have great potential as antibacterial patches for xxi wound dressing. However, further in vivo studies are necessary before any clinical application can be made.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    685596

    Development of 3D printed pectin and gelatin based bioactive skin grafts

    3 boyutlu (3D) basılmış pektin ve jelatin esaslı biyoaktif deri greftlerinin geliştirilmesi

    NAZLI SERAY BOSTANCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    BiyomühendislikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞEN TEZCANER

    PROF. DR. NESRİN HASIRCI

  2. Tez No

    527735

    Antimicrobial properties of 3d printed silver nanowire/polylactide nanocomposites

    Üç boyutlu yazıcılarla basılmış polilaktit/gümüş nanotel nanokompozitlerin antimikrobik özellikleri

    İPEK BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

  3. Tez No

    677268

    Üç boyutlu yazıcı ile yapay kornea üretimi ve elektroeğrilmiş nanofiber yama ile kornea dokusunun desteklenmesi

    Fabrication of 3D printed artificial cornea and supporting the cornea with electrospun nanofiber patch

    SONGÜL ULAĞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Metalurji MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ŞENGÖR

  4. Tez No

    681889

    Yara örtüsü uygulamaları için nanopartikül ve antibiyotik yüklüdoku iskelelerinin 3D basımı

    3D printing of nanoparticle and antibiotic-loaded scaffolds forwound dressing applications

    SEMA TUĞÇE AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyoteknolojiYıldız Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA YÜCA

    DOÇ. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ

  5. Tez No

    890655

    Yeşil sentez gümüş nanopartikül katkılı nanofiber ile güçlendirilmiş polimetilmetakrilat (PMMA) rezin kompozitlerin üretilmesi ve antimikrobiyal ve mekanik aktivitelerinin değerlendirilmesi

    Production of polimethylmethacrylate (PMMA) resin composites with green synthesis silver nanoparticles doped nanofiber and evaluation of their antimicrobial and mechanical activities

    MERYEM ERDOĞDU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Diş HekimliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ RIZA TUNÇDEMİR

Geri Dön