Geri Dön

Comprehensıve analysıs of vıtamın D3 adsorptıon and monıtorıng usıng QCM wıth hydrophobıc algınate-halloysıte nanoclay composıte bılayers

Hidrofobik aljinat-halloysit nanokil kompozitleri QCM kullanılarak D3 vitamini adsorpsiyonu ve izlenmesinin kapsamlı analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 868594
  2. Yazar: MERVENUR KİRAZOĞLU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  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: 119

Özet

Sensör teknolojisi günümüzde birçok endüstri alanında kullanılan önemli bir araç haline gelmiştir. Bu teknoloji sayesinde çeşitli kimyasal ve biyolojik maddelerin algılanması ve ölçülmesi mümkün hale gelmektedir. Bu noktada, Kuvars kristal mikro terazi (QCM) sensörü önemli bir yere sahip olarak karşımıza çıkmaktadır. QCM biyosensörleri analitik tekniklere bir alternatif sunar. Oldukça hassas kütle algılama yeteneklerine ve bağlanma olaylarını gerçek zamanlı olarak izleme yeteneğine sahiptir. QCM, kuvars kristalinin titreşim frekansını kullanarak çok küçük kütle değişimlerini ölçen hassas bir cihazdır. QCM, bir kuvars kristali üzerine yapışan veya adsorbe olan maddelerin kütlesinin neden olduğu frekans değişikliklerini analiz ederek çalışır. Bu sayede, nanogram düzeyinde kütle değişikliklerini yüksek hassasiyetle tespit edebilir veya takip edebilir. Ekonomik ve pratik faydalara ek olarak QCM algılama, biyosensörlerde birçok doğal avantaj sağlar. İlk olarak, QCM'nin hızlı tepkisi, bağlama sürecinin gerçek zamanlı izlenmesine ve analizine olanak tanır. Araştırmacıların, proteinin sensör yüzeyine bağlanma ve ayrışma oranları gibi bağlanma kinetiğini ölçmesini sağlar. Bu bilgi, proteinin davranışını anlamak ve yeni ilaçlar veya teşhis araçları geliştirmek için çok önemlidir. İkinci olarak, benzerlik olaylarını tespit etmek için etiketleme gerekliliğini ortadan kaldırır. Bu karmaşıklığı azaltır ve daha akıcı algılama süreçlerine olanak tanır. Üçüncü olarak, diğer algılama tekniklerinden farklı olarak QCM, çevredeki ortamın optik özelliklerine bağlı değildir, bu da onu çok yönlü ve daha geniş bir ortam yelpazesinde uygulanabilir kılmaktadır. Diğer bir avantaj ise çözelti ve biyoarayüz içindeki viskozite ve viskoelastisitedeki değişiklikleri tespit edebilme yeteneğidir. Bu yetenek, meydana gelen moleküler etkileşimler ve bağlanma olayları hakkında değerli bilgiler sağlar. Son olarak, QCM algılama, elektrokimya veya spektrofotometri gibi diğer transdüksiyon teknikleriyle kolayca birleştirilebilir, böylece çok yönlülüğü geliştirilerek potansiyel olarak algılama hassasiyeti arttırılır. Vitamin algılama gibi önemli bir uygulama alanında QCM sensorleri çok büyük faydalar sağlamaktadır. Çünkü vitaminlerin doğru konsantrasyonlarda alınması vücut sağlığı açısından son derece önemlidir. QCM sensörleri, vitaminlerin algılanması ve ölçülmesi konusunda yüksek hassasiyet ve doğruluk sağlayarak, sağlık profesyonellerine ve tüketicilere önemli bilgiler sunmaktadır. Bu sayede, kişilerin vitamin alımını doğru bir şekilde yönetmeleri ve sağlıklı yaşamaları mümkün hale gelmektedir. QCM sensörleri, imalat cihazlarındaki sınırlamalar nedeniyle kaplama için küçük moleküllerin kullanılmasında zorluklarla karşı karşıya kalmıştır. Bu durum sürekli ortamlara uygun QCM sensörlerinin tasarlanmasını zorlaştırmıştır. Bununla birlikte kompozit malzemeler, kuvars kristal yüzeylerinin değiştirilmesine alternatif bir yaklaşım sağlar ve QCM sensörlerinin uygulamalarını genişletir. Ayrıca, nanopartiküller ve nanokompozitler kullanan sensörlerin özgüllüğü, gerçek dünya numunelerinde istenen maddeyi doğru bir şekilde tespit edebilen yeni bir sensörün modifikasyonu veya oluşturulması yoluyla artırılabilir. Son yıllarda, toksik olmayan yapıları, kolaylıkları ve geniş uygulama alanları nedeniyle biyopolimer bazlı dağıtım sistemlerine büyük bir ilgi vardır. Özellikle biyopolimer olan kontrollü salım için önemli matrisler olarak yaygın şekilde kabul edilen aljinat ve türevleridir. Aljinat, değişen oranlarda birbirine bağlanan guluronat ve mannuronat birimlerinden oluşan doğal bir polisakkarittir. Sodyum tuzu, sodyum aljinat, gıda ve ilaç endüstrilerinde jelleştirici, koyulaştırıcı ve stabilize edici bir madde olarak yaygın olarak kullanılır. Aljinatın temel işlevi, iki değerlikli metal iyonlarıyla çözünmeyen çapraz bağlı jeller oluşturarak yumurta kutusuna benzer bir yapı oluşturma yeteneğidir. Ortaya çıkan jelin özellikleri, çapraz bağlanma için kullanılan metal iyonunun türüne bağlıdır; magnezyum iyonları çapraz bağlı bir yapı oluşturamaz. Hidrofobik modifikasyon, asidik veya alkali koşullar, yüksek sıcaklıklar ve organik çözücüler gibi çeşitli ortamlarda sodyum aljinatın stabilitesini arttırır. Bu, farklı uygulamalarda daha iyi performans ve işlevsellik sağlar. Aljinat bazlı salınım sistemleri üzerinde proteinlerin, antiinflamatuar ilaçların ve vitaminlerin salınımına odaklanan çok sayıda çalışma yapılmıştır. Bununla birlikte, kalsiyum aljinatın tek başına, özellikle düşük molekül ağırlıklı ilaçlar veya vitaminler için düşük kapsülleme verimliliği ve patlama salınım profilleri gibi bazı dezavantajları vardır. Bu dezavantajların üstesinden gelmek için, aljinatın fonksiyonel grup türevlendirilmesi ve jelleşmeden önce aljinat çözeltisine yüzey aktif maddelerin ve modifiye edilmiş nanokillerin eklenmesi dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar önerilmiştir. Bu uygulamalar yalnızca vitamin kapsülleme gibi malzemeleri geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda aljinat baz malzemesine ek özellikler de sağlar. Bu yaklaşımlar arasında, başka bir doğal malzeme olan kilin dahil edilmesi yoluyla kapsülleme ve salım kapasitelerinin arttırılması, türetme reaksiyonlarının tipik olarak toksik bileşikler ve daha uzun reaksiyon süreleri gerektirmesi nedeniyle tercih edilmektedir. Halloysit nanotüpler yüksek bir yüzey alanlarına sahiptirler ve iyi kimyasal reaktivite sergileyebilirler. Bu, onları adsorpsiyon, iyon değişimi ve kataliz içeren uygulamalar için uygun hale getirir. D3 vitamini lipofilikliğe sahiptir, bu da oksijen, ultraviyole radyasyon ve işleme koşullarına karşı daha duyarlı olmasını sağlar. Dağılabilirliğinin düzensiz olması ve gıda sistemlerindeki kararsızlığı nedeniyle, özellikle içeceklerde, gıda endüstrisi için sorun oluşturmuştur. Ayrıca yağ oranı yüksek olan gıdalara eklendiğinde daha iyi emilim sağlamaktadır. Ancak, bu durum da gıda üreticileri için bir zorluk oluşturmaktadır. Çünkü yağın oksidasyonu problemini beraberinde getirir ve ürünün raf ömrünü kısaltabilir. Bu nedenle, D3 vitamini içeren gıdaların stabilitesini korumak için özel ambalaj ve koruyucu maddeler kullanılması gerekebilir.Sulu fazlardaki çözünürlüğü ve sindirim sistemindeki biyoyararlanımı arttırılmış biyoaktif bileşen D vitamini, nano-taşıyıcı sistemin geliştirilmesiyle korunacaktır. Ek olarak, bu kapsülleme konseptinin sunduğu kontrollü salım seçeneği, hipervitaminozu ve buna bağlı diğer olumsuz etkileri önlenmesi hedflenmektedir. Nanotaşıyıcılarla etkin bir şekilde entegrasyonu, vitamin D eksikliğini önlemeye yardımcı olmanın yanı sıra gıda üretim sektöründe değer artışını teşvik edecektir. Bu tezde, hidrofob gruplarla modifiye edilmiş sodyum aljinat ve hidrofob halloysit nanotüp yapılı kompozit esaslı malzemenin hazırlanma ve kaplama özellikleri araştırılmıştır. D3 vitamini'ni sense edebilecek hidrofob gruplarla modifiye edilmiş sodyum aljinat ve hidrofob halloysit yapılı kompozit esaslı malzemenin hazırlanması, kaplanması, karakterizasyonu incelenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında aljinat yüzeyleri HTAB kullanılarak başarıyla değiştirilmiştir. Uzun alkil zincirlerini ester işlevselliği yoluyla sodyum aljinata bağlamak amacıyla modifikasyondan önce aljinatı çözmek için organik çözücülerin kullanımını gerektirmeyen iki aşamalı metod uygulanmıştır. Sodyum aljinat, prosedürün ilk aşaması olarak formik asit içinde çözülür. Format esterleri bu aşamada yerinde oluşturulur. İlave hidroksil gruplarını kullanılabilir hale getirmek için format esterleri, aljinat şeritlerini birbirine bağlayan hidrojen bağlarının azaltılmasında çok önemli bir rol oynar. Daha sonra erişilebilir hidroksil grupları, yüksek derecelerde ikameye sahip heksadesil aljinat esterleri üretmek için yüksek derecede reaktif reaktif HTAB ile reaksiyona girer. Aljinatın saf HTAB esterleri, doğası gereği kararsız olan format esterlerinin prosesin sonunda hidrolize olmasıyla hidrofob aljinatlar meydana gelmiştir. Hekzadesil aljinat esterin konjugatı FTIR spektrometresi ile doğrulanmıştır. Bu hidrofobiklik konseptinde aljinatların hidrofobikliğini arttırmak için silan ve PDDA (diallildimetilamonyum klorür) gibi çeşitli yüzey aktif maddeler de kullanımıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, halloysit nanotüplerini biyokompozitde kullanmak amacıyla gezegensel bilyeli öğütme ve yüzey aktif madde muamelesi yoluyla modifikasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca iki metodun modifikasyon etkilerinin değerlendirilmesi için adsorpsiyon çalışmalarına tabi tutulmuştur. Çalışmanın üçüncü aşamasında belirli miktarda hidrofobik, tamamen modifiye edilmiş aljinat ve halloysit nanotüpleri karıştırıldı. 300.000 I.U D3 vitamini /mL içeren ticari bir oral solüsyonda D3 vitamini kullanılmıştır. Oral solüsyondan D3 vitamini ekstrakte etmek için metanol kullanılarak gerçekleştirilen basit bir sıvı-sıvı ekstraksiyon tekniği izlenmiştir. Daha sonra D3 vitamini eklenerek tek kap modifikasyon yöntemi biyokompozitler hazırlanmıştır. Adsorpsiyon çalışmaları kapsamında Langmuir, Freundlich, Toth, Sips ve Redlich-Peterson izotermler ve kinetik modellerle araştırılmıştır. Langmuir modeli en uygun model olarak belirlenmiş (R2 = 0,998) ve ikinci dereceden kinetik model için daha yüksek korelasyon katsayıları (R2 = 0,9969) elde edilmiştir. Elde edilen biyokompozitlerin karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon kapsamında, malzemenin optik özellikleri UV-Vis spektrofotometre kullanılarak belirli dalga boylarındaki piklerin tespiti ile incelenmiştir. Yapısal özellikler ise FT-IR ve XRD analizleriyle belirlenmiştir. FT-IR analiziyle elde edilen karakteristik fonksiyonel gruplar, biyokompozit yapısı hakkında bilgi sağlamış, yapılan modifikasyonlar analiz ile doğrulanmıştır. Modifiyeli ve saf malzemelerin morfolojik yapısının incelenmesi için SEM görüntüleri de alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, biyokompozit malzemelerin başarılı bir şekilde hazırlandığını doğrulamaktadır. Çalışmanın son aşamasında QCM çalışmalarına başlanmıştır. Islanma stabilite testleri, kaplama çalışmaları, pH'ın D3 salınımına etkisi, vb. durumlar incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

Biosensors that use quartz crystal microbalance (QCM) provide an alternative to analytical methods. They can track binding events in real-time and have very sensitive bulk detection capabilities. QCM analyzes the impact of deposits adhering to a quartz crystal on its vibration frequency. In addition to the economic and practical benefits, QCM sensing offers several inherent advantages in biosensors. First of all, the binding process may be observed and analyzed in real time because to the QCM's fast reaction. It enables researchers to quantify the binding kinetics, such as the association and dissociation rates, of the protein to the sensor surface. This information can be crucial for understanding the protein's behavior and for developing new drugs or diagnostic tools. Secondly, it eliminates the requirement for labeling to detect affinity events. This reduces complexity and allows for more streamlined detection processes. Thirdly, unlike other sensing techniques, QCM is not dependent on the optical properties of the surrounding media, making it versatile and applicable in a wider range of environments. One additional benefit is its capacity to identify variations in the viscosity and viscoelasticity of the solution and the biointerface, respectively. This capability provides valuable information about the molecular interactions and binding events taking place. Lastly, QCM sensing can be easily combined with other transduction techniques such as electrochemistry or spectrophotometry, enhancing its versatility and potentially improving detection sensitivity. QCM sensors have faced challenges in utilizing tiny molecules for coating due to limitations in fabrication devices. This has made it challenging to design QCM sensors suitable for continuous media. However, composite materials provide an alternative approach to modifying quartz crystal surfaces and broaden the applications of QCM sensors. Furthermore, the specificity of sensors utilizing nanoparticles and nanocomposites could be enhanced through the modification or creation of a novel sensor capable of accurately detecting the desired substance in real-world samples. In recent decades, there has been an increasing interest in delivery methods based on biopolymers due to their non-toxic nature, convenience, and wide range of application areas. One biopolymer of interest is alginate and its derivatives, which are widely accepted as important matrices for controlled release systems. Alginate is a naturally occurring polysaccharide consisting of α-l-guluronic acid and β-d-mannuronic acid monomers that are connected in different ratios. The food and pharmaceutical sectors frequently utilize sodium alginate, one of its sodium salts, as a gelling, thickening, and stabilizing ingredient. Alginate's primary property is its capacity to combine with divalent metal ions to generate insoluble crosslinked gels that resemble egg boxes. The properties of the resulting gel depend on the type of metal ion used for crosslinking, with magnesium ions being unable to form a crosslinked structure. Hydrophobic modification enhances the stability of sodium alginate in various environments, such as acidic or alkaline conditions, high temperatures, and organic solvents. This allows for better performance and functionality in different applications. Numerous studies have been conducted on alginate-based release systems, pointing out vitamin, anti-inflammatory, and protein release. However, alginate by itself has many disadvantages, particularly for low molecular weight medications or vitamins, such as poor encapsulation efficiency and burst release patterns. To get over these drawbacks, various approaches have been suggested, including functional group derivatization of alginate using organic and inorganic modifications, in our case, the addition of surfactants and modified nanoclays to the alginate solution before gelation. These applications not only improve material such as vitamin encapsulation but also provide heat resistance and absorption capability and shown a positive effect on improving additional properties to the alginate base material. Among these approaches, enhancing encapsulation and release capacities through the incorporation of clay, another natural material, is preferred as derivatization reactions typically require toxic compounds and longer reaction times. Halloysite nanotubes have high surface areas and can exhibit good chemical reactivity. This makes them suitable for applications involving adsorption, ion exchange, and catalysis. Therefore, in this thesis, the preparation and coating properties of sodium alginate modified with hydrophobic groups and hydrophobic halloysite structured composite-based material were investigated. The preparation, coating, and characterization of halloysite and sodium alginate structured biocomposite-based material modified with hydrophobic groups that can sense vitamin D3 were examined. The study progresses through three pivotal stages to develop a novel biocomposite for Vitamin D3 enhancement, focusing on surface modification, halloysite treatment, and the synthesis of hydrophobic biocomposites. In the first stage of the study, alginate surfaces were successfully modified using HTAB and validated by observing changes in contact angles. The conjugate of hexadecyl alginate ester (HAE) was also verified by an FTIR spectrometer. Various surfactants were used in this hydrophobicity concept such as silane, and PDDA (diallyldimethylammonium chloride) to increase the hydrophobicity of alginates. In the second stage of the study, halloysite samples underwent modification via planetary ball milling and surfactant treatment to prepare them for biocomposite synthesis, alongside adsorption studies to assess two methods of modification effects. In the third stage of the study, a certain amount of hydrophobic, fully modified alginate and halloysite nanotubes were mixed. A commercial oral solution having 300,000 I.U. of vitamin D3/mL was made using vitamin D3. The vitamin D3 was extracted from the oral solution using a simple liquid-liquid extraction method using methanol. Next, vitamin D3 was added to biocomposites using the one-pot modification approach. Freundlich, Toth, Sips, Redlich-Peterson, and Langmuir isotherms as well as kinetic models were examined in the context of adsorption investigations. Higher correlation values were found for the second-order kinetic model (R2 = 0,9969), while Langmuir model (R2 = 0,998) was found to be the best appropriate model. This biocomposite aims to improve Vitamin D3's bioavailability through enhanced adsorption, stability, and release mechanisms, underscoring its potential in addressing Vitamin D deficiency with a focus on coating, and characterization techniques. Studies were conducted to characterize the biocomposites that were prepared. A UV-Vis spectrophotometer was used to find peaks at certain wavelengths to investigate the material's optical characteristics as part of the characterization process. By using FT-IR and XRD investigations, structural characteristics were identified. The alterations were verified by analysis, and the biocomposite structure was revealed by the characteristic functional groups that were retrieved using FT-IR analysis. The morphological structure of both pure and modified materials was examined using SEM images. The acquired findings validate the biocomposite materials' effective preparation. The final stage, QCM studies were started. Wetting stability tests, coating studies, effect of pH on D3 release, etc. situations were examined.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    784076

    Esansiyel hipertansiyonu olan erişkinlerde, serum 25 OH D vitamin düzeylerinin, 24 saatlik kan basıncı izlemi parametreleri ve aterosklerozla ilişkisi

    The relationship between serum 25 OH vitamin D levels 24-hour blood pressure monitoring parameters and atherosclerosis in adults with essential hypertension

    EZGİ BULUT

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    NefrolojiTrakya Üniversitesi

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYTEN ÜSTÜNDAĞ

  2. Tez No

    802963

    Tip 2 diyabetiklerde, vitamin D reseptörgeni fokı (rs10735810) polimorfizminin, serum 25 OH D vitamin düzeyleri ve 24 saatlik kan basıncı izlemi parametreleriyle ilişkisi

    The relationship of vitamin D receptor gene foki(rs10735810) polymorphism with serum 25 OH vitamin d levels and 24 hour blood pressure monitoring parameters in type 2 diabetics

    İNCİ CAZKER

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İç HastalıklarıTrakya Üniversitesi

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYTEN ÜSTÜNDAĞ

  3. Tez No

    857103

    Investigation of various biochemical indicators related to female infertility in some women in ThiQar Governorate

    Thi-Qar şehrindekı̇ bazı kadınlarda kadın ı̇nfertı̇lı̇tesı̇ne ilişkin çeşı̇tlı̇ bı̇yokı̇myasal göstergelerı̇n araştırılması

    QUSAY KADHIM ZACHI ZACHI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    BiyokimyaÇankırı Karatekin Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED ALTUN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AMRAN MEZHER LAWAS

  4. Tez No

    913091

    Kronik kalp yetmezliğine sahip köpeklerde vitamin D ve E metabolizmasının değerlendirilmesi

    Evaluation of vitamin D and e metabolism in dogs with chronic heart failure

    FLORIM KOLLÇAKU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Veteriner Hekimliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULLAH KAYAR

  5. Tez No

    693514

    Effects of novel food processing techniques on bioaccessibility and transepithelial transport of cranberrybush polyphenols

    Yeni gıda işleme tekniklerinin gilaburuda bulunan polifenollerin biyoerişilebilirliği ve bağırsak taşınımları üzerindeki etkileri

    GÜLAY ÖZKAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN

Geri Dön