Geri Dön

Development of nanoclay incorporated tpu membranes for controlled drug release in wound dressing applications

Yara pansumanlarında kontrollü ilaç salımı uygulamaları için nanokil içerikli tpu membranların geliştirilmesi

  1. Tez No: 931386
  2. Yazar: TUĞÇE ÇALIŞKAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. İKİLEM GÖCEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoteknoloji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Biotechnology, Polymer Science and Technology, Textile and Textile Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  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: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 77

Özet

Tıbbi tekstiller, sağlık alanında kullanılan geniş bir malzeme yelpazesini kapsar ve çeşitli hastalıkların teşhis ve tedavisinde önemli bir rol oynar. Son zamanlarda, yenilikçi ve kullanımı kolay yara örtülerine olan talep artmış olup, bu durum sağlık ürünlerinde daha büyük bir trendi yansıtmaktadır. Bu örtüler, filmler, süngerler, hidrojeller ve membranlar gibi çeşitli formlarda bulunur ve sentetik, doğal veya karışık malzemelerden üretilebilmektedir. Yara iyileşme sürecine, bakteriyel enfeksiyonu engelleyerek, kontaminasyonu ve nem kaybını önleyerek yardımcı olurlar ve örtüler, belirli yara bakım ihtiyaçlarına göre uyarlanmışlardır. Ayrıca, tekstil tabanlı yara örtüleri, emicilikleri, dayanıklılıkları, esneklikleri, yumuşaklıkları ve biyobozunabilirlikleri sayesinde konfor sağlar ve deri üzerine uygulandığında rahatsızlık yaratmaz. Yüksek porozite, büyük yüzey alanı ve biyouyumluluğa sahip nanolifler, yara örtülerinin etkinliğini artırmak ve daha güvenli iyileşme çözümleri sağlamak için büyük bir potansiyele sahiptir. Konvansiyonel ilaç salınım yöntemleri, vücutta dalgalanan ilaç seviyelerine yol açarak, tutarsız terapötik etkinlik ve artan yan etkilere neden olabilir. Aksine, kontrollü salınım sistemleri, ilaç konsantrasyonlarını optimal terapötik aralıkta tutacak şekilde tasarlanmıştır, böylece etkinliği en üst düzeye çıkarırken toksisiteyi minimize eder. Bu ilerlemeye dayanarak, tıbbi tekstillerin ilaç salınım sistemleriyle entegrasyonu, yara iyileşmesini önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bu yaklaşım, terapötik ajanların doğrudan yara bölgesine sürdürülebilir ve düzenli salınımını sağlar. İlaç yüklü yara örtüleri, ilaçlar veya antibiyotiklerle infüze edilerek, doku uyumluluğunu sağlamak, bakteriyel dirençleri azaltmak ve dış müdahalelere olan ihtiyacı en aza indirerek iyileşmeyi destekler. Ayrıca, kontrollü ilaç salınım sistemlerinden biri olan nano boyutlu ilaç taşıyıcı sistemleri, ilaç dağılımını ve biyoyararlanımını artırarak farmakokinetik sınırlamaları aşar. Buna ek olarak, terapötik etkinliği artırırken yan etkileri ve dozaj sıklığını azaltır. Benzer şekilde, büyük yüzey alanı, iyon değişim kapasitesi, yüksek emicilik, şişme yeteneği ve katman yükü gibi benzersiz özelliklere sahip kil mineralleri, biyouyumlu ve toksik olmayan doğaları sayesinde kontrollü ilaç salınımı için etkili taşıyıcılar olarak kullanılmaktadır. Bu tezde, ilaç yüklü kil nanoparçacıkları içeren polimer çözeltilerinin elektrospinning yöntemi ile işlenerek tıbbi alanda kullanılmak üzere geliştirilmiş yenilikçi kontrollü salınım yapabilen yara örtüleri sunulmuştur. Bu amaçla çalışma, aşağıdaki yol haritasına göre tamamlanmıştır. Ön çalışmalar kapsamında, bilyalı öğütülmüş ve işlenmemiş killer, ilaç yükleme ve ilaç salınımı açısından değerlendirilmiştir, çünkü killerin boyutunun nanoskalaya indirilmesi, toprağa öğütme işlemi ile etkinliklerini artırabilir. İlaç yükleme işlemini incelemek için, ilaç (CIP) öğütülmüş ve işlenmemiş kille belirlenen prosedüre göre yüklenmiş ve yükleme verimlilikleri değerlendirilmiştir. İşlenmemiş kille yükleme verimliliği, yüklenen CIP miktarı arttıkça azalmışken, 24 saat öğütülen kil ile yükleme verimliliği, CIP miktarı arttıkça biraz artmıştır. Mekanik işleme rağmen, kil yükleme verimlilikleri umut vericidir ve bu bulgulara dayanarak, daha ileri çalışmalar için 4 mg/mL'lik bir ilaç yükleme konsantrasyon seçilmiştir. Ayrıca, FTIR ve XRD çalışmaları, kil ve ilaç yapısını incelemek amacıyla yapılmıştır. Bu şekilde, mekanik işlem sonucu kilin yapısı ayrıntılı olarak incelenmiş ve yapısına yüklenen ilaç varlığı desteklenmiştir. FTIR spektroskopisi, öğütme nedeniyle kilin yapısındaki değişiklikleri değerlendirmek ve ilaç yüklemesini doğrulamak için kullanılmıştır. Analiz, işlenmemiş kilin karakteristik piklerini gösterdiğini, ancak öğütme sonrasında sadece belirli bir bölgede yoğunluğun başlangıçta azaldığını ve daha sonra uzun süreli öğütme ile arttığını ortaya koymuştur. CIP, kile yüklendiğinde, CIP'in karakteristik piklerinde kaymalar gözlemlenmiş, bu da elektrostatik etkileşimleri işaret etmiştir. Ayrıca, XRD analizi, öğütülmüş ve işlenmemiş killeri karşılaştırmak, CIP eklenmesi ile interkalsyon/exfoliasyonu değerlendirmek ve öğütme işleminin montmorillonit morfolojisi üzerindeki etkisini incelemek amacıyla yapılmıştır. XRD analizi, toprağa öğütme işleminin kilin yapısını önemli ölçüde değiştirdiğini, özellikle uzun süreli öğütme sonrasında, parçacık boyutunu küçülttüğünü ve önemli bir yansıma pikini ortadan kaldırdığını ortaya koymuştur. CIP eklenmesi, katman aralığını ve pik yoğunluğunu etkilemiş, ancak yoğun öğütme bu etkileri gölgelemiştir. Ayrıca, ilaç salınımı çalışmalarına, kil materyallerinden ilaç salınımının araştırılması ve doğrulanması amacıyla ön çalışma olarak devam edilmiştir. 9 saatlik ani salınım davranışı incelendiğinde, işlenmemiş kilin %10'luk bir salınım yaptığı, 24 saat öğütülmüş kilin ise yaklaşık %1'lik daha düşük bir ani salınım sergilediği gözlemlenmiştir. Bu ön çalışmaya dayanarak, ilaç salınımının hem öğütülmüş hem de işlenmemiş kilden gerçekleştiği ve kilin ilaç taşıyıcı olarak işlev görebileceği doğrulanmıştır. Bu bulgular doğrultusunda, toprağa öğütülmüş killerdeki ilaç salınımının belirgin şekilde daha yavaş olması ve bunların polimer matrisine entegrasyonunun planlanması nedeniyle, işlenmemiş kille membran üretimi yapılmasına karar verilmiştir. Bu çalışmanın devamında, çeşitli elektrospun yüzeyler, ilaç ve ilaç yüklü kil nanoparçacıkları polimer çözeltilerine dahil edilerek üretilmiştir. Karşılaştırma amacıyla, sadece polimer çözeltileri ve ilaç katkısı içermeyen polimer ile kil nanoparçacıkları kullanılarak kontrol grupları hazırlanmıştır. Bu yapılar, elektrospun membranlardan kontrollü ilaç salınımı mekanizmalarının değerlendirilmesini sağlamıştır. Salınım çalışmasının sonucunda, sadece ilaç eklenmiş membranların daha hızlı bir salınım profili sergilediği, oysa ilaç, kil entegrasyonu ile yüklenen yüzeylerden salınım profillerinin daha yavaş olduğu sonucuna varılmıştır. Membran üzerinde yapılan ilaç salınımı çalışmalarının bulgularına göre, kil ile entegre edilmiş membranlar ve ön çalışmaların sonuçlarına göre, yalnızca kil bazlı sistemlerden gerçekleşen salınımın benzer eğilimler gösterdiği ve daha kontrollü bir salınım sağladığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, üretilen membranların antimikrobiyal etkinliğini değerlendirmek için, Escherichia coli ve Staphylococcus aureus'a karşı antibakteriyel etkinlik, disk difüzyon yöntemiyle test edilmiştir. Sonuçlar, tüm üretilen membranların, ilaç yüklü kil veya saf ilaç taşıma sistemine bakılmaksızın, önemli antibakteriyel etkinliğe sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, FTIR analizleri, CIP ve kilin çoğu piklerinin membranlardaki TPU'nun baskın fonksiyonel grupları tarafından gölgelenmiş olduğunu ortaya koymuştur. Ancak, belirli dalga boylarında normalizasyon yapıldığında, bazı piklerde yoğunluk değişimleri gözlemlenmiştir. Ayrıca, SEM analizleri hem saf hem de kompozit TPU nanoliflerinin düzgün, boncuklanmasız ve uniform bir yapıyı koruduğunu, nanoparçacıklar ve ilaç eklenmesine rağmen önemli bir aglomerasyon veya kümelenme olmadığını ve bunun da fiber morfolojisinin bozulmadan başarılı bir entegrasyon sağladığını göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Medical textiles encompass a broad range of materials used in healthcare, playing a vital role in diagnosing and treating various diseases. Recently, there's been a growing demand for innovative and easy-to-use wound dressings, reflecting a larger trend in healthcare products. These dressings come in various forms, such as films, sponges, hydrogels, and membranes, made from synthetic, natural, or blended materials. They aid the healing process by preventing bacterial invasion, contamination, and moisture loss, with each type suited for specific wound care needs. Additionally, textile-based wound dressings provide comfort due to their absorbency, durability, flexibility, softness, and biodegradability, ensuring they do not cause discomfort when applied to the skin. Nanofibres, with their high porosity, large surface area, and biocompatibility, offer great potential for enhancing wound dressings, leading to more effective and safer healing solutions. Conventional drug delivery methods often lead to fluctuating drug levels in the body, resulting in inconsistent therapeutic efficacy and increased adverse effects. In contrast, controlled-release systems are designed to maintain drug concentrations within the optimal therapeutic range, maximizing efficacy while minimizing toxicity. Building on this advancement, integrating medical textiles with drug delivery systems has significantly improved wound healing. This approach enables the sustained and regulated release of therapeutic agents directly to the wound site. Drug-loaded wound dressings, infused with medicines or antibiotics, further enhance recovery by ensuring tissue compatibility, reducing bacterial resistance, and minimizing the need for external interventions. Moreover, nano-sized drug carrier systems, which are one of the controlled drug delivery systems, overcome pharmacokinetic limitations by enhancing drug distribution and bioavailability. In addition, they improve therapeutic efficacy while reducing side effects and dosing frequency. Similarly, clay minerals, which possess unique properties such as large surface area, ion exchange capacity, high absorbency, swelling ability and layer charge, are effective carriers for controlled drug delivery due to their biocompatible and non-toxic nature. In this thesis, innovative controlled-release wound dressings, obtained by processing polymer solutions containing drug-loaded clay nanoparticles via the electrospinning method, have been developed for use in the medical field. For this purpose, the study has been completed according to the following roadmap. In the preliminary studies, ball-milled and untreated clays were evaluated from the perspectives of drug loading and drug release, as downsizing clay materials to the nanoscale through ball milling can enhance their effectiveness. To investigate the drug loading, the drug (CIP) was loaded into ball milled and untreated clays according to the established procedure, and the drug loading efficiencies were evaluated. The loading efficiency of untreated clay decreased as the amount of loaded CIP increased, while for clays treated with 24 hours of ball milling, the loading efficiency slightly increased with the CIP amount. Despite mechanical treatment, the clay loading efficiencies were promising, and based on these findings, a concentration of 4 mg/mL was chosen for further studies. Further, FTIR and XRD studies were conducted to investigate the clay and drug structure. Thus, the structure of the clay as a result of the mechanical process was examined in detail and the existence of the drug loaded into its structure was supported. FTIR spectroscopy was used to assess structural changes in clay due to ball milling and to confirm drug loading. The analysis revealed that the untreated clay exhibited characteristic peaks, with minimal changes after ball milling, except for a specific region where intensity initially decreased due to particle size reduction and later increased with prolonged milling. When CIP was loaded onto the clay, shifts were observed in the characteristic peaks of CIP, indicating electrostatic interactions. Additionaly, XRD analysis was performed to compare ball-milled and untreated clays, evaluating intercalation/exfoliation with CIP addition and the impact of ball milling on montmorillonite morphology. XRD analysis revealed that ball milling significantly altered the clay's structure, especially with prolonged milling, reducing particle size and eliminating a key reflection peak. The addition of CIP influenced interlayer spacing and peak intensity, though extensive milling overshadowed these effects. Moreover, drug release studies were carried out as part of the preliminary study to investigate and confirm the release of drugs from the clays. When the 9-hour burst release behavior was examined, the untreated clay showed a release of 10%, whereas the clay treated for 24 hours exhibited a reduced burst release of approximately 1%. Based on this preliminary study, it was confirmed that drug release occurred from both ball-milled and untreated clays, demonstrating that clay could serve as a drug carrier. In line with these findings, due to the significantly slower drug release in ball-milled clays and their planned incorporation into a polymer matrix, untreated clays were chosen for membrane production. In the continuation of this study, various electrospun surfaces were fabricated by incorporating drug and drug-loaded clay nanoparticles into polymer solutions. For comparison, control groups were prepared using only polymer solutions and polymer with clay nanoparticles without drug additives. These constructs enabled the evaluation of controlled drug release mechanisms from the electrospun membranes. As a result of this release study, it was concluded that the membranes to which only the drug had been added had a faster release profile, whereas the release profile from the surfaces to which the drug had been loaded via the clay incorporation was slower. Based on the findings from the drug release studies conducted on the membrane, the release from the membrane incorporated with clay and the release from the clay alone (as reported in preliminary studies) were observed to have similar trends, and a more controlled release. Further, to assess the antimicrobial efficacy of the fabricated membranes, antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus was evaluated using the disk diffusion method. The results indicated that all fabricated membranes, irrespective of the drug delivery system (drug-loaded clay or pure drug), possessed significant antibacterial activity. Moreover, the FTIR analyses revealed that most the peaks of CIP and clay were overshadowed by the dominant functional groups of TPU in the membranes. However, intensity variations have been observed in certain peaks when normalization was performed at specific wavelengths. Also, SEM analysis showed that both pristine and composite TPU nanofibers retained a smooth, bead-free, and uniform structure, with no significant agglomerations or clustering despite the inclusion of nanoparticles and drugs, indicating successful integration without compromising fiber morphology.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    514748

    Preparation and characterization of polymer based composite nanospheres for bone infection prevention

    Kemik enfeksiyonlarının önlenmesıne yönelik polimer bazlı kompozit nanokürelerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    CEREN KIMNA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    PROF. DR. FUNDA TIHMINLIOĞLU

  2. Tez No

    804157

    Nanokil modifiye tek kullanımlık elektrotların geliştirilmesi ve kanser biyobelirteci mikrorna-21 analizinde elektrokimyasal biyosensör tabanlı tanı kitine yönelik uygulamaları

    Development of nanoclay modified single-use electrodes and their applications on electrochemical biosensor-based diagnostic kit for the analysis of cancer biomarker microrna-21

    ESMA YILDIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADRİYE ARZUM ERDEM GÜRSAN

  3. Tez No

    335799

    Katkılı polimerlerin ekstrüzyonu ve koekstrüzyon kalıbı tasarım metodolojisinin geliştirilmesi

    Extrusion of filled polymers and development of coextrusion die design methodology

    OKTAY YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR KIRKKÖPRÜ

  4. Tez No

    956081

    Hibrit nanokil ve karbon siyahı katkısının halojensiz ve alev geciktirici (HFFR) kabloların termal ve mekanik özelliklerine etkisi

    Effect of hybrid nanoclay and carbon black additives on thermal and mechanicalproperties of halogen-free and flame retardant (HFFR) cables

    GÜLSÜM TARIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Metalurji MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENGİN BURGAZ

  5. Tez No

    830646

    Keten fiberli- nanokil katkılı epoksi reçineli kompozit malzemelerin mekanik performanslarının belirlenmesi

    Determination of mechanical performance of composite materials with flax fiber epoxy added nanoclay

    AYBİKE ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YELİZ PEKBEY

Geri Dön