Geri Dön

Investigation of the effects of reactants on the performance of tissue adhesive formulations

Doku yapıştırıcılarının formülasyonunda reaktanların performansa katkısının belirlenmesi

  1. Tez No: 961033
  2. Yazar: EDA ALTAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER, DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE BANU KOCAAĞA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical 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: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 100

Özet

Günümüz dünyasında, sağlık sistemlerinde yaşanan gelişmeler ve tıbbi teknolojilerin ilerlemesiyle birlikte yaşam süresi uzamakta ve bununla doğru orantılı olarak yaşlanan nüfus oranı giderek artmaktadır. Yaşlı bireylerin sağlık hizmetlerine olan gereksinimleri, hem kronik hastalık yönetimini hem de cerrahi müdahalelere olan ihtiyacı artırmaktadır. Bu durum, sadece yaşa bağlı hastalıkların görülme sıklığını artırmakla kalmayıp, aynı zamanda birçok sağlık sistemini daha karmaşık vakalarla baş etmek zorunda bırakmaktadır. Bununla birlikte, artan nüfus yoğunluğu, özellikle büyük şehirlerdeki trafik yoğunluğu ve buna bağlı trafik kazaları da cerrahi müdahalelere duyulan talebin artmasında önemli rol oynamaktadır. Cerrahi operasyonlarda karşılaşılan temel sorunlardan biri, açık ya da iç bölgelerde doku bütünlüğünün sağlanması ve bu bütünlüğün operasyon sonrasında sürdürülebilmesidir. Operasyon sonrasında yara iyileşmesinin sağlıklı bir şekilde gerçekleşmesi, enfeksiyonların önlenmesi ve hastanın konforunun artırılması açısından doku bütünlüğünün korunması büyük önem arz etmektedir. Geleneksel yöntemler olan dikişler ve zımbalar, bu konuda uzun yıllardır kullanılmakta olsa da, bazı durumlarda sınırlı kalabilmekte ve istenilen etkiyi tam olarak sağlayamamaktadır. Özellikle kanamanın hızlıca durdurulması, sıvı ve hava kaçaklarının engellenmesi, doku yüzeylerinin hasar görmeden birleştirilmesi ve bu işlemlerin nemli doku ortamlarında gerçekleştirilmesi gerektiğinde, geleneksel yöntemlerin yetersiz kaldığı görülmektedir. Bu noktada doku yapıştırıcıları, hem cerrahi kolaylık hem de biyolojik etkinlik açısından önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Cerrahi operasyonlar sırasında kullanılan bu materyaller, yalnızca cerrahın işini kolaylaştırmakla kalmayıp aynı zamanda iyileşme sürecini de pozitif yönde etkilemektedir. Doku yapıştırıcıları; operasyon bölgelerinde kanamayı durdurmak, açık yaraları birleştirmek, sıvı ya da hava kaçaklarını engellemek ve bazı anatomik yapıların onarımında sızdırmazlık sağlamak gibi pek çok klinik amaçla kullanılmaktadır. Ayrıca, sinir dokusu gibi hassas bölgelerdeki onarımlarda da tercih edilen bu yapıştırıcılar, operasyon sonrası iyileşme sürecini hızlandırarak komplikasyon riskini azaltma potansiyeline sahiptir. Doku yapıştırıcıları genel anlamda kullanım alanlarına göre iç (internal) ve dış (external) olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Dış yapıştırıcılar, cilt yüzeyinde yapılan kesiler ya da açık yaraların kapatılması gibi yüzeysel uygulamalarda tercih edilirken, iç yapıştırıcılar ise organ içi müdahalelerde, örneğin fistül kapamaları, damar ve sinir anastomozlarında ve kanama kontrolünde görev almaktadır. İç yapıştırıcıların bir diğer önemli kullanım alanı ise, sinir onarımı gibi hassas yapıların cerrahi işlemlerinde yüksek esneklik, biyouyumluluk ve ıslak ortamlarda stabil kalma gerekliliklerinin karşılanmasıdır. Mevcut literatürde ve tıbbi uygulamalarda sıkça karşılaşılan doku yapıştırıcıları arasında fibrin temelli Tisseel, Evicel ve Cryoseal; albümin ve gluteraldehit bazlı BioGlue; PEG temelli CoSeal ve DuraSeal gibi ürünler yer almaktadır. Bu ürünler FDA onaylı olup yaygın olarak klinik uygulamalarda kullanılmaktadır. Ancak, bu doku yapıştırıcılarının da çeşitli dezavantajları bulunmaktadır. Örneğin, toksik bileşen içeriği, aşırı şişme eğilimi, biyolojik bozunma süresinin kontrolsüz olması, alerjik reaksiyon potansiyeli, böbrek yetmezliği riski ve yüksek maliyet gibi problemler, bu ürünlerin kullanımını sınırlamaktadır. Bu nedenle daha güvenli, biyolojik olarak uyumlu ve fonksiyonel yeni nesil yapıştırıcı sistemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, mevcut yapıştırıcıların eksikliklerine alternatif olacak, biyouyumlu, esnek, mekanik olarak güçlü ve kendini yenileyebilir yapıda supramoleküler hidrojellerin tasarlanması hedeflenmiştir. Bu amaçla, polivinilpirolidon (PVP), tannik asit (TA), polietilenimin (PEI) ve lignin gibi dört farklı bileşenin sinerjik etkilerinden faydalanılmıştır. PVP, hidrofilik yapısı ile hidrojel oluşumunu desteklemekte, hidrojen bağları aracılığıyla kendini iyileştirme kapasitesine katkı sağlamaktadır. TA, polifenolik yapısıyla hidrojen bağı ağları kurarak yapışma mukavemetini artırmakta ve suya karşı direnç oluşturmaktadır. PEI, hidrojen bağları ve elektrostatik etkileşimlerle çapraz bağ yoğunluğunu ve mekanik dayanımı artırmakta, aynı zamanda higroskopik yapısı sayesinde nemli ortamlarda etkinliğini korumaktadır. Lignin ise yapıya ek çapraz bağ noktaları kazandırmakta, kohezif kuvvetleri güçlendirmekte ve formülasyonun hidrofilik-hidrofobik dengesini dengelemektedir. Supramoleküler hidrojeller, moleküller arası zayıf ve geri dönüşümlü etkileşimler (hidrojen bağları, π-π etkileşimleri, van der Waals kuvvetleri, elektrostatik etkileşimler vb.) aracılığıyla fiziksel olarak çapraz bağlanmış üç boyutlu ağ yapılarından oluşan, yüksek oranda su içeren yumuşak materyallerdir. Bu yapılar, kimyasal olarak çapraz bağlanmış geleneksel hidrojellerin aksine, çevresel uyarıcılara karşı duyarlılık gösterebilen, kendini onarabilen ve şekle uyum sağlayabilen sistemlerdir. Supramoleküler hidrojellerin bu geri dönüşümlü doğası, özellikle biyomedikal uygulamalarda —örneğin enjeksiyon yoluyla uygulama, esnek doku yüzeylerine uyum sağlama ve iyileşme sürecinde dinamik davranış sergileme gibi— çeşitli avantajlar sunmaktadır. Bu çalışmada geliştirilen PVP, TA, PEI ve lignin bazlı sistemler, supramoleküler düzeyde organize olarak hem fiziksel stabiliteyi hem de fonksiyonel özellikleri bir arada sunmakta; böylece hem mekanik dayanımı hem de biyolojik performansı optimize edilmiş yapıştırıcı sistemleri ortaya koymaktadır. Özellikle kendini iyileştirme ve shear thinning davranışlarının varlığı, supramoleküler yapıların bu tür tıbbi uygulamalar için ideal platformlar olduğunu desteklemektedir. Geliştirilen yapıştırıcı sistemlerinin laboratuvar ortamında çeşitli yöntemlerle karakterizasyonu yapılmıştır. FTIR analizleri, moleküller arası hidrojen bağlarının ve sekonder etkileşimlerin varlığını doğrulamıştır. DSC ve TGA analizleri, malzemenin termal kararlılığı ve bozunma profili hakkında bilgi vermiştir. SEM görüntüleme tekniği ile elde edilen homojen ve mikrogözenekli yapıların, yüksek yüzey alanı sayesinde yapışma kapasitesini artırdığı gözlemlenmiştir. Su temas açısı ölçümleriyle, farklı formülasyonların yüzey ıslanabilirliği ve suya dayanıklılığı karşılaştırılmıştır. Reolojik testler sonucunda, geliştirilen hidrojellerin viskoelastik özellik sergilediği ve özellikle shear thinning (kayma ile incelme) davranışı gösterdiği belirlenmiştir. Bu özellik, yapıştırıcının uygulama sırasında daha akışkan hale gelmesini, uygulama tamamlandığında ise eski yapısal özelliklerine hızla geri dönmesini sağlamaktadır. Shear thinning davranışı, fiziksel stres ortadan kalktığında yapının kendini yeniden düzenleyebilmesine olanak tanımakta ve bu da doğrudan self-healing (kendini yenileme) kapasitesine katkı sunmaktadır. Bu davranış, özellikle hareketli organ yüzeylerinde uygulanacak biyomalzemeler için oldukça değerlidir. Kendini iyileştirme testleri sonucunda, formülasyonların %73.4 ile %88.3 arasında değişen oranlarda ilk mekanik özelliklerini geri kazanabildiği tespit edilmiştir. Bu durum, yapıştırıcının tekrar deformasyona uğradığında bile işlevselliğini sürdürebileceğini göstermektedir. ASTM F2255-05 standardına göre gerçekleştirilen lap-shear mekanik testlerinde, PVP2:TA0.32:PEI0.95 formülasyonunun (toz ağırlıkları: 2 g PVP, 0.32 g TA, 0.95 g PEI) 911 ± 68 kPa ile en yüksek yapışma mukavemetine ulaştığı belirlenmiştir. Bu değer, birçok ticari ürünün üzerinde olup, pratik cerrahi uygulamalar için uygunluk potansiyeli taşımaktadır. Genel değerlendirme yapıldığında, bu tez kapsamında geliştirilen supramoleküler hidrojellerin güncel cerrahi ihtiyaçlara yanıt verebilecek biyomalzeme adayları olduğu sonucuna varılmıştır. Özellikle iç organ cerrahisinde karşılaşılan zorluklar, yüksek nem, sürekli doku hareketi, hızlı iyileşme beklentisi ve biyouyumluluk gerekliliği göz önüne alındığında, bu yeni nesil yapıştırıcılar hem mekanik hem de biyolojik açıdan önemli avantajlar sunmaktadır. Gelecekte yapılacak olan in vivo ve klinik çalışmalarla desteklendiği takdirde, bu yapıştırıcı sistemlerinin medikal ürün olarak ticarileştirilmesi ve cerrahi alanda yaygın biçimde kullanılması mümkün olabilecektir. Bu sayede, mevcut doku yapıştırıcılarının sınırlarını aşan, daha etkili ve güvenilir yeni nesil biyomalzemelerin geliştirilmesine katkı sağlanacaktır.

Özet (Çeviri)

In recent years, the increasing prevalence of acute and chronic diseases, the rapidly aging global population, and the rise in traffic accidents have led to a substantial increase in the number of surgical procedures performed worldwide. Tissue adhesives are employed in these procedures for various clinical purposes: as tissue binders to promote wound healing in the skin, muscle, and intestine; as hemostatic agents to initiate direct or indirect coagulation and thus control bleeding; and as surgical sealants to close voids or cracks and prevent fluid or air leakage, such as cerebrospinal and anastomotic leaks or air leaks that may occur following lung and tracheal surgeries. They are also applied in vascular anastomoses and in the repair of the sciatic nerve, the largest nerve network in the human body. Tissue adhesives are generally categorized into two main groups according to their area of application: internal and external adhesives. External adhesives are typically used for tissue approximation after surgery or to facilitate the adhesion of artificial dermis in grafting procedures. Internal tissue adhesives are primarily applied under in vivo conditions for surgical procedures, closure of fistulas, and hemostasis in various sub-tissues and membranes. Furthermore, their use is favored for internal organs such as the lungs, bladder, and blood vessels, where fluctuations in pressure and volume occur as part of normal physiological function. Since sutures and staples may restrict natural tissue movement and function, and induce stress-related damage, they are not compatible with these dynamic organs. Therefore, there is a pressing need for the development of biocompatible, flexible, and effective tissue adhesives tailored to internal organ injuries and associated pathologies. Currently, fibrin- and cyanoacrylate-based adhesives are most commonly used, particularly in lung and tracheal surgeries. Several tissue adhesives have been approved by the U.S. Food and Drug Administration (FDA), including BioGlue (CryoLife Inc.), which is based on albumin and glutaraldehyde; Tisseel (Baxter Inc.), Evicel (Johnson & Johnson Inc.), Vitagel (Orthovita Inc.), and CryoSeal (ThermoGenesis Corp.), which are based on fibrin; and CoSeal (Baxter Inc.) and DuraSeal (Covidien Inc.), which are based on polyethylene glycol (PEG). However, these products are associated with certain limitations, including cytotoxicity, renal impairment, delayed degradation, allergic reactions, excessive swelling, and high production costs. An ideal tissue adhesive for internal organ applications should possess hemostatic properties, be easy to apply, and injectable. It must solidify rapidly and remain crosslinked in moist environments, such as those containing blood and interstitial fluids. Additionally, it should exhibit self-healing capabilities, meet the mechanical requirements of the target tissue, and accommodate the movement of surrounding organs. In this thesis, supramolecular hydrogels incorporating polyvinylpyrrolidone (PVP), tannic acid (TA), polyethyleneimine (PEI), and lignin were developed with the aim of achieving high adhesive strength, flexibility, and self-healing ability. Analysis of the contributions of each component to the formulation revealed that PVP acts as the main polymer matrix, enhancing hydrophilicity, supporting hydrogel formation, and improving self-healing properties through hydrogen bonding. PEI increases crosslinking density, mechanical strength, and adhesive capacity via electrostatic interactions and hydrogen bonding. Its hygroscopic nature enhances moisture retention and adhesion in wet environments. TA improves adhesion by forming dense hydrogen-bonded networks and contributes to mechanical stability and water resistance. Lignin introduces additional crosslinking points, enhancing structural integrity and cohesive strength, and contributes to the regulation of the hydrophilic-hydrophobic balance within the formulation. The developed adhesives were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), water contact angle measurements, rheological analyses, and mechanical tests. FTIR analysis confirmed the presence of hydrogen bonding and secondary interactions. DSC results demonstrated enhanced intermolecular interactions. SEM images revealed homogeneous, microporous structures that contributed to superior adhesive capacity. Contact angle measurements showed variability in wettability and water resistance depending on the formulation. Rheological testing confirmed the excellent viscoelastic properties of the hydrogels. Self-healing experiments demonstrated that the mechanical properties of the formulations could be recovered at rates between 73.4% and 88.3%. According to lap-shear mechanical testing (ASTM F2255-05), the formulation PVP2:TA0.32:PEI0.95 (2 g PVP, 0.32 g TA, 0.95 g PEI) exhibited the highest adhesive strength (911 ± 68 kPa), identifying it as the most promising formulation.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    316355

    Karboksilli asitlerin sulu ortamlardan sıvı membran tekniği kullanılarak ayrılmasının incelenmesi

    Investigation of the separation of carboxylic acids from its aqueous solutions by using liquid membrane techniques

    BURCU BAŞLIOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET BİLGİN

  2. Tez No

    382345

    Katı oksit yakıt pillerinde işletme parametrelerinin pil performansına etkilerinin incelenmesi

    Experimental and theoretical investigation of heat and water management in solide oxide fuel cells

    İSMET TIKIZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İMDAT TAYMAZ

  3. Tez No

    126639

    H-ZSM-5 tipi katalizörlerin MTBE sentez aktivitelerinin artırılması

    Maximization of the MTBE synthesis activity of H-ZSM-5 type catalysts

    BERİL KOÇAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE ERDEM ŞENATALAR

  4. Tez No

    805106

    Investigation of bluff-body stabilized premixed flame dynamics using an in-house flow solver lestr3d

    Küt cisim ile stabiılize edilmiş ön karışımlı alev dinamiklerinin özgün akış çözücüsü lestr3d ile incelenmesi

    BURAKHAN ŞÜKÜROĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR

  5. Tez No

    349896

    Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi yöntemi ile B4C üretiminde katalizörlerin etkilerinin araştırılması

    The investigation of effects of catalysts on the production of B4C via self propagating high temperature synthesis

    HASAN ÖZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ONURALP YÜCEL

Geri Dön