Biyomedikal uygulamalara yönelik sitrik asit-peg modifiye aljinat hidrojellerin yeşil sentezi ve karakterizasyonu
Green synthesis and characterisation of citric acid-peg modified alginate hydrogels for biomedical applications
- Tez No: 988909
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR MURAT ELÇİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Aljinatlar, Kafein, Yeşil sentez, Alginates, Caffeine, Green synthesis
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Aljinat, (1-4)-β-D-mannuronik asit (M) ile (1-4)-α-L-guluronik asit (G) monomerlerinden oluşan biyobozunur, lineer bir kopolimer olup tipik olarak yara iyileşmesi, ilaç dağıtımı ve doku mühendisliği uygulamaları dâhil olmak üzere biyomedikal alanda kullanılan doğal bir polisakkarittir ve hidrojel formunda kullanılmaktadır. Çapraz bağlamanın türü ve yoğunluğu, hidrojelin fizikokimyasal ve mekanik özelliklerini belirleyen ana parametrelerdir. Ancak, kullanılan çapraz bağlama reaktiflerinin çoğu genellikle toksik olduğu için gelişmiş modifikasyonlar gerektirmekte ve uygulanabilirliklerini sınırlamaktadır. Aljinatın Ca2+ ve Ba2+ gibi iki değerlikli katyonların varlığında fiziksel hidrojeller oluşturduğu bilinmektedir. Ancak, sulu çözeltilerinde mekanik olarak kararsız olması bu hidrojelin kullanım alanlarını sınırlandırmaktadır. Dahası, aljinat memeli hücreleriyle moleküler düzeyde belirli etkileşimlere girmemesi nedeniyle zayıf hücre tutunması ve çoğalması sergilemektedir. Bu bağlamda, aljinat için yüksek oranda biyouyumlu, toksik olmayan, kararlı, hızlı jelleşmeyi engellemeyen ve düşük maliyetli çapraz bağlama ajanlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, çapraz bağlayıcı sistem olarak kafein katalizli sitrik asit-polietilen glikol veya polipropilen glikol kullanılarak tamamen yeşil sentez yöntemiyle aljinat temelli 3B hidrojel iskeleleri hazırlanmıştır. Hidrojellerin termal kararlılığı, su tutma ve reolojik özellikleri ile basınç dayanımı incelenmiş ve çapraz bağlayıcı konsantrasyonu değiştirilerek optimize edilmiştir. Çapraz bağlayıcı konsantrasyonunun artırılması, hidrojelin termal stabilitesinin iyileşmesine, iskelelerin gözenekliliğinin azalmasına ve şişme kapasitesinin düşmesine yol açmıştır. Polietilen glikol ve polipropilen glikol ile çapraz bağlanmış hidrojeller benzer kimyasal özellikler gösterirken, fiziksel ve mekanik özellikleri farklılık göstermiştir. Geliştirilen hidrojel iskeleleri hem kuru hem de şişmiş halde iken önemli bir hasar almadan basınç deformasyonuna dayanabilmiş ve basınç kaldırıldığında ilk şekillerini geri kazanabilmişlerdir. Bu durum hidrojellerin belirli bir şekil kurtarma özelliğine sahip olduklarını göstermektedir. Diğer yandan, polietilen glikol esaslı çapraz bağlayıcının yüksek konsantrasyonda kullanımının basınç dayanımında önemli bir azalmaya yol açtığı, polipropilen glikol kullanımının ise basınç dayanımında düzenli bir artışa yol açtığı bulunmuştur. In vitro biyolojik çalışmalar ise iskelelerin hücreler ve kan ile yüksek biyouyumluluk gösterdiğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, bu çalışma ile biyouyumlu aljinat temelli 3B iskelelerin hazırlanması için alternatif kimyasal yeşil bir yöntem sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Alginate, a natural polysaccharide [(1→4)-linked β-D-mannuronate and α-L-guluronate], is typically used in the form of a hydrogel in the biomedical field, including wound healing, drug delivery, and tissue engineering applications. The type and density of cross-linking are the main parameters that determine the physicochemical and mechanical properties of the hydrogel. However, most cross-linking reagents used are often toxic, requiring advanced modifications and limiting their applicability. Alginate is also well known to form physical hydrogels in the presence of divalent cations such as Ca2+ and Ba2+. However, their low mechanical stability in aqueous solutions and in vivo biodegradability are also limitations. Furthermore, alginates exhibit poor cell adhesion and proliferation due to the lack of specific molecular interaction with mammalian cells. In this context, there is a great need for cross-linking agents that are highly biocompatible, non-toxic, stable, fast gelling and low-cost. In this study, alginate-based 3D hydrogel scaffolds were prepared in a completely green synthetic way, using caffeine-catalyzed citric acid-polyethylene glycol, or polypropylene glycol as the cross-linker system. The hydrogels' thermal stability, swelling and rheological properties as well as compressive strength were evaluated and optimized by varying the concentration of the crosslinker. Increasing the crosslinker concentration resulted in the improvement of hydrogel thermal stability, reduction of scaffold porosity as well as a decrease in swelling capacity. The hydrogels crosslinked with polyethylene glycol and polypropylene glycol exhibited similar chemical properties but different physical and mechanical properties. The developed hydrogel scaffolds could withstand compressive deformation in both dry and swollen states without significant damage and were able to regain their initial shape after unloading, indicating that the hydrogels had a certain shape-recovery property. Furthemore, while the use of higher concentration of polyethylene glycol based crosslinker resulted in a significant decrease in compressive strength, the use of polypropylene glycol on the other hand resulted in a constant increase in the compressive strength of the constructs. The in vitro biological studies revealed that the scaffolds exhibited excellent biocompatibility with cells and blood. Overall, this study provides a green alternative method for the preparation of biocompatible alginate-based 3D scaffolds.
Benzer Tezler
- Gümüş, altın ve altın alaşım kaplama elektrolit bileşimlerinin geliştirilmesi
Development of silver, gold and gold-based alloys electrolyte compositions
HATİCE KÜBRA AKBEN
Doktora
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET İBRAHİM TİMUR
- The use of magnetic iron oxide nanoparticles in the diagnosis of Alzheimer's disease guided by magnetic particle imaging
Manyetik demir oksit nanoparçacıkların manyetik parçacık görüntüleme rehberliğinde Alzheimer hastalığı tanısında kullanılması
NURSEL KEKLİK KARABULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURCAN DOĞAN BİNGÖLBALİ
- Development of injectable levan hydrogels for the treatment of uterine fibroids
Miyom tedavisine yönelik enjekte edilebilir levan hidrojellerinin geliştirilmesi
MUHAMMED YUSUF KANDUR
Doktora
İngilizce
2023
BiyomühendislikMarmara ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU TOKSOY ÖNER
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATEMEH BAHADORI
- Synthesis of boron based quantumd dots and their biomedical applications
Bor bazlı kuantum noktalarının sentezi ve onların biyomedikal uygulamaları
ESRANUR BUDAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANER ÜNLÜ
- Biyomedikal uygulamalara yönelik bi-bazlı doğal Josephson eklemlerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of bi-based intrinsic Josephson junctions for biomedical applications
OLCAY KIZILASLAN
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ AKSAN