FBE- Kimya Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Konu "3-aptes" ile FBE- Kimya Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeLipazın İnorganik Taşıyıcıda İmmobilizasyonu Ve Polikaprolakton Sentezi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-07-02) Ülker, Cansu ; Güvenilir, Fatoş Yüksel ; 10078675 ; Kimya Mühendisliği ; Chemical EngineeringSon yıllarda, enzimatik halka açılması polimerizasyonu ile alifatik poliester sentezi oldukça ilgi gören çalışma alanlarından biri olmuştur. Bunun sebebi olarak da enzimatik olarak sentezlenen poliesterlerin biyomedikal uygulamalarda rahatlıkla kullanılabilmesidir. Biyobozunur, biyouyumlu ve üstün mekanik özelliklere sahip olan bu polimerler enzimatik olarak sentezlendiğinden toksik kimyasal katalizör kalıntısı içermemektedir. Bu da ilaç taşınım sistemleri, doku mühendisliği ve medikal araçlar (implant, protez, ameliyat ipliği, vb.) gibi biyomedikal uygulamalarda kullanımına imkan sağlamaktadır. Alifatik poliesterlerden biri olan polikaprolakton (PKL), ɛ-kaprolakton (ɛ-KL) monomerinin halka açılması polimerizasyonu ile sentezlenebilmektedir. Diğer alifatik poliesterlere kıyasla PKL oldukça düşük erime (59-64 ̊ C) ve camsı geçiş sıcaklığına (-60-10 ̊ C ) sahiptir. Bu sayede polimer düşük sıcaklıklarda şekillendirilebilmektedir. Öte yandan, bozunma sıcaklığı ise oldukça yüksek olup 350 ̊ C civarındadır. Bu yüksek bozunma sıcaklığı sayesinde PKL’nin termal stabilitesi oldukça yüksektir. Üstün termal, viskoelastik ve reolojik özellikleri PKL’nin uygulamaları sırasındaki üretim proseslerini kolaylaştırmaktadır. Bunlara ek olarak, PKL birçok çözücüde (tetrahidrofuran, toluene, kloroform, benzen, diklorometan gibi) yüksek çözünürlüğe sahiptir. Ayrıca, diğer polimerlerle uyum gösterebilmesi kompozit eldesini mümkün kılmaktadır. Biyouyumlu ve biyobozunur yapıya sahip olan PKL biyomedikal amaçla kullanıma uygundur. Diğer biyobozunur polimerlere kıyasla vücut içinde polikaprolaktonun bozunma prosesi daha yavaştır. Bu uzun sürede bozunma davranışı PKL’nin ilaç taşınım sistemlerindeki kullanımı için avantaj sağlamaktadır. Tüm bu özellikleri sayesinde PKL polimer bilimi için önemli bir konu olmuş ve biyoteknolojik uygulamalar için enzimatik PKL sentezine olan ilgi artmıştır. ɛ-KL’nin halka açılması polimerizasyonu hem biyokatalizörler (enzimler) ile hem de organometalik başlatıcılarla (Zn, AL, Sn, Ge gibi) katalizlenebilmektedir. Fakat organometalik başlatıcılar polimerizasyonun sonunda polimer matrisinden tamamen ayrılamamaktadır. Bu durum toksik etki oluşturacağından dolayı polimerin biyomalzeme olarak kullanımını sınırlandırmaktadır. Öte yandan, biyokatalizörler kullanıldığında reaksiyonun sonunda ortamdan kolaylıkla ayrılabilmekte, ayrılamayan kısım olursa da toksik etki yaratmamaktadır. Biyokatalizörlerin diğer bir avantajı da polimerizasyon reaksiyonunu ılımlı koşullarda (düşük sıcaklık ve basınç) katalizlemeleridir. Fakat biyokatalizörler uzun reaksiyon periyodları sonunda aktivite ve stabilitelerini kaybedebilmektedirler. Bu sorunu çözmek amacıyla enzimlerin immobilize halde kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Enzimlerin immobilizasyonu ile enzim aktivite ve stabilitesi arttırılmakta, enzimin tekrar tekrar kullanılması mümkün olmaktadır. En verimli ve seçici lipazlardan biri olan Candida antarctica lipase B (CALB), esterifikasyon ve transesterifikasyon reaksiyonlarını katalizleyebilmektedir. Bu enzimin immobilize formu olan Novozyme 435®, özellikle ɛ-KL’nin halka açılması polimerizasyonundaki etkinliği ile tanınmaktadır. Fakat Novozyme 435® mekanik ve termal açıdan dayanıksız bir taşıyıcı olan akrilik reçine üzerine immobilize haldedir. Bu sebeple, Novozyme 435® gibi özellikle polimerizasyon reaksiyonlarında etkili olabilecek bir lipaz eldesi için yeni taşıyıcıların geliştirilmesi son zamanlarda ilgi gören çalışma konularından olmuştur. Bu çalışmada, serbest CALB (CALB L, Lipozyme®) literatürde daha önce hiç örneği olmayan bir inorganik taşıyıcıya, pirinç kabuğu külüne, immobilize edilmiştir. Pirinç kabuğu pirinç üretim prosesinin yan ürünü olarak açığa çıkan, oldukça bol ve diğer taşıyıcılara göre ucuz bir madde olduğundan lipaz immobilizasyonu için tercih edilmiştir. Silika enzim immobilizasyonunda yaygın olarak kullanıldığından ve pirinç kabuğu külünün de SiO2 içeriği (% 95 ‘e kadar) oldukça yüksek olduğundan pirinç kabuğu külü lipaz immobilizasyonu için umut verici bir taşıyıcı olduğu sonucuna varılmıştır. Bu sebeple bu çalışmada pirinç kabuğu külüne immobilize lipazın verimliliği bir uygulama üzerinden gösterilmek istenmiştir. Bu amaçla, ilk olarak taşıyıcı madde hazırlanmış ve lipaz immobilizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra ise, bu yeni immobilize lipazlar ile PKL sentezlenmiştir. Taşıyıcının hazırlanması ve lipaz immobilizasyonu kısmında, ilk olarak pirinç kabukları 600-650 ֩ C’de 6 saat yakılarak pirinç kabuğu külleri elde edilmiştir. Daha sonra, bir silanlama ajanı olan (3-aminopropil)trietoksisilan (3-APTES) kullanılarak pirinç kabuğu külünün yüzeyi modifiye edilmiştir. Bu modifikasyon sonunda yüzeyde fonksiyonel amin (-NH2) grupları elde edilmiştir. Lipazın immobilizasyonu fiziksel adsorpsiyon ve glutaraldehit ile çapraz bağlama olmak üzere iki yöntem ile gerçekleştirilmiştir. Yeni immobilize lipazların optimizasyonu için; farklı 3-APTES ve glutaraldehit konsantrasyonları ve protein yükleme oranları denenmiştir. Bunlara ek olarai raf ömrü, tekrarlı kullanım stabilitesi, optimum sıcaklık ve pH değerleri araştırılmıştır. Ayrıca, pirinç kabuğu külünün, yüzeyi modifiye edilmiş pirinç kabuğu külünün ve immobilize lipazların karakterizasyonu için fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), termal gravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Bu çalışmanın ikinci kısmında yeni immobilize enzimler ile PKL sentezlenmiştir. Polimerizasyon reaksiyonları daha önceden ε-KL’nin halka açılması polimerizasyonu için verimli olduğu gösterilmiş olan toluen ortamında gerçekleştirilmiştir. Enzimlerin optimum polimerizasyon koşullarının belirlenmesi amacıyla, polimerizasyon reaksiyonları farklı reaksiyon süreleri boyunca (6, 24, 48, 72 ve 120 saat) farklı polimerizasyon sıcaklıklarında (30, 40, 60, and 80 ֩ C) gerçekleştirilmiştir. Her iki enzim için de en iyi polimerizasyon koşullarının belirlenmesinden sonra, farklı enzim konsantrasyonlarının etkisi ve enzimlerin tekrar kullanılabilirliği üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ayrıca, yeni immobilize edilmiş olan lipazları ticari lipazlar ile karşılaştırmak amacı ile Lipozyme® ve Novozyme 435® ile de belirlenmiş olan en iyi reaksiyon koşullarında PKL sentezi gerçekleştirilmiştir. Polimer örneklerinin molekül ağırlığı dağılımları jel geçirgenlik kromatografisi (GPC) ile, zincir yapıları proton nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H-NMR) ve FT-IR ile, termal özellikleri TGA ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizi ile, yüzey yapıları ise SEM ile karakterize edilmiştir. Ayrıca polimer örneklerinin kristal yapısının belirlenmesi amacı ile X-ışını kırınımı (XRD) analizi uygulanmıştır. Sonuç olarak, pirinç kabuğu küllerinin yüzey modifikasyonunun başarı ile sağlandığı ve yüzeyde –NH2 gruplarının elde edildiği FT-IR ve TGA analizleri ile gösterilmiştir. Hem fiziksel adsorpsiyon hem de çapraz bağlama yöntemleri ile yaklaşık % 90’lık bir immobilizasyon verimi elde edilmiştir. Buna ek olarak, fiziksel adsorpsiyon ile immobilizasyon sonucunda serbest lipazın % 92.3’lük, çapraz bağlama ile immobilizasyon sonucunda ise % 78.8’lik aktivitesi korunmuştur. Öte yandan, çapraz bağlama ile immobilizasyon sonucunda serbest lipazın spesifik aktivitesinin 1.8 katı, fiziksel adsorpsiyon ile immobilizasyon sonucunda ise 2 katı spesifik aktivite elde edilmiştir. Yeni immobilize edilmiş olan bu lipazların spesifik aktivitelerinin Novozyme 435®’in spesifik aktivitesine (serbest lipazın 2.2 katı) yakın olduğu sonucuna varılmıştır. Fiziksel adsorpsiyon yöntemi ile immobilize edilmiş olan lipaz kullanılarak sentezlenen PKL’nin (Polimer örneğinin PKL olduğu FT-IR ve 1H-NMR ile gösterilmiştir.) molekül ağırlığı 60 ֩ C’de gerçekleştirilen 48 saatlik reaksiyon sonunda 14000 g/mol olarak elde edilmiştir. Aynı şekilde çapraz bağlama yöntemi ile elde edilen immobilize lipaz kullanıldığında ise 40 ֩ C’de gerçekleştirilen 24 saatlik reaksiyon sonunda 11580 g/mol molekül ağırlığına sahip PKL sentezlenmiştir. Son olarak, aynı enzimler arka arkaya altı kez PKL sentezinde kullanılmıştır. altıncı reaksiyon sonunda fiziksel adsorpsiyon yöntemi ile immobilize lipazın aktivitesinin % 34.1’i, çapraz bağlama yöntemi ile immobilize lipazın aktivitesinin ise %35.7’si korunmuştur. Elde edilen bu sonuçlar, her iki yöntem ile immobilize edilmiş olan lipazların kayda değer bir stabiliteye sahip olduğunu ve serbest lipaza göre uygulamalara adaptasyonunun daha iyi olduğunu göstermiştir. Öte yandan, daha ileri bir çalışma olarak, inorganik bir taşıyıcı olan pirinç kabuğu külüne immobilize edilmiş olan lipaz enzimleri sentez sonrasında ortamdan ayrılmayarak PKL matrisi içerisine gömülerek nanohibritler elde edilebilir. Literatürde lipaz taşıyıcısı olarak montmorillonit ve sepiyolitin kullanılmış olduğu bir nanohibrit sistem başarıyla gerçekleştirilmiştir.