Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Nanoteknoloji, en az bir boyutu 1-100 nm arasında değişen nanomalzemelerin sağladığı fiziksel, kimyasal ve elektriksel özellikleri kullanarak yeni özelliklere ve işlevlere sahip malzemelerin üretimini ve geliştirilmesini hedefleyen çok yönlü bir çalışma alanıdır. Nanomalzemeler nanoboyuta inildikçe artan yüzey / hacim oranının sağladığı özellikler ile elektronik, biyomedikal, gıda ve enerji gibi alanlarda kullanılmaktadır. Nanoteknolojinin önemli uygulama alanlarından biri olan doku mühendisliği alanında yer alan yara örtüsü ile zarar görmüş hücrelerin ve dokuların onarılması için yara bölgesine hücrelerin göçünü, çoğalmasını ve farklılaşmasını sağlamak için ekstraselüler matriks (ECM) görevi görebilecek yapıların geliştirilmesi amaçlanır. Yara örtüsünün kullanım amaçları yaraların iyileşmesi için gerekli olan nemi ve gaz geçirgenliğini sağlamak, enfeksiyonu önlemek veya kontrol altında tutmak, yara eksudasını temizlemek ve ağrının en aza indirilmesini sağlamaktır. Sentetik (PCL, PLA vb.) ve doğal biyopolimerler (kitosan, jelatin, kolajen vb.) ile çeşitli lif üretim yöntemleri kullanılarak genellikle nanolif matriks yapısında oluşturulan yara örtüleri içerisine yara iyileşmesini hızlandırmak, ağrıyı azaltmak, tedavi etmek ve antibakteriyel özellik kazandırmak için ilaçlar, büyüme faktörleri veya nanotanecikler yerleştirilerek zarar görmüş dokunun onarılması sağlanmaktadır. Biyopolimer çeşidi olan polikaprolakton (PCL) toksik olmaması, mekanik özelliklerinin iyi olması, biyouyumluluk ve biyolojik bozunabilirlik özelliklerinin getirdiği avantajlar sayesinde biyomedikal alanda ilaç taşıyıcı sistemlerde ve doku mühendisliği uygulamalarında iskele ve yara örtüsü olarak kullanılabilmektedir. Aktif yara örtüsü çalışmalarında yara iyileşmesini hızlandırmak için ZnO nanotaneciği kullanılmaktadır. Vücudumuzda var olan elementlerden biri olan ve ekstraselüler matriks oluşumunu destekleyen metaloproteinlerin kofaktörü olan çinko ile yara iyileşme süresi kısaltılabilmektedir. Çinko kaynağı olarak kullanılabilen ZnO nanotaneciklerinin ROS üretimine neden olarak, ya da bakteri hücre duvarına zarar vererek yara bölgesinde antibakteriyel özellik gösterdiği ve yara bölgesine keratinosit ve fibroblast hücrelerinin göçünü ve çeşitlenmesini sağlayarak, yara iyileşmesini hızlandırdığı belirtilmiştir. Genellikle vitamin A ve E, cilt için bölgesel kremler, losyonlar veya merhemler de kullanılan cildin yaşlanmasını geciktiren ve antioksidan özellik sağlayan terapötik ajanlardır. ZnO nanotanecikleri gibi vitamin A ve vitamin E'nin de yara iyileştirmede olumlu sonuçlar sağladığı yapılan çalışmalar ile görülmüştür. Vitamin E yara bölgesinde antioksidan özellik sağlamakta ve vitamin A ise kolajen sentezini desteklemektedir. Yapılan çalışmaların incelenmesi sonucu bu çalışmada, mikrodalga destekli hidrotermal yöntem ile ZnO nanotaneciğinin üretimi ve elektrospinning yöntemi ile ZnO nanotaneciği, vitamin E ve A katkılı PCL nanokompozit lif yara örtüsünün üretimi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmaların birinci bölümünde; Zn(NO3)2.6H2O, NaOH, stabilize edici ajan olarak nişasta ve çözücü olarak su kullanılarak ZnO nanotaneciğinin üretimi mikrodalga destekli hidrotermal yöntem ile gerçekleştirilmiştir. Bu bölümde nanotaneciğin boyutuna ve morfolojisine Zn(NO3)2.6H2O ve NaOH derişimleri, pH, mikrodalga gücü ve mikrodalga uygulama süresinin etkisi incelenerek nanokompozit lif yapılarının üretiminde kullanılabilecek ideal nanotanecik üretimi gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmaların ikinci bölümünde; asetik asit-formik asit çözücü karışımı kullanılarak saf PCL, çeşitli oranlarda ZnO nanotaneciği ve vitamin E ve A içeren ZnO/PCL, VİT/PCL, ZnO/VİT/PCL nanoliflerinin üretimi elektrospinning prosesi ile gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen nanotaneciklerin ve nanoliflerin karakterizasyonu SEM, FTIR ve XRD kullanılarak gerçekleştirilmiştir. ZnO/PCL, VİT/PCL, ZnO/VİT/PCL nanokompozit lifleri için belli bir zaman periyodunda çinko iyonu ve vitamin salım testleri uygulanmıştır. Elde edilen liflere antibakteriyel aktivitelerini incelemek için antimikrobiyal testler uygulanmıştır. Sentezi gerçekleştirilen ZnO nanotaneciklerinin morfolojisi ve tanecik boyut dağılımı üzerinde Zn(NO3)2.6H2O ve NaOH derişimleri, pH, mikrodalga gücü ve mikrodalga uygulama süresi parametrelerinin etkileri olduğu görülmüştür. Küresel formda elde edilen nanotaneciklerin, ortalama tanecik boyutu; Zn(NO3)2.6H2O ve NaOH derişimi ve çözelti pH artışı ile büyümüş, mikrodalga uygulama süresinin ve gücünün artması ile küçülmüştür. Nanokompozit lif yapılarında, saf PCL nanoliflerine ZnO nanotaneciklerinin ilavesi ile ortalama lif çaplarında küçülme ve vitaminlerin ilavesi ile ortalama lif çaplarında büyüme görülmüştür. Nanokompozit yapıdan çinko iyonu ve vitamin salımının gerçekleştiği belirlenmiştir. Ayrıca, yüksek ZnO derişimi içeren nanokompozit lif yapıların Escherichia coli ve Staphylococcus aureus bakterilerine karşı antibakteriyel özellik sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak, üretimi gerçekleştirilen nanokompozit lif yapılarının yara örtüsü olarak kullanılma potansiyeline sahip olduğu saptanmıştır.