dc.contributor.advisor | Güven, Olgun | |
dc.contributor.author | Golshaei, Parisa | |
dc.date.accessioned | 2017-07-14T12:03:17Z | |
dc.date.available | 2017-07-14T12:03:17Z | |
dc.date.issued | 2017-06-19 | |
dc.date.submitted | 2017-06-19 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/3699 | |
dc.description.abstract | The preparation of stimuli-responsive surfaces has attracted increasing attention
due to their potential applications in biological science and engineering. These
stimuli-responsive surfaces are usually prepared by modification of substrates with
environmentally responsive polymers that can respond to environmental stimuli
such as temperature, light, pH, electric field, ion strength, and magnetic field. Among
various responsive polymers used to prepare stimuli-response surfaces, thermally
responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAAm) is the most popular one
because it exhibits a reversible phase transition at around 32 ºC (known as the lower
critical solution temperature, LCST). At a temperature below its LCST, the polymer
chains are swollen and soluble in water, whereas at a temperature above the LCST
the chains collapse and become insoluble in water. As such it has received great
attention for the preparation of thermo-responsive surfaces for tissue engineering.
Poly (ethylene terephthalate) (PET) is one of the most widely used polymer
materials in biological, chemical, and medical sciences because of its perfect
properties such as convenient processability, mechanical strength, thermal stability
and optical transparency.
In this study, thermo-sensitivity has been introduced onto PET surfaces by graft
copolymerization of NiPAAm. The PET surface was first photo-oxidized in the
presence of H2O2, to have enriched concentration of -COOH groups which were
later reacted with allylamine (AlAm) to introduce vinyl end groups at the surface.
These groups were used as active sites for graft copolymerization of NiPAAm. The
influences of solvent, monomer concentration and time on grafting have been
investigated.
Graft copolymerization was performed in air at room temperature by placing PET
films into monomer solution which contains benzophenon as photoinitiator. For the
most effective surface modification, parameters as monomer concentration (% 5-
15), photoinitiator amount (%5-20), UV excited time (1-4 hour) that effect the graft
yield were investigated. In order to obtain desired surface property, % 10(w/w)
monomer concentration, %10(w/w) benzophenone and 60 minutes irradiation time
were determined as the optimum conditions.
In addition to conventional polymerization, PET-g-NiPAAm surface was synthesized
by RAFT-mediated graft polymerization in the presence of Cyanomethyl dodecyl
trithiocarbonate based RAFT agent at 70 ºC under nitrogen atmosphere.
% Grafting degree was calculated by using gravimetric method. The thickness of
grafted layer can be adjusted by grafting reaction parameters via grafting degree
and also confirmed by Ellipsometry. Imaging in water environment revealed the
reversible modification of surface morphology below and above the LCST
temperature of PNiPAAm. The grafted surfaces were analyzed by colorimetric
assay, ATR-FTIR, Raman, Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray
(SEM EDX), XPS spectroscopies, Thermogravimetric analysis (TGA), and
Differential scanning calorimetry (DSC). Number-average molecular weights (Mn)
and dispersity indices of the polymers were determined by Gel Permeation
Chromatography (GPC). | tr_TR |
dc.description.tableofcontents | İÇİNDEKİLER
ETİK ........................................................................................................................ ii
ÖZET ...................................................................................................................... iii
ABSTRACT ............................................................................................................ v
TEŞEKKÜR ........................................................................................................... vii
İÇİNDEKİLER ....................................................................................................... viii
TABLOLAR ............................................................................................................ xii
ŞEKİLLER ............................................................................................................ xiv
SİMGELER VE KISALTMALAR ........................................................................... xix
1. GİRİŞ .................................................................................................................. 1
2. GENEL BİLGİLER .............................................................................................. 5
2.1. Biyomalzemeler ............................................................................................... 5
2.1.1. Polimerik Biyomalzemeler ............................................................................ 7
2.1.2. Polimerik Biyomalzemelerde Olması Gereken Özellikler .............................. 7
2.2. Doku Mühendisliği ........................................................................................... 8
2.2.1. Hücreler ...................................................................................................... 10
2.2.2. Doku İskelesi .............................................................................................. 11
2.3. Sıcaklık-Duyarlı Polimerler ve PNiPAAm ....................................................... 12
2.3.1. PNiPAAm Uygulamaları .............................................................................. 14
2.4. Hücre Tabaka Mühendisliği ........................................................................... 16
2.4.1. Sıcaklığa Duyarlı Yüzeylerde Hücre Tutunma ve Ayrılması ....................... 17
2.4.2. Sıcaklığa Duyarlı Polimerlerin Yüzeye Kaplanması .................................... 18
2.5. Yüzey Modifikasyonu ..................................................................................... 20
2.6. Aşılama Teknikleri ......................................................................................... 24
2.6.1. Kimyasal Aşılama ....................................................................................... 25
2.6.2. Radyasyon ile Aşılama ............................................................................... 26
2.6.3. Plazma ile Aşılama ..................................................................................... 28
2.6.4. Ozon ile Aşılama ......................................................................................... 30
2.6.5. Foto-Kimyasal Aşılama ............................................................................... 31
2.6.5.1. Yüzeye Aşılama ....................................................................................... 34
2.6.5.2. Yüzeyden Aşılama ................................................................................... 35
2.7. Foto Aşı Polimerizasyonun Diğer Uygulama Alanları .................................... 41
2.8. Kontrollü Radikal Polimerizasyonu ................................................................ 43
2.8.1. Tersinir Katılma-Ayrılma Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT) ............. 45
3. DENEYSEL KISIM ............................................................................................ 50
3.1. Kullanılan Maddeler ....................................................................................... 50
3.1.1. N,N'-disikloheksil karbodiimid (DDC) .......................................................... 50
3.1.2. N-Hidroksi süksinimit (NHS) ....................................................................... 51
3.2. Polimerik Malzemenin Sentezi ....................................................................... 51
3.2.1. Hidroliz Prosedürü ...................................................................................... 51
3.2.2. Oksidasyon Prosedürü ............................................................................... 51
3.2.2.1. KMnO4/H2SO4 Sistemi ile Oksidasyon ..................................................... 51
3.2.2.2. UV/H2O2 Sistemi ile Oksidasyon .............................................................. 51
3.2.3. Karboksil Grupların Modifikasyonu ............................................................. 53
3.2.4. AlAm Monomerin Aktif Karboksil Gruplarına Bağlanması ........................... 53
3.3. Aşı Kopolimerizasyonu .................................................................................. 54
3.3.1. PET-g-NiPAAm Kopolimerinin Termal Polimerizasyon ile Sentezi ............. 54
3.3.2. PET-g-NiPAAm Kopolimerin Foto Başlatma Polimerizasyon ile Sentezi .... 55
3.3.2.1. Eşzamanlı Foto Polimerizasyon ............................................................... 55
3.3.2.1.1. Foto Başlatıcının Bağlanması ............................................................... 55
3.3.2.1.2. Foto Aşı Polimerizasyon ....................................................................... 55
3.3.2.2. Ön Işınlama ile Foto Polimerizasyon ....................................................... 56
3.3.2.2.1. Yüzeye Başlatıcı İmmobilizasyonu ve Radikal Oluşumu ...................... 56
3.3.2.2.2. Foto Aşı Polimerizasyonu ..................................................................... 56
3.4. Karekterizasyon için Kullanılan Cihazlar ........................................................ 56
3.4.1. Yüzey Özelliklerinin İncelenmesi ................................................................ 56
3.4.1.1. ATR-FTIR Spektroskopisi ........................................................................ 56
3.4.1.2. Raman Spektroskopisi Analizli................................................................. 56
3.4.1.3. X-ışınları Foto Elektron Spektroskopisi (XPS) ......................................... 56
3.4.1.4. Su Değme Açısı Ölçümleri ....................................................................... 57
3.4.1.5. Taramalı Elektron Mikroskopisi- Enerji Dispersif X-Işını Analizi (SEM EDX)
…………………………………………………………………………………………….57
3.4.2. Gravimetrik Analizler ................................................................................... 57
3.4.2.1. Aşılama Derecesinin Hesaplanması ........................................................ 57
3.4.2.2. Homopolimer Oluşumun Hesaplanması .................................................. 58
3.4.3. Kolorimetrik Yöntem ................................................................................... 58
3.4.3.1. Karboksilik Asit Grubunun Tayini ............................................................. 58
3.4.3.2. Azot Gruplarının Tayini ............................................................................ 59
3.4.4. Elektron Spin Rezonans Spektroskopisi (ESR) .......................................... 59
3.4.5. Büyüklükçe Ayırma Kromatografisi (BAK) .................................................. 60
3.4.6. Termogravimetrik Analiz (TGA) .................................................................. 61
3.4.7. Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) ..................................................... 61
4. SONUÇLAR ve TARTIŞMA .............................................................................. 63
4.1. Termal Aşı Kopolimerizasyonu ...................................................................... 63
4.1.1. PET Yüzeylerin Modifikasyonu ................................................................... 63
4.1.2. Modifiye Edilmiş PET Yüzeylerine PNiPAAm Aşılanması ........................... 72
4.1.2.1. Aşılanan Polimer ve Oluşan Homopolimerin Ölçülmesi ........................... 72
4.1.2.2. ATR-FTIR ................................................................................................ 73
4.1.2.3. Raman Spektroskopisi ............................................................................. 78
4.1.2.4. X-Işınları Foto Elektron Spektroskopi (XPS) Deneyleri ............................ 82
4.1.2.5. SEM-EDX ................................................................................................ 87
4.1.2.6. TGA - DTGA Analizleri ............................................................................. 91
4.1.2.7. Diferansiyel Taramalı Kalorimetri ............................................................. 93
4.1.2.8. Büyüklükçe Ayırma Kromatografisi (BAK) ............................................... 94
4.2. Foto Aşı Polimerizasyonu ............................................................................ 100
4.2.1. PET Yüzeylerin Modifikasyonu ................................................................. 100
4.2.1.1. Eşzamanlı Foto Polimerizasyon Yöntemi .............................................. 100
4.2.1.1.1. Foto Başlatıcının İmmobilizasyonunu Etkileyen Faktörler ................... 100
4.2.1.1.2. Çözücünün Foto-Aşılama Üzerindeki etkisi ........................................ 103
4.2.1.1.3. Yüzeye Foto Aşılama Mekanizması .................................................... 104
4.2.1.2. Ön Işınlama ile Foto Aşı Polimerizasyonu ............................................. 107
4.2.1.2.1. ESR Analizi ......................................................................................... 109
4.2.1.2.2. Ön Işınlama ile Yapılan Foto Aşı Polimerizasyonu Reaksiyonları. ...... 112
4.2.2. Foto Aşılanmış Yüzeylerin Yapısal Karakterizasyonu ............................... 114
4.2.2.1. FTIR-ATR .............................................................................................. 114
4.2.2.2. Kolorimetrik Yöntem .............................................................................. 115
4.2.2.3. XPS Spektrumları .................................................................................. 116
4.2.2.4. Temas Açısı Ölçümü ............................................................................. 119
4.2.2.5. TGA - DTGA Analizleri ........................................................................... 120
4.2.2.6. Diferansiyel Taramalı Kalorimetri ........................................................... 122
4.2.2.7. Ön Işınlama ve Eşzamanlı Aşılama Yöntemlerinin Karşılaştırması ....... 123
5. TOPLU SONUÇLAR ....................................................................................... 125
KAYNAKLAR ...................................................................................................... 127
ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................................ 143 | tr_TR |
dc.language.iso | tur | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Sıcaklık duyarlı yüzey, PET, yüzey modifikasyonu, PNiPAAm, foto aşılama, aşı kopolimerizasyon. | tr_TR |
dc.title | POLİ(N-İZOPROPİLAKRİLAMİT) İN POLİ(ETİLEN TERAFTALAT) YÜZEYİNE DOKU MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARI İÇİN FOTO BAŞLATMA YOLUYLA AŞILANMASI | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Duyarlı yüzeylerin hazırlanması, biyoloji biliminde ve mühendislikte uygulama
potansiyelleri nedeniyle dikkat çekmektedir. Bu uyarıya tepki veren yüzeyler
genellikle sıcaklık, ışık, pH, elektrik alanı, iyon kuvveti ve manyetik alan gibi çevresel
koşullarda duyarlı polimerlerle substratların modifikasyonu ile hazırlanır. Duyarlı
yüzeyleri hazırlamak için kullanılan çeşitli tepki veren polimerler arasında sıcaklıkduyarlı
poli (N-izopropilakrilamit) (PNiPAAm) en popüler polimerdir. Bunun
nedenlerinden biri PNiPAAm suda 32°C civarında aşağı kritik çözelti sıcaklığına
(AKÇS) sahip olmasıdır. AKÇS altındaki bir sıcaklıkta, polimer zincirleri şişirilir ve
suda çözünürken, AKÇS 'nin üstündeki bir sıcaklıkta zincirler çöker ve su içinde
çözünmez hale gelir. Bu nedenle, doku mühendisliği uygulamaları için sıcaklığaduyarlı
yüzeylerin hazırlanması büyük ilgi görmektedir.
Poli (etilen teraftalat) (PET), uygun işlenebilirlik, mukavemet, ısı direnci ve şeffaflık
gibi mükemmel özelliklerinden dolayı biyolojik, kimyasal ve tıbbi bilimlerde en
yaygın kullanılan polimer malzemelerden biridir.
Bu çalışmada, NiPAAm 'in PET yüzeyle aşı kopolimerizasyonu ile sıcaklık-duyarlılık
sağlanmıştır. PET yüzeyleri önce H2O2 varlığında foto-oksitlenmiş, daha sonra -
COOH grupları ile zenginleştirilmiş yüzeylerde vinil uç grubu oluşturmak için
allilamin (AlAm) ile reaksiyona sokulmuştur. Böylece yüzeye bağlanan vinil uç
grupları NiPAAm 'in aşı kopolimerizasyonu için aktif merkez olarak kullanılmıştır.
Çözücünün, monomer konsantrasyonunun ve sürenin aşılama üzerine etkisi
araştırılmıştır.
Aşı kopolimerizasyonu foto başlatıcı olarak benzofenon içeren monomer çözeltisi
içerisine PET filmleri yerleştirilerek, hava ortamında ve oda sıcaklığında
gerçekleştirildi. En etkili yüzey modifikasyonu için aşılama verimini etkileyen monomer derişimi (% 5-15), benzofenon miktarı (%5-20), UV uyarım süresi (1-4
saat) gibi parametreler incelendi. İstenilen yüzey özelliğini elde edebilmek için % 10
monomer derişimi, %10 benzofenon ve 60 dakika ışınlama süresi optimum koşullar
olarak belirlendi.
Konvansiyonel polimerizasyona ek olarak, PET-g-NiPAAm yüzeyi azot atmosferi
altında 70 ºC'de Siyanometil dodesil trityokarbonat RAFT ajanı varlığında RAFT aşı
polimerizasyonu ile sentezlendi. %Aşılama derecesi gravimetrik metot kullanılarak hesaplanmıştır. Aşı tabakanın kalınlığı aşılama derecesi ile aşılama reaksiyon parametreleri ile ayarlanabilir ve
ayrıca Elipsometri ile teyit edilebilir. Yüzeye aşılanan PNiPAAm 'in AKÇS sıcaklığın
altında ve üzerinde hidrofilik ve hidrofobik gösterdiği su temas açıları bulunmuştur.
Aşılanmış yüzeyler, kolorimetrik deney, ATR-FTIR, Raman, Taramalı Elektron
Mikroskopisi-Enerji Dispersiv X-ışını (SEM-EDX), XPS spektroskopileri,
Termogravimetrik analiz (TGA) ve Diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) ile analiz
edildi. Polimerin sayıca ortalama molekül ağırlığı (Mn) ve polidispersite indeksi
Büyüklükçe Ayırma Kromatografisi (BAK) kullanılarak tayin edilmiştir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Kimya | tr_TR |
dc.contributor.authorID | 10154173 | tr_TR |