POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU. YÜKSEK LİSANS TEZİ Cansu ÇITAK. Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU YÜKSEK LİSANS TEZİ Cansu ÇITAK Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği Programı : Kimya Mühendisliği Tez Danışmanı: Prof. Dr. F.Seniha GÜNER HAZİRAN 2011

2

3 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU YÜKSEK LİSANS TEZİ Cansu ÇITAK ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 6 MAYIS 2011 Tezin Savunulduğu Tarih : 9 HAZİRAN 2011 Tez Danışmanı : Prof. Dr. F. Seniha GÜNER (İTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Güldem ÜSTÜN (İTÜ) Prof.Dr. Fikriye URAS (MARMARA) HAZİRAN 2011

4

5 iii Aileme,

6 iv

7 ÖNSÖZ Tez çalıģmalarımı yürüten, araģtırmalarımın her aģamasında bilgi, öneri ve yardımlarını esirgemeyerek engin fikirleriyle geliģmeme katkıda bulunan ve hertürlü konuda yanımda olup beni destekleyen değerli hocam Sayın Prof. Dr. F. Seniha GÜNER e sonsuz teģekkürlerimi sunarım. Ayrıca tez çalıģmalarım süresince yardımlarını gördüğüm, bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım Sayın Doç. Dr. Ahmet SĠRKECĠOĞLU na, Sayın Prof. Dr. Fatma Z. TEPEHAN a, Sayın Prof. Dr. Fikriye URAS a ve Sayın Uzman Tansu ERSOY a ve Dr. Özlem BĠNGÖL ÖZAKPINAR a da en içten teģekkürlerimi sunarım. Deneysel çalıģmalarım esnasında, bana yardımcı olan Kim.Yük. Müh. IĢık YAVUZ a çalıģmalarım boyunca her daim yanımda olan arkadaģlarım Asuman KOÇ ve Tuğba AKKAġ baģta olmak üzere tüm arkadaģlarıma teģekkürü bir borç bilirim. Bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım, görüģ ve düģünceleriyle geliģmeme katkıda bulunan, motive edici konuģmalarıyla önüme ıģık tutan ve daima yanımda olan meslektaģım Kim. Yük. Müh. Fahrettin GÜNDÜZ e sonsuz teģekkürlerimi sunarım. Mayıs 2011 Cansu ÇITAK (Kimya Mühendisi) v

8 vi

9 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ...v İÇİNDEKİLER... vii KISALTMALAR... ix ÇİZELGE LİSTESİ... xi ŞEKİL LİSTESİ... xiii ÖZET... xv SUMMARY... xvii 1. GİRİŞ TEORİ Biyomalzemeler Biyomedikal polimerler Poliüretanlar Poliüretan sentezinde kullanılan hammaddeler Ġzosiyanatlar Polioller Zincir uzatıcılar Poliüretanların sentezi Poliüretanların uygulama alanları Yüzey Modifikasyonu Plazma yüzey modifikasyonu Ġnce film kaplama AĢındırma Polimerlerin yüzey aktifleģtirme ve fonksiyonelleģtirilmesi Plazma polimerizasyonu Plazma polimerizasyonunun uygulama alanları Temas açısı ölçüm yöntemleri ve yüzey serbest enerjisi Biyomalzeme yüzeyine protein adsorpsiyonu Poliüretan yüzeylere protein asorpsiyonu Kan plazmasındaki önemli proteinler Albümin Fibrinojen Biyomalzeme-biyolojik çevre etkileģimi Hücre yapıģması ve üremesi Literatürde yapılan çalıģmalar DENEYSEL ÇALIŞMA Kullanılan Kimyasallar ve Özellikleri Polimer Sentezi Reaksiyon karıģımının hazırlanması Poliüretan sentezi Poliüretan filmlerin plazma yüzey modifikasyon yöntemi Karakterizasyon yöntemleri Sayfa vii

10 3.4.1 Fourier transform infrared spektroskopisi Diferansiyel taramalı kalorimetre Isılgravimetrik analiz Dinamik mekanik analiz Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi Taramalı elektron mikroskobu Atomik kuvvet mikroskobu X-ıĢını kırınımı X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi Polimerlerin ĢiĢme davranıģları BoĢluk hacmi Gözeneklilik Gaz geçirgenliği Hidroliz Polimerlerin yoğunlukları Jel içeriklerinin belirlenmesi Ġki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) ve çapraz bağlanma yoğunluğunun (υ c ) hesaplanması Biyouyumluluk Deneyleri Poliüretan filmlere protein adsorpsiyonu Hücre yapıģması ve üremesi SONUÇLAR VE TARTIŞMA Poliüretan Sentezi Polimer Yapısının Karakterizasyonu ve Özelliklerinin Belirlenmesi Fourier transform infrared spektroskopisi X-ıĢını kırınımı verilerinin değerlendirilmesi Diferansiyel taramalı kalorimetre analizi Isılgravimetrik analiz Dinamik mekanik analiz Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi hesaplaması Poliüretanların ĢiĢme davranıģlarının incelenmesi Poliüretanların boģluk hacminin hesaplanması Poliüretanların gözeneklilik değerlerinin hesaplanması Gaz geçirgenliği sonuçları Poliüretanların jel içeriğinin hesaplanması Poliüretanların yoğunluklarının hesaplanması Ġki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) ve çapraz bağlanma yoğunluğunun (υ c ) hesaplanması Hidroliz Plazma yüzey modifikasyonu Protein adsorpsiyonu verilerinin değerlendirilmesi Filmlerin yüzey topoğrafyası AFM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi SEM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) Sitotoksisite, hücre yapıģması ve üremesi SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER viii

11 KISALTMALAR HY PEG PU BSA BSF FT-IR DSC TGA DMA PSM PBS XRD XPS SEM AFM AA Ar FTIR-ATR DMEM DMSO : Hint Yağı : Polietilen Glikol : Poliüretan : Hayvan Serum Albümin : Hayvan Serum Fibrinojen : Fourier Transform Infrared : Diferansiyel taramalı kalorimetre : Isıl Gravimetrik Analiz : Dinamik Mekanik Analiz : Plazma Yüzey Modifikasyonu : Fosfat Tampon Çözeltisi : X-IĢını Kırınımı : X-IĢını Fotoelektron Spektroskopisi : Taramalı Elektron Mikroskobu : Atomik Kuvvet Mikroskobu : Akrilik Asit : Argon : Fourier Transform Infrared-AzaltılmıĢ Toplam Reflektans : Hücre kültür ortamı : Dimetil sülfoksit ix

12 x

13 ÇİZELGE LİSTESİ Çizelge 2.1 : Kanda bulunan 3 ana plazma proteini Çizelge 3.1 : Polietilen glikolün özellikleri Çizelge 3.2 : Hint yağının özellikleri Çizelge 3.3 : Hegzametilen diizosiyanatın bazı özellikleri Çizelge 4.1 : Sentezlenen poliüretan filmlerin kodları Çizelge 4.2 : Poliüretanların DSC termogramından elde edilen T g ve T m değerleri Çizelge 4.3 : Poliüretanların TGA sonuçları Çizelge 4.4 : DMAverilerinden hesaplanan T g değerleri Çizelge 4.5 : Poliüretan filmlerin temas açısı ve serbest yüzey enerjisi değerleri Çizelge 4.6 : Filmlerin boģluk hacmi değerleri Çizelge 4.7 : Filmlerin gözeneklilik değerleri Çizelge 4.8 : Poliüretan filmlerin plazma uygulaması öncesi ve sonrası temas açıları Çizelge 4.9 : Poliüretan filmlerin AFM ile belirlenen yüzey pürüzlülük değerleri Çizelge 4.10 : PU100 kodlu Poliüretan filmin; orijinal hali, AA kaplaması sonrası ve AA kaplamasından sonra BSF adsorpsiyonlu halinin XPS verileri Sayfa xi

14 xii

15 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 2.1 : Poliüretanın genel yapısı Şekil 2.2 : Poliüretan sentezi için genel reaksiyon [21] Şekil 2.3 : Poliüretanın yumuģak ve sert segmentleri Şekil 2.4 : Plazmayla yüzey aģındırma [27] Şekil 2.5 : Polimer yüzeyinin aktifleģtirilmesi Şekil 2.6 : Plazma polimerizasyonu [27] Şekil 2.7 : Akrilik asit monomeri ile plazma polimeri oluģumu Şekil 2.8 : Yüzey temas açısı ölçümü Şekil 2.9 : Temas açısı ölçümünde kullanılan 4 yöntem; (a) YapıĢık damla (sessile drop) yöntemi, (b) YakalanmıĢ kabarcık (captive bubble) yöntemi, (c) Kapiler yükselme yöntemi, (d) Wilhelmy plaka yöntemi Şekil 2.10 : Albümin proteinin yapısı [36] Şekil 2.11 : Fibrinojen proteinin yapısı [39] Şekil 3.1 : (a) HY, (b) PEG in kimyasal yapıları Şekil 3.2 : HDI nın kimyasal yapısı Şekil 3.3 : 1,4-bütandiol Şekil 3.4 : Diener electronic marka Pico-LF-RF cihazı Şekil 3.5 : X-ıĢını kırınım desenleri pik alanlarının hesaplanması Şekil 4.1 : (a) PEG ile PU sentez reaksiyonu, (b) HY ile PU sentez reaksiyonu Şekil 4.2 : PU50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil 4.3 : PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin XRD grafiği Şekil 4.4 : Sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri Şekil 4.5 : PU filmlerin depolama modülleri (E ) Şekil 4.6 : PU filmlerin kayıp modülleri (E ) Şekil 4.7 : PU filmlerin tan δ pikleri Şekil 4.8 : Poliüretan filmlerin ĢiĢme oranları Şekil 4.9 : PU filmlerin jel içeriği değerleri grafiği Şekil 4.10 : PU filmlerin yoğunluk değerleri grafiği Şekil 4.11 : PU filmlerin Q-çözünürlük parametreleri grafiği Şekil 4.12 : PU filmlerin M c grafiği Şekil 4.13 : PU filmlerin ν c grafiği Şekil 4.14 : Poliüretan filmlerin hidroliz sonucu ağırlık kayıpları Şekil 4.15 : BSA proteini adsorpsiyon grafiği Şekil 4.16 : BSF proteini adsorpsiyon grafiği Şekil 4.17: PU50 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM görüntüleri Şekil 4.18 : PU100 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM görüntüleri xiii Sayfa

16 Şekil 4.19 : (a) PU100 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, (e) PU100 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU100 kodlu filme BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri Şekil 4.20 : (a) PU50 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, (e) PU50 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU50 kodlu filme BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri Şekil 4.21 : PU100 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıģmalarının ıģık mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme) Şekil 4.22 : PU50 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıģmalarının ıģık mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme) Şekil 4.23 : PU100 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi Şekil 4.24 : PU50 kodlu poliüretan film yüzeyinde hücre büyümesi Şekil A.1 : PU50 kodlu sentez karıģımının FT-IR spektrumu Şekil A.2 : PU50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil A.3 : PU60 kodlu sentez karıģımının FT-IR spektrumu Şekil A.4 : PU60 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil A.5 : PU70 kodlu sentez karıģımının FT-IR spektrumu Şekil A.6 : PU70 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil A.7 : PU90 kodlu sentez karıģımının FT-IR spektrumu Şekil A.8 : PU90 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil A.9 : PU100 kodlu sentez karıģımının FT-IR spektrumu Şekil A.10 : PU100 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu Şekil B.1 : PU50 nin TGA grafiği Şekil B.2 : PU60 nin TGA grafiği Şekil B.3 : PU70 nin TGA grafiği Şekil B.4 : PU90 nin TGA grafiği Şekil B.5 : PU100 nin TGA grafiği Şekil C.1 : PU50 DMA grafiği Şekil C.2 : PU60 DMA grafiği Şekil C.3 : PU70 DMA grafiği Şekil C.4 : PU90 DMA grafiği Şekil C.5 : PU100 DMA grafiği Şekil D.1 : PU50 DSC grafiği Şekil D.2 : PU60 DSC grafiği Şekil D.3 : PU70 DSC grafiği Şekil D.4 : PU90 DSC grafiği Şekil D.5 : PU100 DSC grafiği Şekil E.1 : BSA protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği Şekil E.2 : BSF protein çözeltisi için kalibrasyon grafiği xiv

17 POLİÜRETAN HİDROJELLERİN PLAZMAYLA YÜZEY MODİFİKASYONU VE PROTEİN ADSORPSİYONU ÖZET Uygun mekanik özellikleri, ayarlanabilir fiziksel özellikleri ve mükemmel kan ve doku uyumluluğu poliüretanların biyomedikal uygulamalarda sıklıkla kullanılmasını sağlamıģtır. Ancak, poliüretan yüzeyler hücre yapıģması/tutunması, hücre çoğalması ve protein adsorpsiyonu konularında geliģtirilmeye ihtiyaç duymaktadır. Poliüretan malzemelerin kütle özelliklerini değiģtirmeden yüzey özelliklerini iyileģtirmek amacıyla çok sayıda çalıģma yapılmıģtır. Plazmayla yüzey modifikasyonu pahalı olmasına rağmen son zamanlarda ilgi çekici bir yüzey modifikasyonu yöntemidir. Bu çalıģmada, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat (HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak katalizör ve çözücü kullanılmadan farklı HY/PEG oranlarında biyomedikal saflıkta poliüretan filmler hazırlanmıģtır. Hazırlanan poliüretan (PU) filmlere yüzey aktifleģtirme ve plazma polimerizasyonu olmak üzere iki aģamalı plazma yüzey modifikasyon (PSM) iģlemi uygulanmıģtır. Birinci aģamada, PU filmlere belirli güç ve sürede (50W, 2 dakika) argon (Ar) plazma uygulanarak temiz aktif yüzeyler elde edilmiģtir. Ġkinci aģamada ise aktifleģtirilen PU filmlere akrilik asit (AA) monomeri kullanılarak belirli güç ve sürede (50W, 5 dakika) plazma polimerizasyonu gerçekleģtirilmiģtir. Biyouyumluluk çalıģmaları kapsamında protein adsorpsiyonu ve hücre yapıģması/tutunması ve üremesi deneyleri yürütülmüģtür. Protein adsorpsiyonu deneylerinde, kan plazmasında önemli ve hayati görevleri bulunan hayvan serum albümin (BSA) ve hayvan serum fibrinojen (BSF) proteinleri kullanılmıģtır. Poliüretan sentezinde kullanılan HY ve PEG oranının ve yüzey modifikasyonunun protein adsorpsiyonuna etkisi incelenmiģtir. Hücre yapıģması/tutunması ve üremesi çalıģmalarında da bu etkiler incelenmiģ, ayrıca yüzeye adsorplanan proteinin hücre yapıģması/tutunması ve üremesi üzerindeki etkileri de incelenmiģtir. Sentezlenen PU filmlerin Soxhlet ekstraktörü ile jel içerikleri belirlenmiģtir. ġiģme değerleri hem su hem de fosfat tampon çözeltisi (PBS) için belirlenmiģ olup arada göz önüne alınabilecek belirgin bir fark bulunmadığı için suda ĢiĢme değerleri polimerlerin ĢiĢme davranıģlarının incelenmesinde kullanılmıģtır. Seçilen belirli PU filmlerin boģluk hacimleri hesaplanarak değiģen HY/PEG içeriğiyle yapıda oluģan pürüzlülük hakkında bilgi edinilmiģtir. ĠkiĢer hafta aralıklarla 8 hafta boyunca belirli PU filmlerin ağırlık tartımı ve FT-IR analizi ile PBS ortamında hidrolizleri incelenmiģtir. Sentezlenen poliüretan filmlerin yapısal karakterizasyonu için fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopisi, termal ve mekanik karakterizasyonu için ısılgravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılmıģtır. Sentezlenen bazı PU filmlerin kristalografik yapısını aydınlatmak amacıyla X-ıĢını kırınımı (XRD) kullanılmıģtır. Hint yağı temelli PU filminin yüzeyine yapılan nanometrik boyutdaki AA kaplaması ve protein xv

18 adsorpsiyonu X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile belirlenmiģtir. Poliüretan filmlerin hidrofilik/hidrofobik özelliklerini belirlemek için temas açısı ölçümleri yapılmıģ ve yüzey serbest enerjileri hesaplanmıģtır. PSM öncesi ve sonrasında ve protein adsorpsiyonu sonrasında PU filmlerin yüzey ıslanabilirliği ve topoğrafyası incelenmiģtir. Yüzey topoğrafyasının incelenmesinde atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılmıģtır. PSM öncesinde, sentezlenen PU filmlerin temas açıları, kullanılan monomer oranına bağlı olarak 61 o ile 91 o arasında değiģmektedir. Yürütülen çalıģmalarda, literatürdeki veriler ve laboratuvarlarımızda yapılan diğer deneysel çalıģmalar göz önünde bulundurularak 50 W, 2 dakika Ar plazma uygulaması ile polimer filmin yüzey aktivasyonu yapılmıģ, sonrasında 50 W, 5 dakika AA plazma polimerizasyonu gerçekleģtirilmiģtir. SEM ile PU yüzeylerin topoğrafyası protein adsorpsiyonu sonrası incelendiğinde elde edilen görüntülerde, yüzeye adsorbe olan proteinler ve aynı zamanda PSM ile AA kaplamasından sonra azalan protein adsorpsiyonu gözlemlenmektedir. AFM sonuçları plazma yüzey modifikasyonunun yüzey pürüzlülüğününün artmasına sebep olduğunu göstermiģtir. Farklı HY/PEG oranlarında sentezlenen poliüretan filmlerin PSM ile yüzeylerinde oluģturulan serbest radikal merkezlerin konsantrasyonuna bağlı olarak farklı topoğrafik yapıda poliakrilik asit film oluģumu belirlenmiģtir. Ayrıca BSA ve BSF protein adsorpsiyonlarından sonrada incelenen tapografik sonuçlara göre yüzeydeki protein adsorpsiyonu hakkında bilgi sahibi olunmuģtur. Biyouyumluğun belirlenmesinde bir ön çalıģma olarak yürütülen protein adsorpsiyonu sonuçlarına göre PEG içeriğinin artması protein adsorpsiyonun artmasına neden olmuģtur. BSA için mg/cm 2 arasında olan protein adsorpsiyonu değerleri AA kaplamasından sonra mg/cm 2 değerlerine düģmüģtür. BSF için 2-4 mg/cm 2 arasında olan protein adsorpsiyonu değerleri AA kaplamasından sonra mg/cm 2 değerlerine düģmüģtür. Literatürdeki verilerle de paralel olarak adsorplanan BSA, adsorplanan BSF miktarının yaklaģık 4 katı kadardır. PU filmler plazmayla yüzey modifikasyonu sonrasında daha hidrofilik karakter göstermiģ dolayısıyla protein adsorpsiyonları düģmüģtür. Plazma uygulaması yüzey pürüzlülüğünü arttırmıģ, protein adsorpsiyonunu olumsuz yönde etkilemiģtir. Sitotoksisite ve hücre yapıģması deneylerinde NIH-3T3 fare fibroblast hücreleri ve Vybrant sitotoksisite hücre proliferasyon kiti kullanılmıģ ve HY/PEG oranı 100/0 ve 50/50 kodlu numuler için bu testler yapılmıģtır. Ayrıca AA ile kaplanmıģ ve AA kapalama sonrası BSA ve BSF proteinleri adsorbe edilmiģ halleri için bir seri deney gerçekleģtirilmiģtir. xvi

19 PLASMA SURFACE MODIFICATION AND PROTEIN ADSORPTION OF POLYURETHANE HYDROGELS SUMMARY Polyurethanes obtain to be use in biomedical application for suitable mechanical properties, controllable physical properties and excellent blood and tissue compatibility. However polyurethane surfaces need to be developed at cell adhesion/attachment, cell proliferation and protein adsorption. Numerously study concluded to enhance surface properties of polyurethane materials witout changing bulk properties. Plasma surface modification is an attractive surface modification method in spite of its expenciveness. In this study, polyethylene glycol (PEG), castor oil (CO), hegzamethylene diizosiyanat (HDI) and 1,4-buthanediol (BDO) are used to obtain polyurethane in biomedical purity in different HY/PEG ratio without using any catalyst and solvent. It is applied to the prepared polyurethane (PU) films plasma surface modification (PSM) method in a two different way that is surface activation and plasma polymerization. In the first step, to obtain clean surfaces PU films are imposed argon (Ar) plasma in specific power and time (50W, 2 minute). In the secont step, activated PU surfaces is exposed acrylic acid monomer in specific power and time (50W, 5 minute) to occur plasma polymerization. Protein adsorption and cell adhesion/attachment and cell proliferation experiment are carried out for biocompatibility studies. Bovine serum albumin (BSA) and bovine serum fibrinogen (BSF) are used for protein adsorption experiment because of their vital role in the blood plasma. It is investigated in protein adsorption that changing HY and PEG ratio in polyurethane synthesis and surface modification. It is investigated in cell adhesion/attachment ve cell proliferation adsorption that changing HY and PEG ratio in polyurethane synthesis and surface modification. Ġt is examined how is the protein adsorption affect to the cell adhesion/attachment ve cell proliferation. Synthesed polyurethane films are examined with Soxhlet extraction to determine gel content. Sweeling ratios are determined in both pure water and phosphate buffer saline (PBS). But there is no differences between these results so swelling ratios in pure water result are regarded. Hydrolis experiment are carried out in PBS medium weeks at 36 o C. Every 2 weeks, the films are dried, weighed and have FT-IR analysis for specific PU films. The method is used determining of PU film for structural characterization fourier transform infrared (FT-IR) spectroscope, for thermal and mechanical characterization thermalgravimetric analiysis (TGA), differential scaning calorimeter (DSC) and dynamic mechanical analiysis (DMA). X-ray diffraction is used to determine crystalografic structure for synthesis PU films. X-ray photoelectron spectroscope is used to determine AA coating in nanometric dimension and BSF adsorption around the PU films. Contact angle and surface free energy measurements are made for determining the hydrophilic/hydrophobic character on the PU films. Topography and xvii

20 the wettability of the PU films are determined after and before PSM and protein adsorption. Atomic force microscope (AFM) is used to determine surface topography of PU films. Scaning electron microscope is used to determine AA coating and protein adsorption to the PU surfaces which has HY/PEG ratio is 100/0 and 50/50. Before PSM, contact angle of the synthesed PU films are changing 61 o to 91 o depend on the ratio of the used monomer.in this study, to take into consideration of the litterateural datas and studies done before in the laboratories; activation of the films are made with applying 50 W, 2 minutes Ar plasma and after that plasma polimerization of the active PU films are made with 50 W, 5 minutes AA plasma polimerization. As a result of the SEM analysis of the PU films, protein adsorpiton and the AA coating and the reduction of the protein adsorption of the surface after AA coating are proved. As a result of the AFM analysis, surface roughness of the PU films is increased after the plasma polimerization. Different concantration of AA coating of the different HY/PEG ratio of the PU surfaces are determined with AFM analysis. Also BSA and BSF adsorption of the PU films are observed form AFM images. With increasing the PEG ratio in the PU films, protein adsorptions are increased exacly. For BSA adsorption, protein adsorption datas are changed between mg/cm 2, after AA coating this data degreased between mg/cm 2. For BSF adsorption, protein adsorption datas are changed between 2-4 mg/cm 2, after AA coating this datas degreased between mg/cm 2. Adsorbed BSA/BSF ratio is about four correspondingly litterateur. After PSM, PU films became more hydrophilic so adsorbed protein amount to the PU films i degreased. PSM is increased to the surface roughness, and this accured negatively to the protein adsorption. Cytotoxicity and cell attachment experiments are carried out with rat NIH-3T3 fibroblast cell and Vybrant cell prolification kit. This experiment are carried out for HY/PEG ratio is 100/0 and 50/50 samples. Also these experiments are carried out after AA coating and AA coating after the BSA and BSF adsorption of the film. xviii

21 1. GİRİŞ YaĢayan sisteme implante edilmek ve organ ve dokuların iģlevlerini kısmen veya tümden üstlenmek üzere tasarımlanmıģ malzemelere biyomalzemeler adı verilir [1]. Yapı malzemeleri çok çeģitli olan biyomalzemeler baģlıca polimerler, metaller, seramikler, kompozitler, karbonlar ve doğal dokulardan üretilirler. Biyomalzemelerin en önemli grubu polimerik biyomalzemelerdir. Tıpta çok geniģ bir kullanım alanına sahip olan polimerik biyomalzemelerin uygulamalarına bir kaç çarpıcı örnek; protezler, kontrollü ilaç salım sistemleri ve çeģitli implantlar verilebilir [2]. Biyomalzemelerin biyolojik yönden uyumlu olması, toksik ve karsinojenik olmaması, kimyasal açıdan inert ve stabil olması, yeterli mekanik dayanıma sahip olması, yoğun bir yaģama uyum sağlayabilmesi, uygun ağırlık ve yoğunlukta olması, büyük miktarlarda iģlenebilme ve fabrikasyon kolaylığı göstermesi ve ekonomik olması istenir [1]. Bu özelliklerin bir çoğunu sağlayan polimer esaslı biyomalzemeler, biyomalzeme endüstrisinde en çok üretimi yapılan malzemelerdendir. Yapılarının dokuya benzerlik göstermesi, yüksek biyouyumluluk ve elastik özelliklere sahip olmaları araģtırmacıları bu alanda çalıģmaya sevk etmektedir [3]. Polimerik biyomalzemelerden poliüretanlar biyolojik uyumlulukları, fabrikasyon ve sterilizasyon kolaylıkları ve yüksek mekanik özellikleri ile en yaygın kullanılan biyomalzeme gruplarından biridir [2]. Poliüretanlar yaygın olarak damar protezi, kan filtreleri, sonda, kalp kapakçıkları, kalp destek cihazları, yapay kalp odaları gibi medikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Son zamanlarda ise yara örtü malzemeleri, poroz kemik iskelesi, biyobozunabilen ve biyoenjekte edilebilen poliüretan yapılar doku mühendisliği uygulamaları için üretilmektedir [4]. Poliüretanların, doku veya hücrelerdeki; deri altı, deri üstü ya da damarlardaki biyolojik cevabını belirlemek için canlı içi çalıģmaları yapılmaktadır [5]. Poliüretan sentezinde petrol kökenli poliol ve siyanat kaynakları kullanılırken; petrol kaynaklarının kısıtlılığı, ekonomik sebepler ve çevresel etkilerden dolayı yeni hammadde kaynaklarının arayıģı içerisine girilmiģtir. Son zamanlarda bitkisel yağ 1

22 temelli malzemeler gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilen polimerlere ekonomik ve çevresel nedenlerden dolayı artan bir ilgi vardır. Bitkisel yağlar arasında hint yağı (HY); düģük maliyeti, düģük toksisitesi, tarımsal kaynak olarak elde edilebilirliği nedeniyle gelecek vaat eden kaynaklarından biridir. Yapısında bulunan hidroksil grupları nedeniyle hint yağı hiçbir modifikasyona uğratılmadan direkt olarak poliüretan sentezinde ham madde olarak kullanılabilir [6]. Biyomedikal uygulamalarda, malzemeler her ne kadar istenilen özelliklere sahip olsa da, biyolojik çevre ile yüzey etkileģimini optimize etmek amacıyla, yüzey modifikasyonu gerekebilir [7]. Poliüretan yüzeylerde hücresel tutunma zayıftır. Kan, doku veya hücre uyumluluğunu geliģtirmeye yönelik çalıģmaların çoğunda plazma yüzey modifikasyon (PSM) yöntemi geçerli bir yöntem olarak kabul görmüģ ve uygulanmıģtır [8]. Yüzey modifikasyon yöntemlerinden plazma prosesi sırasında malzemenin kütle özellikleri değiģtirilmeksizin yalnızca yüzey özellikleri değiģtirilmektedir [9]. Bu sayede hem iyi mekanik özelliklere sahip hem de yüzey özellikleri geliģmiģ malzemeler elde edilebilmektedir. Bu çalıģmada, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat (HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak katalizör ve çözücü kullanılmadan farklı HY/PEG oranlarında biyomedikal saflıkta poliüretan filmler hazırlanmıģtır. Polimer sentezleri tek adımlı kütle polimerizasyonu ile gerçekleģtiriilmiģtir. Sentezlenen polimerler filmlerin yapısal karakterizasyonu için fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopisi, termal ve mekanik karakterizasyonu için ısılgravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılmıģtır. Sentezlenen bazı PU filmlerin kristalografik yapısını aydınlatmak amacıyla X-ıĢını kırınımı (XRD) kullanılmıģtır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile poliüretan filmlerin yüzey özellikleri belirlenmiģtir. Bu çalıģmada, farklı amaçlar için farklı numune türlerine uygulanabilen ve yaygın olarak kullanılan bu yöntem ile poliüretan film yüzeyleri modifiye edilmiģtir. Plazma prosesinde yüzey aktifleģtirme ve plazma polimerizasyonu uygulanmıģtır. Plazma parametrelerinden uygulama gücü ve süresi daha önceki labaratuar çalıģmalardan ve literatür verilerinden yararlanılarak belirlenmiģtir. 2

23 Biyouyumluluğun ve kan uyumluluğunun göstergesi olan protein adsorpsiyonu deneyleri değiģen HY/PEG oranına göre gerçekleģtirilmiģtir. PU film yapısındaki PEG miktarı değiģiminin protein adsorpsiyonuna etkisi incelenmiģtir. Ayrıca PSM sonrasında yüzeyde meydana gelen hidrofilik ve morfolojik değiģim sonucunda protein adsorpsiyonunda meydana gelen değiģim de incelenmiģtir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile protein adsorpsiyonu verileri görsel olarak desteklenmiģtir. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak; AA kaplaması sonrasında, AA kaplaması ve ardından BSA ve BSF protein adsorpsiyonu sonrasında HY/PEG içeriği 100/0 ve 50/50 olan numunelerin yüzey topoğrafyası hakkında bilgi edinilmiģtir. Poliüretan film yüzeylerinde hücre tutunması/yapıģması ve üremesi; iģlem görmemiģ, AA ile kaplanmıģ ve protein adsorplamıģ poliüretan yüzeyler için incelenmiģtir. 3

24 4

25 2. TEORİ 2.1 Biyomalzemeler Günümüzde büyük ilerlemelerin kaydedildiği bilim dallarından biri olan biyomalzeme alanında, biyolojik sistemlerle etkileģtiğinde uyum sağlayabilecek yeni malzemelerin geliģtirilmesi için yoğun çaba harcanmaktadır. Biyomalzemeler, insan vücudundaki canlı dokuların iģlevlerini yerine getirmek ya da desteklemek amacıyla kullanılan doğal ya da sentetik malzemeler olup, sürekli olarak veya belli aralıklarla vücuk akıģkanlarıyla (örneğin kan) temas ederler. Bilimsel anlamda yeni bir alan olmasına karģın, uygulama açısından biyomalzeme kullanımı tarihin çok eski zamanlarına kadar uzanmaktadır. Mısır mumyalarında bulunan yapay göz ve diģler, altının diģ hekimliğinde kullanımı, bronz ve bakır kemik implantları 2000 yıl öncesine uzanan biyomalzeme kullanımlarına örnek verilebilir. 19.yy ortasından itibaren yabancı malzemelerin vücut içi kullanımına yönelik ciddi ilerlemeler kaydedilmiģtir [10]. Bir biyomalzemenin fizikokimyasal özellikleri, dayanıklılığı, bulunduğu fizyolojik çevre (doku-organ), maliyeti, biyokütlede sorun çıkarıp çıkarmaması onun kullanımında önemli parametreler arasında yer almaktadır. Biyouyumlu olması, toksik ve karsinojenik olmaması tüm biyomalzemeler için baģlıca gerekli kriterdir [1,11]. Sentetik biyomalzemeler metalik, polimerik, seramik ve kompozit olmak üzere dört ana grupta sınıflandırılır. Kristal yapıları ve sahip oldukları güçlü mekanik bağlar nedeniyle üstün özellikler taģıyan metal ve metal alaģımlarının biyomalzeme alanındaki payı büyüktür. Bir yandan ortopedik uygulamalarda eklem protezi ve kemik yenileme malzemesi olarak kullanılırken, diğer yandan yüz ve çene cerrahisinde, örneğin diģ implantı gibi, ya da kalp damar cerrahisinde yapay kalp parçaları, kateter, vana, kalp kapakçığı olarak kullanımları sözkonusudur. Metallerin biyomalzeme pazarındaki en büyük payını ise 5

26 teģhis ve tedavi amaçlı aygıtların metalik aksamlarıdır [10]. Metallerin stabiliteleri yüksektir ve sterilizasyonları kolaydır, ancak biyolojik ortamda paslanabilirler ve korozyona uğrayabilirler [1]. Geçtiğimiz 40 yıl içinde vücudun zarar gören veya iģlevini yitiren organlarının onarımı, yeniden yapılandırılması veya yerini alması için özel tasarımlı seramiklerin geliģtirilmesi ve kullanılması ile insan yaģamında seramikler önemli bir rol kazandı. Bu amaçla kullanılan seramikler, biyoseramikler olarak adlandırılırlar. Biyoseramikler, polikristalin yapılı seramik (alümina ve hidroksiapatit), biyoaktif cam, biyoaktif cam seramikler veya biyoaktif kompozitler (polietilen hidroksiapatit) Ģeklinde hazırlanabilmektedir. Ġnorganik malzemelerin önemli bir grubunu oluģturan bu malzemeler, sağlık sektöründe çok çeģitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bunlar arasında, gözlük camları, teģhis cihazları, termometreler, doku kültür kapları ve endoskopide kullanılan fiber optikler sayılabilir. Ayrıca sert doku implantı olarak iskeletteki sert bağ dokusunun tamiri veya yenilenmesinde ve diģçilikte dolgu malzemesi olarak da yaygın biçimde kullanılan biyoseramikler diģ seramikleri olarak da isimlendirilirler. Bu malzemelere olan gereksinim, özellikle ilerleyen yaģa bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Çünkü, yaģlılarda kemik yoğunluğu ve dayanımı azalmakta ve kemik üreten hücreler, yani osteoblastların yeni kemik üretiminde ve kemikte oluģan mikro çatlakların kapanmasındaki üretkenliği azalmaktadır. Biyoseramiklerin kullanımını sınırlayan nedenlerin en önemlileri ise, bazı klinik uygulamalardaki yavaģ ilerleyen çatlaklar, düģük mekanik dayanım, kırılganlık ve iģlenmelerinin zor olmasıdır [12]. Polimerler biyomedikal uygulamalarda kullanılan biyomalzemelerin en yaygın olanlarındandır. Kalp ve damarlarda kullanılan cihaz ya da parçalar birçok yumuģak dokunun yerini alabilen biyomalzemelerdir. Buna ek olarak doku mühendisliği uygulamalarında kontrollü ilaç salım sistemleri, teģhis amaçlı sistemler, iskelet malzemeleri kullanım alanları arasında yer almaktadır [11]. Polimerlerden yapılmıģ biyomalzemelerin metal ve seramiklere göre avantajları aģağıda sıralanmıģtır [1]. Kullanım yerine uygun olarak değiģik formlarda kolaylıkla hazırlanabilirler. Metallerle karģılaģtırıldığında vücut içinde paslanmazlar fakat parçalanabilirler. Doğal dokulara çok büyük benzerlik gösterdiklerinden dolayı heparin gibi maddelerle bağlanabilmeleri mümkündür. 6

27 Adheziv (yapıģma) özelliğe sahip polimerlerin kullanımı organlara dikiģ atılmadan kullanılabilmelerini sağlar. Yoğunlukları doğal dokuların yoğunluklarına çok yakındır. Polimerlerden yapılmıģ biyomalzemelerin metal ve seramiklere göre dezavantajları [1]; Elastiklik ve vizkoelastiklik özellikleri polimerlerin yaygın kullanımını zorlaģtırır. Polimerizasyonun doğası nedeniyle polimerlerin vücutta parçalanmaları söz konusudur. Antioksidan, renk giderici, plastikleģtirici gibi katkı maddelerini içermeyen saf, medikal amaçlı polimer bulabilmek zordur. Polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinilklorür (PVC), polidimetilsiloksan (PDMS), poliüretan (PU), politetrafloroetilen (PTFE), polimetilmetakrilat (PMMA), polilaktik asit (PLA), silikon kauçuk (SR) tıbbi uygulamalarda en yaygın kullanılan polimerlerdir. Doğal polimerler de biyolojik olarak üretilen ve benzersiz iģlevsel özelliklere sahip olan polimerlerdir [1,10]. Kompozit, farklı kimyasal yapıdaki iki ya da daha fazla sayıda malzemenin, sınırlarını ve özelliklerini koruyarak oluģturduğu çok fazlı malzeme olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla kompozit malzeme, kendisini oluģturan bileģenlerden birinin tek baģına sahip olamadığı özelliklere sahip olur. Kompozit malzeme, matris olarak adlandırılan bir malzeme içerisine çeģitli güçlendirici malzemelerin katılmasıyla hazırlanır. Matris olarak çeģitli polimerler, güçlendirici olaraksa çoğunlukla cam, karbon ya da polimer lifler, bazen de mika ve çeģitli toz seramikler kullanılır. Kompozitler yüksek dayanıma ve düģük elastik modülüne sahip olduklarından özellikle ortopedik uygulamalar için öngörülürler. Ayrıca kompozit malzemenin bileģimi değiģtirilerek implantın vücutdaki kullanım alanlarına göre mekanik ve fizyolojik Ģartlara uyum sağlaması kolaylaģtırılabilir [10]. 7

28 2.2 Biyomedikal polimerler Biyomedikal kullanım için bir polimerin toksik olmaması ve kan ve doku ile uyumlu olması gerekmektedir. Çinli araģtırmacılar bu amaçla ilk olarak, biyomedikal uygulamalar için uygun ve kontrol edilebilir özelliklere sahip çözünebilir poliüretanı geliģtirmiģlerdir [13]. Tıbbi uygulamalarda kullanılan bazı biyomedikal polimerler ve kullanım alanları aģağıda sıralanmıģtır [3]. Poliüretanlar (PU) : YumuĢak ve sert segmentlerden oluģan blok kopolimerlerdir. Kanla uyumlulukları çok iyi olduğundan özellikle kalp-damar uygulamalarında tercih edilirler. Polietilen (PE) : Tıbbi uygulamalarda yüksek-yoğunluklu PE kullanılır. Çünkü düģük yoğunluklu PE sterilizasyon sıcaklığına dayanamadan erir. PE, tüp formundaki uygulamalarda ve kateterlerde, çok yüksek molekül ağırlıklı olanı yapay kalça protezlerinde kullanılır. Malzeme serttir, yağlara dirençlidir ve ucuzdur. Polipropilen (PP) : PE ye benzer özelliklere sahiptir, ancak daha serttir. Kimyasal direnci yüksek ve çekme dayanımı iyidir. PE nin yer aldığı uygulamalarda PP de kullanılabilir. Politetrafloroetilen (PTFE) : Teflon ticari adıyla bilinir. PTFE, hem ısısal, hem de kimyasal açıdan çok kararlı bir polimerdir. Ancak, iģlenmesi zordur. Çok hidrofobik ve mükemmel kayganlığa sahip olma özelliği taģır. Gore-Tex olarak bilinen hidrofobik formu, damar protezlerinde kullanılır. Polivinilklorür (PVC) : Tıbbi uygulamalarda tüp formunda kullanılır. Bu uygulamalar, kan nakli, diyaliz (kanın makineyle süzülmesi) ve beslenme amaçlı olabilir. PVC, sert ve kırılgan bir malzeme olmasına karģın, plastikleģtirici ilavesiyle yumuģak ve esnek hale getirilebilir. PVC, uzundönem uygulamalarda, plastikleģtiricinin yapıdan sızması nedeniyle problemlere yol açar. PlastikleĢtiriciler düģük zehirliliğe sahiptir. Yapıdan sızmalarıysa, PVC nin esnekliğini azaltır. 8

29 Polikarbonat (PC) : Bisfenol A ve fosgenin polimerizasyonu sonucu sert bir malzeme olan polikarbonat sentezlenir. Yüksek çarpma dayanımı nedeniyle gözlük camlarında ve emniyet camlarında, oksijenatörler ve kalp-akciğer makinelerinde kullanılırlar. Naylon : Du Pont tarafından poliamid ailesine verilen genel addır. Naylonlar cerrahide ameliyat ipliği olarak kullanılırlar. Polidimetilsiloksan (PDMS) : Karbon ana zinciri yerine silisyum-oksijen ana zincirine sahiptir. Kauçuklara nazaran sıcaklığa daha az bağımlıdır. Drenaj borularında ve kateterlerde, bazı damar protezlerinde ve yüksek oksijen geçirgenliği nedeniyle membran oksijenatörlerde (solunum cihazları) kullanılır. Polimerik biyomalzemelerin farklı Ģekillerdeki üretim kolaylıkları, makul maliyetleri ve arzu edilebilir mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olmalarına rağmen biyouyumluluk konusundaki sınırlılıkları büyük bir problemdir. Bu amaçla araģtırmacılar, doku ya da vücut akıģkanı ile temas halinde olan polimerik biyomalzemelerin biyouyumluluğunu arttırmayı yönelik çalıģmaları sürdürmektedirler [14]. Bu çalıģma kapsamında poliüretan filmlerin sentezi gerçekleģtirildiği için aģağıda poliüretanlarla ilgili daha geniģ kapsamlı bilgi verilmektedir. 2.3 Poliüretanlar Ġlk defa Almanya Leverkuzen, I.G Farben endüstrisinde Otto Bayer tarafında 1937 yılında sentezlenen poliüretanlar, ard arda dizilmiģ üretan gruplarının birleģmesiyle oluģurlar (ġekil 2.1). Poliüretanlarla ilgili olarak yapılan ilk çalıģmalar diamin ve alifatik diizosiyanatların reaksiyonuyla hazırlanan poliüretan gruplarını içermektedir [15]. Günümüzde hem poliüretan sentezi ile ilgili hem de poliüretanların modifikasyonu ile ilgili çalıģmalar merak uyandırarak ilgi alanı oluģturmaktadır. 9

30 Şekil 2.1 : Poliüretanın genel yapısı Poliüretan sentezinde kullanılan hammaddeler Poliüretanın sentez reaksiyonu hem katılma hem de kondenzasyon polimerizasyonu özelliklerini içermektedir. Polimerizasyon sırasında küçük bir molekül oluģmamasına rağmen, diol ve diizosiyanat arasındaki reaksiyon kondenizasyon reaksiyonu olarak sınıflandırılır. Polimerizasyon reaksiyon kinetikleri poliüretan polimerizasyonunun katılma polimerizasyonundan çok kondenizasyon polimerizasyonuna benzediğini göstermektedir. Monomer olarak dioller ve diizosiyanatların kullanıldığı reaksiyonlarda elde edilen ürün lineer yapıdadır. Trioller ve/veya triizosiyanatların kullanımında ise dallanmıģ ve çapraz bağlı yapılar oluģmaktadır [15]. Sentezde, poliüretanın kullanım yerine göre uygun özellikleri verebilecek monomerin seçimi yapılmalıdır İzosiyanatlar Ġzosiyanat reaktif N=C=O grubu içerir. Poliüretan sentezinde hem alifatik hem de aromatik izosiyanatlar kullanılabilir. Poliüretan sentezinde en çok kullanılan iki aromatik izosiyanat toluen diizosiyanat (TDI) ve metilen bis(p-fenilizosiyanat) veya 4,4'-difenilmetan diizosiyanat (MDI) dır [15]. Poliüretanın kimyasal ve fiziksel özellikleri sentezinde kullanılan izosiyanat monomeriyle yakından iliģkilidir. TDI, MDI dan daha ucuzdur fakat MDI ın reaktivitesi daha fazladır ve MDI ile üretilen poliüretanın fiziksel özellikleri daha iyidir. En sık kullanılan alifatik diizosiyanat hegzametilen diizosiyanattır (HDI). Alifatik izosiyanatlarla üretilen poliüretanların hidroliz dirençleri ve termal özellikleri daha yüksektir. Fakat bazı durumlarda mekanik özellikleri daha düģük olabilir [15]. 10

31 Polioller Poliüretanların üretiminde genellikle molekül ağırlığı 400 ile 5000 arasında değiģen polieter ve poliester temelli polioller kullanılır. Birincil alkoller oda sıcaklığında izosiyanatlarla reaksiyon verebilirler. Ġkincil ve üçüncül alkollerin reaktiviteleri düģüktür. Polioller, matrisin yumuģak kısmını oluģtururlar. Polietilen glikol (PEG) veya diğer adıyla polietilen oksit (PEO), etilen glikol (EG), bütandiol, hegzandiol, propandiol, polipropilen oksit (PPO), poly(oksitetrametilen)glikol (PTMEG), poli(tetrametilen)oksit (PTMO) ve polietien adipat poliüretan sentezinde sık kullanılan petrol kökenli poliollerdir [15,16,17]. Yenilebilir kaynaklardan olan, yağ asiti temelli poliol kaynakları son yıllarda yapılan çalıģmalarda önem kazanmıģtır. Soya yağı ve hint yağı baģta olmak üzere aspir yağı, ayçiçek yağı, palmiye yağı ve kanola yağı gibi bitkisel yağlar ya direkt yapılarında veya reaktif hidroksil grubu oluģturularak poliol kaynağı olarak poliüretan sentezinde sıklıkla kullanılmaktadır [18,19,20] Zincir uzatıcılar Zincir uzatıcılar; aromatik dioller ve diaminler ve alifatik dioller ve diaminler olmak üzere iki genel sınıfta katagorize edilebilir. Genellikle alifatik zincir uzatıcılar, aromatik zincir uzatıcılarından daha yumuģak malzeme üretimi sağlar. 1,4 bütandiol, etilen diamin, 4,4'metilen bis (2-kloranilin) (MOCA), etilen glikol ve hekzandiol en çok kullanılan zincir uzatıcılardır. Zincir uzatıcılar, poliüretanın sert kısmının uzunluğunun, hidrojen bağları yoğunluğunun ve molekül ağırlığının arttırılması amacı ile kullanılırlar. Aynı zamanda üç ya da daha yüksek fonksiyonlu zincir uzatıcılar dallanma ya da çapraz bağlama ajanı olarak kullanılırlar [15] Poliüretanların sentezi Poliüretan sentezinin genel reaksiyonu ġekil 2.2 de verilmiģtir. Monomerlerin fonksiyonalite ve yapılarına bağlı olarak doğrusal, dallanmıģ veya ağ polimerler ortaya çıkabilir [8]. 11

32 Şekil 2.2 : Poliüretan sentezi için genel reaksiyon [21]. Poliüretanlar, sentezlerinde kullanılan bileģenlerin yapıları veya kullanılan zincir uzatıcıların zincir uzunluğuna bağlı olarak çok farklı özelliklerde hazırlanabilirler. Üretimde kullanılan diizosiyanatın, diolün varsa çözücünün tipi reaksiyonun hızını etkiler, bu da ürünün özelliklerini değiģtirebilir. Poliüretanlar, esnek ve sert kısımlardan meydana gelen blok kopolimerler olarak da düģünülebilir (ġekil 2.3). Poliollerden oluģan yumuģak kısımlar poliüretana elastomerik özellik kazandırmaktadır. Diizosiyanatların poliüretan matrisinde oluģturduğu sert kısımlar, matrisde meydana gelen karbon çift bağ oksijen yapılarından dolayı çapraz bağlanma oluģumunda etkilidir. [15]. YumuĢak kısım düģük camsı geçiģ sıcaklığında, genellikle molekül ağırlığına sahip; polieter veya poliester polialkildioldür. Sert kısım, düģük molekül ağırlıklı zincir uzatıcı ile yarı kristalin diizosiyanatın bağlanmasından dolayı yüksek camsı geçiģ sıcaklığına sahiptir. Poliüretanın fiziksel ve mekanik özellikleri, büyük ölçüde yumuģak ve sert segmentlerin malzeme içindeki dağılımına bağlıdır. YumuĢak ve sert segmentler arasındaki faz dağılımı değiģtirilerek malzemenin mekanik ve fiziksel özellikleri ve biyouyumluluğu değiģtirilebilir [15]. 12

33 Şekil 2.3 : Poliüretanın yumuģak ve sert segmentleri Poliüretanların uygulama alanları Poliüretanlar geniģ uygulanma alanına sahiptirler [21]; örneğin; yapıģkanlar, kaplama malzemeleri, elastik ve sert köpükler, sertleģtiriciler, elastomerler, fiberler, termoset reçineler, termoplastik kalıp bileģenleri gibi. Ayrıca doğalarında var olan kan uyumlu olma özellikleri biyomedikal uygulamalarda kullanılmalarını sağlamıģtır. Farklı türdeki poliüretanlar farklı biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Biyolojik ortamda kararlılıklarını korumalarından ve yüksek dayanıklılık ve mukavemet göstermelerinden dolayı yaygın olarak damar ve deri nakillerinde, kan filtrelerinde, yapay kalp, kalp kapakçığı ve kateter uygulamalarında kullanılmaktadır. Sahip oldukları mekanik özellikler ve kan pıhtılaģma etkisi göstermemelerinden dolayı en önemli uygulama alanları kardiyovasküler (kalp-damar) uygulamalardır [8]. Ayrıca, poliüretanlar sert ve yumuģak yapılarından dolayı polimerler ya da diğer biyomalzemelerle kompozit halinde de kullanılabilirler [22]. Poliüretanların biyomedikal kullanım alanları [15]; Kalp ve damar uygulamaları (sonda, kalp temposu ayarlama aleti, damar protezleri, kalp kapakçıkları, kalp destek cihazları), Yapay organ yapımı (yapay kalp, hemodiyazliz, yapay böbrek, kan oksijeneratörü, hemoperfüzyon, yapay pankreas, kan tüpleri, kan torbalar, kan filtreleri), Doku yenileme ve çoğaltma/büyütme (göğüs implantları, yara örtüleri, yüz ile ilgili yapılandırmalar, yapıģtırıcılar), Diğer uygulamaları (yapay borular, kontraseptifler, kontrollü ilaç salım sistemleri). 13

34 2.4 Yüzey Modifikasyonu Yeni medikal ürünler, malzemeler ve cerrahi yöntemler yaģam kalitesini yükseltmek için gün geçtikçe iyileģtirilmektedir. Bu yeniliklerin temelinde fiziksel çevre ve biyomalzeme yüzeyinin biyouyumluluğunun sağlanması hedeflenmektedir [23]. Beklenen tüm ihtiyaçları giderebilecek biyomalzeme tasarlamak oldukça zordur. Bu konuda genel yaklaģım yeterli kütle özellikleri olan malzemenin yüzey özelliklerinin geliģtirilmesi yönündedir. Plazma yüzey modifikasyon yönteminin yüzey modifikasyonu alanında çok etkili yöntemlerden biri olduğu kanıtlanmıģtır [24]. Plazma polimerizasyonu, plazma püskürtmeli kaplama, iyon implantasyonu, alevlendirme, foton, elektron bombardımanı, X ve γ ıģınları polimerin yüzeyinin modifikasyonunda kullanılan tekniklerinden bazılarıdır [25]. Kütle özellikleri değiģtirmeden yüzeyi angstrom mertebesinde modifiye etmesi, uygulama süresini, gücü ve basıncı ve gaz cinsi gibi parametrelerin değiģtirilmesiyle yüzey özelliklerinin kontrolü, düģük çevresel etkisi ve canlı sağlığına zararlı etkisi olmaması (ultraviyole, lazer ıģınları ve elektron bombordımanı gibi) yüzey modifikasyon yöntemleri arasında plazma yüzey modifikasyonun (PSM) baģlıca avantajlarıdır. Plazma yüzey modifikasyonu ile biyouyumluluk ve biyoiģlevselllik geliģtirebilmektedir [23]. 2.5 Plazma yüzey modifikasyonu Plazma terimi ilk defa 1928 yılında Langmuir tarafından bir gaz deģarjının ana yapısını tanımlamak için kullanılmıģtır. Bu terim Yunanca dünyanın oluģumunu ve Ģekillenmesini ifade etmektedir [8]. Plazma iyonlaģmıģ gazdır. Bu nedenle pozitif ve negatif iyonlar, elektronlar ve serbest radikallerden oluģur. ĠyonlaĢma derecesi % 100 (tam iyonlaģma) den çok düģük değerlere (kısmi iyonlaģma) kadar değiģebilir. Plazma hali genellikle malzemenin dördüncü hali olarak adlandırılır. Evrendeki görülebilir malzemelerin çoğu plazma halindedir. Yüksek sıcaklıklı füzyon plazması ve düģük sıcaklıklı plazma (gaz akıtma) olarak ikiye ayrılır. Yüksek sıcaklıklı füzyon plazmasında sıcaklık Kelvin arasında değiģebilir [25]. Vakum altında elektriksel alan uygulaması ile gaz atomlarına ve moleküllerine ayrıģır. Atomlar ve/veya moleküller elektriksel olarak yüklenir veya iyonlaģır. Bir atom veya molekül bir dıģ kaynak tarafından uyarılarak yeterli enerji kazanması sonucunda ya da atomların veya moleküllerin çarpıģması sonucunda iyonlaģma oluģur [26]. OluĢan 14

35 negatif ve pozitif yüklerin eģit ve toplam yükün sıfır olduğu yani ortamın nötr halde bulunduğu düģünülmektedir. Plazma teknolojisi, uygulama koģulları ve kullanılan proses gazına bağlı olarak ince film kaplama, aģındırma, polimerler yüzeyinin aktifleģtirilmesi ve fonksiyonelleģtirilmesi ve plazma polimerizasyonu Ģeklinde çeģitli amaçlarla kullanılmaktadır [25] İnce film kaplama Plazma kaplama prosesi; püskürtmeli kaplama ve plazma ile geliģtirilmiģ kimyasal buhar kaplaması (PE-VCD) olamak üzere iki gruba ayrılabilir. Püskürtmeli kaplama fiziksel ve reaktif kaplamadan oluģmaktadır. Fiziksel kaplamada plazmadaki iyonlar ve atomlar hedefi bombalar, hedef malzemeden atom ve/veya molekül salınmasını sağlar. Reaktif kaplamada moleküler gaz kullanılır. Plazmadaki pozitif iyonların yanında reaktif gazdan ayrılmıģ ürünler de hedef ile etkileģime girer. Sonuç olarak polimer film reaktif gaz ve hedeflenmiģ malzeme kaplamalarından oluģur. Kaplama atomları, yüzeye ulaģtığında geçiçi olarak adsorbe olabilirler, yüzey boyunca göç edebilirler ya da tekrar buharlaģabilirler. PE-VCD yönteminde ortamda reaktif gaz bulunur. Plazmadaki kimyasal reaksiyonlar ile farklı çeģit radikaller ve iyonlar oluģur. OluĢan bu radikaller ve iyonlar yüzey boyunca difüze olabileceği gibi kimyasal yüzey reaksiyonları da oluģturabilir. Diğer sistemlerle karģılaģtırıldığında bu sistemin en büyük avantajı düģük sıcaklıklarda kullanılabilmesidir. PE-VCD nin bilinen en iki uygulaması hidrojene edilmiģ amorf silikon ve karbon yüzeylerinin kaplanmasıdır. Hidrojene edilmiģ amorf silikon yüzeyler genellikle güneģ pilleri olarak kullanılır [25] Aşındırma Plazma aģındırma iģlemi esasen malzemeyi bir yüzeyden ayırma, arındırma iģlemidir (ġekil 2.4). DüĢük basınçlı plazma aģındırma mekanizması; püskürterek aģındırma, kimyasal aģındırma, yüksek enerjili iyon aģındırması ve iyon inhibitör aģındırmasıdır [25]. 15

36 Şekil 2.4 : Plazmayla yüzey aģındırma [27] Polimerlerin yüzey aktifleştirme ve fonksiyonelleştirilmesi Plazma polimer ile temas haline geldiğinde, daha fazla aktif bölge oluģumu, çapraz bağların ve molekül ağırlığının değiģmesi gibi yüzeyde fiziksel ve kimyasal indirgenmelere yol açacaktır. Bu durumda ıslanabilirlik, adezyon, malzeme seçiciliği ve biyouyumluluk gibi özellikleri açısından istenilen malzeme elde edilebilir. Plazma aktifleģtirme sistemi ile malzemenin kütle özellikleri değiģmeksizin, yüzeydeki bağlanma değiģiklikleri ile modifikasyon sağlanır. Polimerlerin yüzey aktivasyonu O 2, N 2, NH 3 ve inert gazlar gibi polimerik olmayan plazma gazları ile sağlanır [25]. Nispeten daha düģük maliyetinden dolayı argon Ģimdiye kadar kullanılan en yaygın inert gazdır. Argon plazma uygulamasında, yüzeyde radikallerin oluģturulması ile polimer yüzeyinin aktifleģtirilmesi mekanizması ġekil 2.5 da gösterilmektedir [28]. Şekil 2.5 : Polimer yüzeyinin aktifleģtirilmesi. Plazma uygulaması yüzey enerjisini arttırıcı etki yaratmaktadır. Ancak, söz konusu etki kalıcı olmayıp bu etkinin devam ettiği belli bir süre vardır. Çünkü, numune türüne ve saklama koģullarına bağlı olarak aktif merkezlere bağlanan oksijen atomları yüzey molekülleri tarafından tekrar serbest bırakılır [28] Plazma polimerizasyonu Plazma polimerizasyonu polimer ve diğer malzeme yüzeylerini ince film oluģumu ile modifiye etmek için kullanılan bir yöntemdir (ġekil 2.6). 16

37 Şekil 2.6 : Plazma polimerizasyonu [27]. Plazma polimerizasyonu aktifleģtirilmiģ yüzeye plazma halinde organik monomerin gönderilmesi ile yüzeye polimerin kaplanması iģlemidir angstrom mertebelerinde kaplama sağlanabilir. Konvansiyonel metodlarla gerçekleģtirilen polimerizasyonlardan fiziksel ve kimyasal olarak farklılık gösterir. Plazma polimerizasyonu ile gerçekleģtirilen polimerler yüksek derecede dallanma ve çapraz bağ oluģumuna (yaklaģık 6-10 karbon atomlu zincir baģına bir çapraz bağ) neden olurlar. Plazma polimerizasyonunun bazı özellikleri aģağıda sıralanmıģtır. Plazma polimerleri konvansiyonel metodlarla üretilen polimerler gibi tekrarlanan birim ile karakterize edilmezler. Plazma polimerinin özellikleri kullanılan monomer ile değil plazma parametreleri ile belirlenir. Plazma polimerizasyonunda kullanılan monomer çift bağ gibi fonksiyonel grup içermek zorunda değildir. Plazma polimerizasyonu birkaç reaksiyon adımı ile gerçekleģir. Ġlk adımda yüzeyde bulunan serbest radikaller ve iyonlarla çarpıģan monomerler yüzeye adsorbe olur. Diğer adımda ise polimerik zincirin asıl oluģumu baģlar [28]. Argon plazma ile aktifleģtirilen polimer yüzeyde akrilik asit monomeri ile polimer oluģumu ġekil 2.7 de gösterilmektedir. Plazma polimerizasyonu ile oluģturulan film plazma polimeri olarak adlandırılır [28]. Şekil 2.7 : Akrilik asit monomeri ile plazma polimeri oluģumu. 17

38 2.5.5 Plazma polimerizasyonunun uygulama alanları Zaman tasarrufu sağlaması, kontrol edilebilir parametre değerleri, iģletme maliyetinin düģük olması gibi nedenlerden dolayı son yıllarda yapılan çalıģmalarda sık kullanılan plazma yüzey modifikasyonu yöntemi, biyomedikal uygulamalarda da ilgi çekici hale gelmiģtir. Kan ya da protein ile temas haline gelen biyomalzemelerin biyouyumluluğu arttırmak için özel yüzey uygulamalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Amonyum plazma uygulaması ile oluģturulan amin fonksiyonlu gruplar, heparin gibi,antikoagülasyon sağlarlar ve pıhtılaģabilirliği düģürürler. Plazma polimerizasyonu ile biyomedikal yüzeylerde biyouyumluluğun yanında hücre yapıģması, protein adsorpsiyonu, pıhtılaģabilirlik, antikoagülasyon gibi özelliklerde istenilen yönlerde iyileģtirilebilir [23,25,28]. Plazma polimerizasyonunun biyomedikal kullanımının yanında; Tekstil endüstrisinde (tutuģma önleyici, elektrostatiklenme engelleyici, hidrofilite arttırıcı, suya direnç sağlama ve boya afinitesi arttırma amaçlı kullanım), Elektrik ve elektronik endüstrisinde (amorf yarı iletkenler, izolasyon, ince film dielektrikler, membran), Optik uygulamalarda (yansıma önleyici kaplamalar, karartma önleyici kaplamalar, Ģeffaflık arttırıcı, optik fiberler, kontakt lensler), Kimyasal proseslerde (ters ozmoz membranları, iyon değiģim membranları), Yüzey modifikasyonunda (yapıģma arttırma, koruma kaplamaları), olmak üzere farklı kullanım alanları da mevcuttur [28]. 2.6 Temas açısı ölçüm yöntemleri ve yüzey serbest enerjisi Sıvı-gaz yüzey gerilimi (γ GL ), katı-sıvı yüzey gerilimi (γ LS ) ve yüzeyin enerjisi (γ GS ) arasındaki denge, yüzeyin temas açısını (θ) göstermektedir (ġekil 2.8). Kavramlar arasındaki bu denge EĢitlik 2.1 de gösterilmektedir. 18

39 Şekil 2.8 : Yüzey temas açısı ölçümü. γ GS = - γ LS + γ GL cos θ (2.1) Islanabilirlikle direkt ilgisi olan yüzey enerjisi biyolojik çevre ile güçlü bir korelasyon oluģturan yararlı bir parametredir [29]. Yüzeylerin hidrofilik/hidrofobik karakterleri de yüzey ıslanabilirlikleriyle doğrudan iliģkilidir. Dolayısıyla temas açısı ölçüm yöntemi yüzey ıslanabilirliği ile ilgili direkt bilgi veren bir yöntemdir. Temas açısı değerleri sadece yüzeyin gerilimiyle ilgili değil aynı zamanda pürüzlülük, kimyasal heterojenlik, sorpsiyon tabakaları, moleküler oryantasyon ve ĢiĢme değerleri ile ilgili de bilgi vermektedir [25]. Ölçüm yöntemleri hem ucuz hem de kolay proses edilebilir yöntemlerdir. Temas açısı ölçümü için yapıģık damla, yakalanmıģ kabarcık, kapiler yükselme, Wilhelmy plaka yöntemi olmak üzere 4 farklı metot mevcuttur (ġekil 2.9) [29]. Bu çalıģma kapsamında yapıģık damla metodu ile temas açısı ölçüm yöntemi kullanılmıģtır. Şekil 2.9 : Temas açısı ölçümünde kullanılan 4 yöntem; (a) YapıĢık damla (sessile drop) yöntemi, (b) YakalanmıĢ kabarcık (captive bubble) yöntemi, (c) Kapiler yükselme yöntemi, (d) Wilhelmy plaka yöntemi. 19

40 Organik polimerlerin temas açısı yöntemi aracılığı ile yüzey serbest enerjisi analizlerinin yapılması Fowkes, Dahlquist ve Wu tarafından önerilmiģtir. Bu araģtırmacıların yaklaģımına göre bir polimerin yüzey serbest enerjisi polar (dipolhidrojen bağlanma) ve London dağılım (dispersiyon) bileģenlerinin bir toplamıdır. Temas açısı ile ilgili veriler değerlendirildiğinde elde edilen genel sonuç; bir biyomalzemenin, yüzey enerjisi arttıkça, ıslanabilirliği artar ve sıvı ile yaptığı temas açısı azalır Ģeklindedir [2]. Bu çalıģma kapsamında, poliüretan yüzeyindeki hidrojen bağları yoğunluğu ve apolar ve polar bölgelerin bulunmasından dolayı Fowkes serbest yüzey enerjisi ölçüm yöntemi tercih edilmiģtir. 2.7 Biyomalzeme yüzeyine protein adsorpsiyonu Yapay yüzeylere protein adsorpsiyonu biyouyumluluk çalıģmalarında önemli bir yer almaktadır. Bu çalıģmaların büyük bir kısmı cam, silikon kauçuk ve hidrojel yüzeyler üzerinde yoğunlaģmaktadır [15]. Protein adsorpsiyonu hem yüzeyin kimyasal yapısı hem de yüzey topografyası ile doğrudan ilgilidir [30]. Canlı sisteme implantasyondan sonra, bir saniye gibi oldukça kısa bir süre içerisinde biyomalzeme üzerinde protein tabakası gözlenir. Saniyelerle dakikalar arasında olan bu süreçte, yüzeyin hemen hemen tamamında, tek tabaka olarak protein adsorplanmıģtır. Hücreler yüzeye yaklaģmadan önce çoktan bu süreç tamamlanır. Hücre, malzeme yüzeyi ile değil tek tabakalı protein ile karģılaģır. Hücreler, bu proteinlere cevap geliģtirdiği için implantta meydana gelen seri biyoreaksiyonların tamamının kontrolü protein ile ilgilidir [31]. Protein adsorpsiyonundan sonra hücreler implant yüzeyine difüzyon, taģınım ya da aktif mekanizmalarla ulaģır. Hücreler tutunabilir, aktif bileģikler ortama yayabilir veya baģka hücrelerin gelmesi ve geliģimini sağlayabilir. Bütün bu basamaklar yüzeydeki proteine cevaptır. Bunların bir kısmı istenen, bir kısmı istenmeyen cevapdır. Biyouyumluluğu yeterince geliģtirilmeyen biyomalzemede meydana gelen değiģiklikler [31]; Ġltihaplanma, Yabancı bünye reaksiyonları, BağıĢıklık sistemleri, Toksisite, Kan-yüzey etkileģimleri, 20

41 Kan pıhtılaģması, Tümör oluģumları, Ģeklinde sıralanabilir Poliüretan yüzeylere protein adsorpsiyonu Poliüretan yüzeylere protein adsorpsiyonu nispeten sınırlıdır. Poliüretan yüzey yapısının ve kimyasının protein adsorpsiyonu üzerindeki etkisini anlayabilmek için poliüretan yüzeylerde birtakım çalıģmalar yürütülmektedir [15]. Dong ve arkadaģları poliüretan yüzeylere, polietilenoksit ve sülfon gruplarının eklenmesinin protein adsorpsiyonuna etkisini incelemiģlerdir. Sülfolamanın protein adsorpsiyonunu arttırdığı, polietilenoksit graftlarının ise protein adsorpsiyonunu azalttığını tespit etmiģlerdir [32]. Jun ve arkadaģları poliüretan yüzeydeki pürüzlülük artıģının protein adsorpsiyonuna etkisini incelemiģlerdir. Poliüretan yüzeyde pürüzlülük artıģı ile protein adsorpsiyonu artarken, poliüretan/pluronik (pluronik ticari polimer) malzemede ise pürüzlülük arttıkça protein adsorpsiyonu azalmıģtır. Poliüretanlar iyi biyouyumlulukları ve mekanik özelliklerinden dolayı en popüler biyomalzemeler arasında yer almaktadırlar. Fakat modife edilmemiģ poliüretan yüzeylerin daha trombojenik reaksiyon oluģumlarına neden olması baģlıca sorunlar arasında yer alır [30]. Hasırcı ve arkadaģları poliüretan yüzeylere heparin immobilize etmiģ ve imobilizasyondan önce ve sonra protein adsorpsiyonu değerlerini karģılaģtırmıģlardır. Heparin immobilizasyonu ile adsorplanan protein miktarındaki azalmayı belirlemiģlerdir [33]. Poliüretan yüzeylerde protein adsorpsiyonu çalıģmalarında baģlıca albümin, fibrinojen ve γ-globülin proteinleri kullanılmaktadır. Albümin, yüzeyleri pasife; fibrinojen ve γ-globülin ise aktive etmesine rağmen bazı araģtırmacılar karıģım çözeltilerinde yarıģmalı adsorpsiyon çalıģmaları yürütmektedirler. Bu çalıģmalarda da albümin/fibrinojen ve albümin/ γ-globülin ile yapılan çalıģmalar kan uyumluluğu hakkında bilgi vermektedir. Ayrıca poliüretan yapısındaki sert ve yumuģak kısımlarda protein adsorpsiyonu üzerinde önemli rol oynar. Groth ve arkadaģları poliüretan yüzeydeki sert kısım miktarındaki artıģ ile protein adsorpsiyonu miktarındaki artıģın paralel olduğunu göstermiģlerdir [15]. 21

42 Ġmminokimyasal teknikler kullanılmasına rağmen, 125 I kullanarak radyo-etiketleme (radiolabelling), protein adsorpsiyonu ölçümlerinde tercih edilen bir yöntemdir. Protein adsorpsiyonu çalıģmalarında sıklıkla kullanılan FTIR-ATR, poliüretan yüzeylere protein adsorpsiyonu çalıģmaları için de son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır [15]. Protein adsorpsiyonu tayini için farklı bir çok metodun yanında ultraviyole-visible (UV) ile çözelti deriģiminden absorbans okuma yöntemi de tercih edilen bir protein tayin metodudur [34] Kan plazmasındaki önemli proteinler Serum proteinleri olarak da adlandırılan kan proteinleri kan plazmasında bulunan proteinlerdir. Plazmada ortalama 7-8 g/dl miktarında protein bulunur. Çizelge 2.1 de kanda bulunan ana proteinler, kandaki seviyeleri ve görevleri bulunmaktadır. Bu proteinler plazmanın içinde ya da hücreler arası sıvıda faaliyette bulunurlar. Plazma proteinleri, hücreler tarafından kullanılmak üzere plazmadan ayrılamazlar. Hücreler kendi proteinlerini yapmak için plazmadaki amino asitleri kullanırlar. Gamma globülin proteini hariç tüm diğer kan proteinleri hücre içerisinde sentezlenirler [35]. Kan proteini Çizelge 2.1 : Kanda bulunan 3 ana plazma proteini. Normal seviye (g/dl) Kanda bulunan miktar (%) a Görevi Albümin Onkotik basınç b yaratır ve diğer molekülleri taģır. Ġmmunoglobülin BağıĢıklık sisteminde rol alır. Fibrinojen Kanın pıhtılaģmasını sağlar. a Tüm proteinlerin yüzdesi olarak b Kan plazmasında yer alan büyük protein moleküllerinin oluģturduğu osmotik basınç Albümin Kısaca albümin diye de bilinen serum albümini, insan ve diğer memeli hayvanların kan plazmasında bulunan en yaygın proteindir. Kanda bulunan proteinlerin % 60'ını oluģturur. Ayrıca doku sıvılarında, özellikle kas ve deride, az miktarda gözyaģı, ter, mide suları ve safrada da bulunur. Vücuttaki toplam albüminin % 30-40'ı kandadır. Yüksek deriģimlerinden dolayı kütle taģınım yasalarına göre implant yüzeye ilk ulaģan protein serum albümindir, bu nedenle de biyomedikal yüzeylerde proteinlerin baģlangıç adsorpsiyonunda önemli bir rol oynar. Albümin 66.3 kda molekül 22

43 ağırlığında proteindir. Protein zinciri 585 tane aminoasit içermektedir. YaklaĢık olarak 14x3.8x3.8 nm 3 boyutlarındadır (ġekil 2.10) [36]. Şekil 2.10 : Albümin proteinin yapısı [37]. Cam yüzeylere albümin adsorpsiyonu, pıhtı yapıģması ve yayılmasına karģı, yüzeyleri pasif hale getirdiğine dair çalıģmalar mevcuttur. Protein molekülleri sentetik polimerlere bağlanabilmelerine rağmen, uzun dönemde dengeye gelme problemleri ortaya çıkmaktadır. Yüzeye direkt graft olan albümin molekülleri enzim sirkülasyonu ile protein çözümüne ve denatürasyona duyarlıdır, bu da proteinleri devre dıģı bırakır ve yüzeyin istenilen pasifleģtirici etkisini kaybetmesine neden olur. Albümin adsorpsiyonunu arttırmak için poliüretan yüzeylere alkil zincirleri graft edilmektedir. AlkillenmiĢ yüzeyin albümin adsorpsiyonu modifiye edilmemiģ poliüretan yüzeyin albümin adsorpsiyonuna göre daha hızlı ve daha yüksektir. Aynı zamanda alkillenmiģ yüzeyler sıvı akıģı ya da kimyasallarla meydana gelen desorpsiyon için elveriģsiz yüzeyler oluģturmaktadır [15]. Hidrojen nükleer manyetik rezonans (H-NMR) ile yapılan çalıģmalarda, albüminin yassı elipsoid yapısının aksine daha çok kalp Ģeklinde (heart shape) yapıya sahip olduğu görülmektedir. Bu sonuç X-ıĢınları kristalografik verileri ile de uyuģmaktadır. Daha önceki çalıģmalar ikincil yapının % alfa-heliks, % beta sheet olduğunu göstermektedir. Bunun aksine X-ray kristalografiye bağlı olarak, native serum albuminin (ısıl iģlem görmemiģ protein) yapısında beta-sheet modeli yoktur. AraĢtırmacıların çalıģmalarına göre % 55 alfa-heliks, % 45 random diziliģli native serum albüminin X-ıĢınları kristalografik çalıģmaları hayvan serum albüminin polipeptid dönel dizilimi ile aynı yapıda aminoasit dizilimine sahip olduğunu göstermektedir [37]. 23

44 Fibrinojen Fibrinojen suda çözünen proteindir ve kanın pıhtılaģmasında görev alır. Kan plazmasının yaklaģık % 5'i fibrinojendir. Isıtıldığında pıhtılaģır. Karaciğerde sentezlenen, kan plazmasında bulunan ve pıhtılaģma olayında önemli rol oynayan kan proteinidir. Fibrinojen, kan pıhtılaģmasında meydana gelen fibrin in öncü maddesidir. PıhtılaĢma gerçekleģirken, fibrinojen trombin maddesi etkisiyle ve iyonize kalsiyumla fibrine dönüģerek pıhtıyı oluģturur. Fibrinojen sadece kan plazmasında değil, aynı zamanda çeģitli vücut sıvılarında (lenf sıvısı, iltihaplı sıvı birikintileri vb.) da bulunur. Plazmadaki fibrinojen miktarı yaklaģık olarak 5 gram/litre dir. ÇeĢitli karaciğer rahatsızlıklarında sentezlenme olaylarının bozulmasıyla kandaki fibrinojen miktarı azalır. Gebelik, eklem romatizması ve iltihaplı durumlarda da kanda fibrinojen miktarı artar. Doğumdan veya sonradan olan bazı rahatsızlıklarda fibrinojenin görev yapamaması söz konusu olabilir. Böyle durumlarda normal insan plazmasından yoğunlaģtırılmıģ fibronojenin hasta Ģahısa verilmesiyle eksiklik belirtileri ortadan kaldırılır [35]. PıhtılaĢma proteini olduğu ve hücresel cevaplarda arabulucu rol oynadığı için biyomalzeme yüzeylerine fibrinojen adsorpsiyonu ilgi uyandırmaktadır. Protein adsorpsiyonunun, polimerin sert segment ya da yumuģak segment alanlarında etki ettiği ile ilgili var olan tutarsız sonuçlar, fibrinojen adsorpsiyonu çalıģmalarının uzamasına neden olmuģtur. Bazı araģtırmacılar fibrinojenin sert segmentlerle etkileģtiğini belirtmektedir [15]. Bu nedenle sert segmentler poliüretan malzemelerin pıhtılaģtırılabilirliğini belirler. Aynı zamanda yüzeydeki sert segment konsantrasyonunun artmasıyla yüzeyin proteinlere karģı daha az çekici hale geldiği gözlenmiģtir. Bunun yanında yumuģak segmentlerin kimyasal yapısı adsorpsiyonu etkileyecek kapasiteye sahiptir. Cam ile kaplanmıģ poliüretan yüzeylerde, polietilentereftalat ile kaplanmıģ poliüretan yüzeylere göre fibrinojen adsorpsiyonunun daha yüksek olduğu bulunmuģtur [15]. AraĢtırmacılar bu farkın camla kaplı poliüretan yüzeydeki yumuģak segment polieter komponentinin artmasından kaynaklı olduğunu açıklamaktadırlar. Yüzeydeki polieter segmentlerin artıģı yüzey serbest enerjisinin azaldığını gösterir bu da protein adsorpsiyonunu azaltıcı bir etki oluģturur. Poliüretanın yumuģak segmentinin politetrametilenoksit olduğu durumlarda, polietilenoksit segmenti durumuna göre daha fazla fibrinojen adsorpladığı belirlenmiģtir [15]. Fakat bunlar hücre dıģı sonuçlardır, hücre içi 24

45 sonuçlar ile iliģkilendirmemek gereklidir. Hücre içi çalıģmalarda polietilenoksit temelli poliüretanın daha fazla pıhtılaģtırma gücüne sahip olduğu belirtilmektedir [15]. Fibrinojen, albümin ve fibronektinin, polietilenoksit temelli poliüretan yüzeyde tercihen yumuģak segment bölgelerinde adsorplandığı belirlenmiģtir [15]. Fibrinojen alfa (α), beta (β) ve gama (γ) olarak isimlendirilen üç farklı polipeptid zincirinin iki kopyasından oluģan bir proteindir. Bu üç farklı polipeptid zinciri sırası ile 644, 491 ve 453 aminoasitten oluģur [38]. Fibrinojen 340 kda molekül ağırlığında esnek bir proteindir. Ağırlıklı olarak α-heliksal yapıda ve yaklaģık 47x4.5x4.5 nm 3 boyutlarındadır (ġekil 2.11). Üç boyutlu yapısı ilk olarak SEM ile belirlenip daha sonra da AFM ile aydınlatılmıģtır [39]. Şekil 2.11 : Fibrinojen proteinin yapısı [40]. 2.8 Biyomalzeme-biyolojik çevre etkileşimi Biyomalzemelerin biyolojik çevreyle uyumunu ifade eden "biyolojik uyuģabilirlik", Ģüphesiz, biyomalzeme uygulamalarında ilk aranan özelliktir. Biyomalzeme yalnızca dokularla temas ediyorsa "doku uyuģabilirliği", kan ile temas ediyorsa "kanla uyuģabilirliği" ön planda değerlendirilir. Birçok durumda hem doku hem de kanla temas söz konusudur. Örneğin, yapay damar protezlerinde, damarın içinden kan akarken, diğer tarafı ise dokuyla temastadır. 25

46 Kanla yabancı cisim (biyomalzeme) temas edince, yüzeye önce iyonlar ve proteinler, daha sonra trombositler gider. Materyal kanla uyuģabilir ise genellikle albümin'in yüzeye tercihli olarak yapıģmasıyla yüzey pasifize edilir. Sonradan gelen trombositler yüzeyde önemli bir morfolojik değiģime uğramadan otururlar. Bu durumda materyal vücut tarafından kabul edilmiģtir. Kanla uyuģmayan durumda ise, yüzeydeki trombositler hızla morfolojik değiģimlere uğrarlar, yüzeyde yayılır ve içlerindeki aktif kimyasalları salar. Bu diğer hücreleri çağırır ve pıhtılaģma mekanizmasını harekete geçirir. Yüzeyde çok sayıda hücreyi hapsetmiģ olan kan pıhtısı yığını (trombus) oluģur. Trombusların yüzeyden kopması emboli ile kan damarların tıkanması ve ölüme kadar giden olaylar zincirini baģlatır. Bu yabancı malzemenin reddedilmesidir [41]. 2.9 Hücre yapışması ve üremesi Hücrelerin polimer yüzeyine yapıģması, yüzeyde bulunan katı tutunma noktalarının varlığıyla gerçekleģmektedir. Yüzey özelliklerine bağlı olarak bu noktaların sayısı değiģmekte, dolayısıyla yüzeyle yapıģan hücre sayısı artmakta ya da azalmaktadır. Hücre kültüründe yüzeye yapıģan hücreler, ortam koģulları uygun olduğu sürece yayılıp üreyebilirler. Polimer yüzeyinde hücre üremesinin gerçekleģmesi, yüzeydeki yapıģma değerlerine bağlı olup bu değer belirli seviyenin üstünde iken yapıģma gerçekleģir [2]. Biyolojik amaçlı kullanılacak malzemelerde hücre yapıģması ve üremesi, malzemenin biyolojik ortama vereceği cevabın göstergesi olduğu için büyük önem arz etmektedir Literatürde yapılan çalışmalar Poliüretanların biyomedikal alanda kullanımı ile ilgili çok sayıda çalıģma bulunmaktadır. Bunlardan bazıları poliüretanların biyouyumluluklarının arttırılması için yüzeylerinin modifikasyonu çalıģmalarıdır. AĢağıda bu çalıģmaların bazılarından özetler verilmiģ ve bu tez kapsamında yapılan çalıģmaların kapsamına giren sonuçlar sunulmuģtur. Chen ve çalıģma arkadaģlarının yaptığı çalıģmada, ticari olarak elde edilen poliüretan malzemelerin yüzeylerine farklı molekül ağırlıklarında PEG graft edilmiģtir. Yüzeyi iģlem görmeden önce ve iģlem görmüģ poliüretan numunelerin temas açıları ve protein adsorpsiyonları değerlendirilmiģtir. ĠĢlem görmemiģ poliüretan yüzeyin temas 26

47 açısı 78 o iken farklı molekül ağırlıklı PEG molekülleri yüzeye graft edildikten sonra temas açıları 60 o değerine kadar düģmüģtür. Yüzeye PEG graft edilmiģ ve iģlenmemiģ poliüretan numunelerdeki albümin ve fibrinojen proteinleri adsorpsiyonları incelendiğinde her iki protein için de en yüksek adsorplanan protein miktarı iģlem görmemiģ poliüretan yüzeylerdedir. PEG graft edilmiģ yüzeylerde ise artan PEG molekül ağırlığı ile adsorplanan protein miktarı düģüģ göstermiģtir. Tüm adsorpsiyon değerleri kıyaslandığında fibrinojen proteini albümin proteininden yaklaģık iki kat daha fazla adsorplanmıģtır. PEG graft olmamıģ poliüretan yüzey için fibrinojen adsorpsiyon değeri 1 mg/cm 2 iken albümin proteini adsorpsiyon değeri 0.48 mg/cm 2, bu değer PEG graftı sonrasında sırası ile 0.3 ve 0.09 mg/cm 2 değerlerine kadar düģmüģtür [16]. Zheng ve çalıģma arkadaģlarının yaptığı çalıģmada ticari bir poliüretan ile farklı döküm yöntemleri kullanılarak farklı pürüzlülüğe sahip filmler elde edilmiģtir. Poliüretan yüzeyin pürüzlülüğünün değiģtirilmesi sonucu temas açısı 83 o değerinden 128 o değerine çıkmıģ, buna paralel olarak fibrinojen adsorpsiyonu değerleri 0.3 mg/cm 2 den 0.6 mg/cm 2 değerine, albümin adsorpsiyonu değerleri 0.06 mg/cm 2 den 0.14 mg/cm 2 değerine yükselmiģtir [30]. Hasırcı ve çalıģma arkadaģlarının yaptığı diğer bir çalıģmada argon ve oksijen ile plazma yüzey modifikasyonuna uğratılan yüzeylerin plazma sonrası protein adsorpsiyonu değerleri incelenmiģtir. Hem oksijen hem de argon gazı için plazma uygulaması temas açısı değerini düģürmüģtür. ĠĢlem görmemiģ poliüretan yüzeyde 63 o olan temas açısı değeri argon plazma için minimum 52.5 o oksijen plazma için minimum 45.7 o değerine düģmüģtür. DüĢen temas açılarının aksine yüzey pürüzlülük değeri iģlem görmemiģ poliüretan yüzey için nm iken argon plazmadan sonra nm, oksijen plazmadan sonra nm değerine yükselmiģtir. Plazma yüzey modifikasyonu yüzey pürüzlülüğünü arttırırken temas açısını düģürücü bir etkiye sebep olmuģtur. ĠĢlem görmemiģ poliüretan yüzeyin albümin ve fibrinojen adsorpsiyonu değerleri sırasıyla µg/cm 2 ve 115 µg/cm 2 iken argon ile plazma yüzey modifikasyonu sonrasında sırasıyla µg/cm 2 ve 55.8 µg/cm 2 değerine ve oksijen plazması sonrasında µg/cm 2 ve 32.5 µg/cm 2 değerine düģmektedir. Bu sonuçlardan görüldüğü gibi plazma yüzey modifikasyonu protein adsorpsiyonunda düģüģe neden olmuģtur. [21]. 27

48 Literatürdeki veriler genel olarak değerlendirilecek olursa; protein adsorpsiyonuna iki parametrenin etki ettiği görülür. Bunlar yüzey hidrofilliği ve pürüzlülüğüdür. Genellikle hidrofilik yüzeyler, hidrofobik yüzeylere göre daha az protein adsorplarlar. Bazı durumlarda ise yüzey hidrofilitesi yerine nano boyutta yüzey pürüzlülüğünün protein adsorpsiyonunda etkili olduğu bildirilmiģtir [55,56]. Yüzey pürüzlülüğü bazı durumlarda protein adsorpsiyonunu arttırırken bazı durumlarda azaltabilmektedir [30,21]. Poliüretanların biyomalzeme olarak kullanımıyla ilgili çok sayıda çalıģma olmakla birlikte, bu tez kapsamında monomer olarak kullanılan hint yağından sentezlenen poliüretan malzemelerin biyomalzeme olarak kullanımının araģtırılmasıyla ilgili çalıģmaların sayısı çok azdır. Yeganeh ve çalıģma arkadaģlarının yaptığı çalıģmada polimer malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri ve kimyasal yapıları belirlenmiģ, bazı hücre büyümesi çalıģmaları yapılarak polimer özelliklerinin ve yapısının bunlarla ilgisi ortaya konulmuģtur [57]. Yeganeh ve Hojati-Talemi nin yaptığı diğer bir çalıģmasında ise PEG ve hint yağı temelli poliüretanların biyobozunabilirlik oranları ve mekanik özellikleri belirlenmiģ, hücre büyümesi ve zehirliliğiyle ilgili veriler değerlendirilmiģtir [6]. Ferreira ve çalıģma arkadaģlarının yaptığı bir çalıģmada hint yağı temelli, biyolojik olarak yapıģma özelliğine sahip, biyobozunabilen ve biyouyumlu poliüretan sentez edilmiģtir Bu tez kapsamında yukarıda belirtilen hint yağı temelli çalıģmalardan farklı olarak, hint yağı/peg temelli poliüretan filmler farklı molekül ağırlığındaki polietilen glikol kullanılarak sentezlenmiģ, böylece kütle özellklerinin yanında biyouyumlulukta çok önemli olan yüzey hidrofilliği, yüzey pürüzlülüğü ve gözenekliliği birbirinden farklı malzemeler sentezlenebilmiģtir. Bunlara ek olarak polimer filmlerin yüzeyleri plazma polimerizasyonuyla modifiye edilerek, plazma polimerizasyonunun protein adsorpsiyonu ve ücre büyüme ve çoğalması üzerine etkileri incelenmiģtir.. 28

49 3. DENEYSEL ÇALIŞMA 3.1 Kullanılan Kimyasallar ve Özellikleri Poliüretan (PU) sentezinde poliol olarak Sigma-Aldrich marka polietilen glikol (PEG) ve Arifoğlu marka hint yağı (HY) kullanılmıģtır. PEG ve HY nin kimyasal yapıları ġekil 3.1 de, bazı özellikleri de Çizelge 3.1 ve 3.2 de verilmektedir. Şekil 3.1 :(a) HY, (b) PEG in kimyasal yapıları. Çizelge 3.1 : Polietilen glikolün özellikleri. Özellikler Değer Molekül ağırlığı, g/mol 3000 Yoğunluk, g/cm ph (%5 sulu çözelti) Çizelge 3.2 : Hint yağının özellikleri. Özellikler Değer Hidroksil değeri, mg KOH/g numune Asitlik değeri, mg KOH/g numune

50 Poliüretan sentezinde diizosiyanat olarak Sigma-Aldrich marka hegzametilen diizosiyanat (HDI) kullanılmıģtır. ġekil 3.2 de HDI nın kimyasal yapısı, Çizelge 3.3 de bazı özellikleri verilmiģtir. Şekil 3.2 :HDI nın kimyasal yapısı. Çizelge 3.3 : Hegzametilen diizosiyanatın bazı özellikleri. Özellikler Değer Molekül ağırlığı, g/mol Yoğunluğu, g/ml (20 ºC) Kaynama noktası, ºC Alev alma noktası, ºC 135 Erime noktası, ºC - 67 Zincir uzatıcı olarak teknik saflıkta 1,4-bütandiol (BDO) kullanılmıģtır (ġekil 3.3). Şekil 3.3 :1,4-bütandiol. 3.2 Polimer Sentezi Poliüretan sentezi, tek adımlı kütle polimerizasyonu metodu ile gerçekleģtirilmiģ, çözücü ve katalizör kullanılmamıģtır [42,43] Reaksiyon karışımının hazırlanması Reaksiyon karıģımı hazırlanmadan önce PEG, 6 saat boyunca vakum altında o C arasında döner buharlaģtırıcıda tutulmuģtur. HY kullanılmadan önce 80 o C de vakum etüvünde 24 saat bekletilmiģtir. Zincir uzatıcı olarak kullanılan BDO 24 saat boyunca 50 o C de vakum etüvünde bekletilmiģtir. Böylece, reaksiyonda kullanılacak malzemelerin içerdiği nem giderilerek reaksiyonun ilerlemesini engelleyecek olumsuzluklar ortadan kaldırılmıģtır [15,43]. Gerekli ön iģlemlerin tamamlanmasının ardından reaksiyon karıģımının hazırlanması amacıyla ilk olarak belirli oranlarda HY ve PEG o C de döner buharlaģtırıcıda vakum altında 30 dakika karıģtırılarak homojen bir karıģım elde edilmiģtir. Daha 30

51 sonra zincir uzatıcı olarak BDO eklenerek 30 dakika daha karıģtırmaya devam edilmiģtir. PEG ve HY nin hidroksil değerine eģit sayıda hidroksil içerecek miktarda BDO eklenmiģtir Poliüretan sentezi PEG, HY ve BDO içeren reaksiyon karıģımı, azot gazı beslemesi olan reaksiyon balonuna aktarılmıģ ve reaksiyon balonu 50 o C deki yağ banyosuna daldırılmıģtır. Sıcaklık sabit tutularak karıģımdaki hidroksil sayısına ekivalent olacak Ģekilde HDI reaksiyon balonuna damla damla eklenmiģtir. Bu sırada monomerlerin havayla teması mümkün olduğunca engellenmiģtir. KarıĢtırma hızı 300 r.p.m, karıģtırma süresi 5 dakika olarak ayarlanmıģtır. KarıĢtırma iģleminden sonra reaksiyon karıģımı cam petri kaplarına alınmıģ, 80 o C sıcaklıktaki etüvde yaklaģık saat polimerizasyon reaksiyonunun tamamlanması için bekletilmiģtir. Reaksiyon, fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopisi ile izlenmiģtir. Poliüretan sentezinde serbest izosiyanat grubuna ait 2270 cm -1 pikinin kaybolması reaksiyon ortamındaki izosiyanat gruplarının tümünün reaksiyona girdiğinin göstergesidir [43]. Ġzosiyanat pikinin kaybolması ile birlikte 3300 cm -1 civarında ve cm -1 değerleri arasında karakteristik üretan pikleri oluģmuģtur [42,34]. 3.3 Poliüretan filmlerin plazma yüzey modifikasyon yöntemi Diener electronic marka Pico-LF-RF plazma cihazı kullanılmıģtır (ġekil 3.4). ÇalıĢmalar MHz RF jeneratör ile 0.3 mbar düģük basınçta ve oda sıcaklığında yürütülmüģtür. 31

52 Şekil 3.4 : Diener electronic marka Pico-LF-RF cihazı. Plazma yüzey modifikasyonu iki aģamada gerçekleģtirilmiģtir. Öncelikle PU filmlere argon (Ar) plazma uygulanarak yüzeylerin temizlenmesi ve aktifleģtirilmesi sağlanmıģtır. Literatür araģtırmaları doğrultusunda, Ar plazma uygulaması 50W gücünde ve 2 dakika süresinde gerçekleģtirilmiģtir [34]. Ar plazma uygulamasından sonra PU filmler 20 dakika atmosfer ortamında peroksitlerin ve hidrojen peroksitlerin oluģması için bekletilmiģtir. Böylece, AA polimerizasyonun baģlaması için gerekli olan radikal merkezlerin oluģması sağlanmıģtır [44]. AktifleĢtirilen temiz PU yüzeylere akrilik asit (AA) monomeri ile 50 W uygulama gücünde 5 dakika sürede plazma polimerizasyonu uygulanmıģtır [28]. Uygulama sonunda, numuneler saf su ile 10 dakika süreyle yıkayarak reaksiyona girmeyen monomer kalıntıları yüzeyden uzaklaģtırılmıģtır [44]. Yüzeylerin temizlenmesi ve aktifleģtirilmesi plazma polimerizasyonu için gerekli optimum Ģartlar, çalıģma grubumuzda gerçekleģtirilen daha önceki çalıģmalarda belirlenmiģtir [42]. 3.4 Karakterizasyon Yöntemleri Fourier transform infrared spektroskopisi ÇalıĢmada Perkin Elmer pre. marka, Spectrum One model Fourier transform infrared 32

53 (FT-IR) kullanılarak cm -1 aralığında polimerizasyon reaksiyonları izlenmiģ ve polimerlerin yapısal karakterizasyonları yapılmıģtır Diferansiyel taramalı kalorimetre Polimerlerin ısıl özellikleri, Perkin Elmer Diamond diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazında azot atmosferinde incelenmiģtir. Analizler -50 o C ile 150 o C arası 10 o C/dakika tarama hızında gerçekleģtirilmiģtir. DSC analizi herbir örnek için en az 2 kere tekrarlanmıģtır Isıl gravimetrik analiz Perkin Elmer marka Diamond model ısıl gravimetrik analiz (TGA) cihazı kullanılarak polimerlerin ısıl davranıģları incelenmiģtir. ÇalıĢma azot atmosferinde, oda sıcaklığı ile 550 o C sıcaklık aralığında ve 20 o C/dakika lık ısıtma hızında gerçekleģtirilmiģtir. TGA analizi herbir örnek için en az 2 kere tekrarlanmıģtır Dinamik mekanik analiz Numunelerin dinamik mekanik analizleri ve viskoelastik özellikleri, Perkin Elmer Diamond dinamik mekanik analiz (DMA) cihazında, azot ortamında -80 o C ile 150 o C aralığında 3 o C/dakika ısıtma hızında 1 Hz frekansta tarama yapılarak incelenmiģtir. DMA analizi herbir örnek için en az 2 kere tekrarlanmıģtır Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi Film yüzeylerinin hidrofilik özellikleri KSV CAM200 marka temas açısı ölçüm cihazı ile incelenmiģtir. Yürütülen çalıģmada, yapıģık damla (sessile drop) temas açısı ölçüm yöntemi kullanılmıģ, elde edilen veriler Young/Laplace metodu ile değerlendirilmiģtir. OluĢturulan su damlasının hacmi 5-6µl olacak Ģekilde ayarlanarak 25 o C da sabit Ģartlarda ölçümler gerçekleģtirilmiģtir. Temas açısı ölçümleri plazma yüzey modifikasyonu öncesinde 3 farklı örnekte 10 ar kez, uygulama sonrası yine 3 farklı örnekte 5 er kez ölçüm alınarak gerçekleģtirilmiģtir. Plazma sonrası yüzeyler hidrofilik hale geldiği için ölçüm sayısı azalmıģtır. Su, etilenglikol, di-iyodometan ve formamid ile belirlenen temas açısı değerleri ve Fowkes eģitliği (EĢitlik 3.1) kullanılarak serbest yüzey enerjisi değerleri hesaplanmıģtır [45]. 33

54 cos 1 2 d k s d s (3.1) θ=yüzey-sıvı arası temas açısı d k =Katılar için Fowkes değeri d s =Sıvılar için Fowkes değeri s =Sıvı için hesaplanan değer Taramalı elektron mikroskobu Poliüretan filmlerin topoğrafik karakterizasyonunda JOEL JSM 6390-LV marka taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıģtır. Görüntüler 20 kv da 500 kez büyütülerek alınmıģtır Atomik kuvvet mikroskobu Poliüretan filmlerin topoğrafik karakterizasyonu Shimadzu SPM 9500 marka cihaz kullanılarak atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile dinamik modta yapılmıģtır. Bu çalıģmada AFM görüntüleri 5µm x 5µm ölçülerde alınmıģtır X-ışını kırınımı X-ıĢınları kırınımı (XRD) desenleri PANalytical marka cihazın X'PERT PRO modeli ile alınmıģtır. Polimerlerin % kristalinite değerleri pik alanlarının en küçük kareler yöntemi ile hesaplanması sonucu belirlenmiģtir. Yöntemi açıklamak amacıyla bir XRD deseni örneği Ģematik olarak ġekil 3.5 de verilmiģtir [22]. Şekil 3.5 :X-ıĢını kırınım desenleri pik alanlarının hesaplanması. 34

55 3.4.9 X-ışını fotoelektron spektroskopisi Yüzey elementel analizi X-ıĢını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri ile belirlenmiģtir. AlKα (250 W, hυ= ev) kaynaklı monokramatör, yarı küresel analizör, multikanal dedektör ile SPECS PHOIBOS 150 MCD marka sistem ile analizler gerçekleģtirilmiģtir Polimerlerin şişme davranışları Poliüretanların ĢiĢme davranıģları saf su ortamında, ISO D570 standartlarına göre belirlenmiģtir. 24 saat etüvde bekletilen örnekler 24 saat desikatörde bekletildikten sonra saf su içersinde 4 gün boyunca o C de bekletilmiģtir. Yüzeyleri hafifçe kurulanarak tartılan filmlerin ĢiĢme miktarları EĢitlik 3.2 kullanılarak hesaplanmıģtır [21]. W2 W1 ġiģme miktarı (%).100 W 1 (3.2) W 1 = Kuru polimerin ağırlığı (g), W 2 = ġiģmiģ polimerin ağırlığı (g) Boşluk hacmi Gözeneklilik veya boģluk hacmi; polimer tarafından doldurulmamıģ olan hacmin, film hacmindeki kesridir. BoĢluk hacmi, kuru ve ıslak film ağırlıkları arasındaki farkın, su yoğunluğuna oranından hesaplanmıģtır [2]. BoĢluk hacmi deneyleri 25 o C de ve 24 saat bekleme süresinde gerçekleģtirilmiģtir Gözeneklilik Boyutları 3x1 cm 2 olan poliüretan filmler 4 gün boyunca o C de saf su içerisinde bekletilmiģ ve filmlerin ĢiĢmeden önceki ve sonraki ağırlık tartımları alınmıģtır. Bu iki tartım arasındaki fark suyun yoğunluğu ile ıslak film hacmi çarpımına bölünmüģtür. Islak film hacimleri, filmlerde Ģekil bozuklukları olmadığı için cetvel yardımı ile ölçülmüģtür. Filmlerin gözeneklilikleri EĢitlik 3.3 ile hesaplanmıģtır [46]. 35

56 Gözeneklilik W y y W. V k (3.3) W y = Islak film ağırlığı (g) W k = Kuru film ağırlığı (g) ρ y = Suyun yoğunluğu (g/cm 3 ) V= Islak film hacmi (cm 3 ) Gaz geçirgenliği Gaz geçirgenliği testleri bir çok amaçla yapılabileceği gibi konveksiyonla ilgili taģınım özelliklerini belirlemek amacıyla da yapılmaktadır [58]. Bu çalıģmada gaz geçirgenliği ölçüm cihazı ile değiģken basınç ve sabit hacimde, 2 bar besleme basıncında, 35 o C sıcaklıkta azot geçirgenliği değerleri belirlenmiģtir Hidroliz Poliüretan filmler fosfat tampon çözeltisi (PBS) içinde o C de 8 hafta bekletilmiģtir. Yapısal değiģimleri FT-IR spektroskopisiyle, kütle kayıpları tartılarak belirlenmiģtir Polimerlerin yoğunlukları Polimer filmlerin yoğunlukları PRECISA XB 620 M (0,01g) marka cihaz ile su ve hava ortamında ölçümler yapılarak belirlenmiģtir. Cihaz polimer yoğunluklarını otomatik olarak vermektedir Jel içeriklerinin belirlenmesi Jel içeriğini belirlemede Soxhlet ekstratörü kullanılmıģtır. Polimer, aseton çözücüsü varlığında 24 saat Soxhlet ekstraksiyonuna tabi tutulmuģtur. Asetonda çözünen polimer, çözücü ile alt balona geçerken, çözünmeyen kısım yüksük içinde kalmıģtır. Ekstraksiyon sonunda yüksükte kalan numuneler 24 saat 50 o C lik vakum etüvünde kurutulmuģ, tartılmıģ ve EĢitlik 3.4 e göre jel içeriği hesaplanmıģtır. Jel içeriği (%) ( m m ) m 1 o r o (3.4) 36

57 m o = Polimerin baģlangıç ağırlığı (g) m r = Polimerin ekstraksiyondan sonraki kuru ağırlığı (g) İki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) ve çapraz bağlanma yoğunluğunun (υ c ) hesaplanması Çapraz bağlanma yoğunluğu (υ c ) ve iki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) Flory-Rehner eģitliği kullanarak aģağıda verilen denklemler ile hesaplanmıģtır [45]. Denge ĢiĢme derecesi (Q) ve ĢiĢmiĢ polimerin hacim fraksiyonu (V p ) EĢitlik 3.5 ve 3.6 e göre hesaplanmıģtır. V p W p / d W / d W / d p p p s s (3.5) 1 Q Vp (3.6) W p = Polimerin kuru ağırlığı (g) Ws= Dengedeki emilen çözücü ağırlığı (g) d p = Polimerin yoğunluğu (g/cm 3 ) d s = Çözücünün yoğunluğu (g/cm 3 ) Polimer-çözücü etkileģim parametresi (X 12 ) EĢitlik 3.7 kulanılarak hesaplanmıģtır. X v s p s ( ) RT 2 (3.7) υ s = Çözücünün molar hacmi (cm 3 /mol) γ p = Polimerin çözünürlük parametresi (cal/cm 3 ) 1/2 γ s = Çözücünün çözünürlük parametresi (cal/cm 3 ) 1/2 R= Ġdeal gaz sabiti (cal/(mol.k)) T= Sıcaklık (K) 37

58 Poliüretan numunelerinin çözünürlük parametrelerini belirlemek için polimerlerin farklı çözücülerde denge ĢiĢme dereceleri ile çözücülerin çözünürlük parametreleri arasında grafik çizilir. Maksimum piki (en yüksek ĢiĢme derecesi) veren çözücünün çözünürlük parametresi, polimerin çözünürlük parametresi olarak kabul edilir [43]. M c ve υ c değerleri EĢitlik 3.8 ve 3.9 kullanılarak hesaplanmıģtır. M c v d V V ln(1 ) 1/3 s P( P P / 2) 2 Vp Vp X12VP (3.8) v c d M P c (3.9) ν s = Çözücünün molar hacmi (cm 3 /mol) V p = ġiģmiģ polimerin hacim fraksiyonu X 12 = Polimer-çözücü arası etkileģim parametresi 3.5 Biyouyumluluk Deneyleri Poliüretan filmlere protein adsorpsiyonu Protein adsorpsiyonu deneylerinde protein kaynağı olarak Sigma-Aldrich marka bovine serum albumin (BSA) ve Sigma-Aldrich marka fraksiyon I cinsi bovine serum fibrinojen (BSF) kullanıldı. BaĢlangıç konsantrasyonu 1mg protein/ ml PBS olacak Ģekilde protein çözeltisi hazırlandı. BSA çözünürlüğü daha yüksek bir protein olduğu için yaklaģık 1 saat çözünmesi yeterlidir, fakat BSF nin çözünürlüğü daha düģüktür. Bu nedenle BSF nin çözünmesi için yaklaģık 3 saat beklenildi. Hazırlanan protein çözeltisinden 60 ml alınmıģ ve bu çözeltiye poliüretan filmler (1x1 cm 2 ) daldırıldı dakika aralığında protein çözeltisinden alınan sıvı numumelerin adsorbans değerleri Perkin Elmer Lamda35 marka UV spektrofotometre ile 280 nm dalga boyunda ölçüldü. Farklı deriģimlerde hazırlanan (0 g/ml, 0.25 g/ml, 0.75 g/ml, 1.0 g/ml) protein çözeltilerin UV spektrofometrede absorbans değerleri okunarak oluģturulan kalibrasyon doğrusu yardımıyla ölçülen absorbans değerlerine karģılık gelen protein adsorpsiyon miktarları hesaplandı. Polimerlerin çözünmesi ve aynı zamanda tüm protein adsorpsiyonu deneyleri 36 o C de gerçekleģtirilmektedir. 38

59 ÇalıĢmada kullanılan kalibrasyon doğruları Ek-E de verilmiģtir. Adsorplanan protein miktarı EĢitlik 3.10 kullanılarak hesaplanmıģtır [21]. q Co A C A V ( 3.10) q : Adsorplanan protein miktarı (mg/cm 2 ) C 0 : Çözelti baģlangıç konsantrasyonu (mg/ml) C A : Ölçüm yapılan andaki çözelti konsantrasyonu (mg/ml) V: Sıvı çözelti hacmi (ml) A: Filmin toplam yüzey alanı (cm 2 ) Hücre yapışması ve üremesi Hazırlanan PU film örnekleri (çap: 0,9 cm) önce 150 U/ml antibiyotik içeren %70 etil alkol içinde 1 saat bekletildikten sonra 3 defa fosfat tampon çözeltisi çözeltisi ile yıkandı. Daha sonra yarım saat UV ıģımaya maruz bırakılarak steril edildi. Steril edilen polimer diskleri, kültür ortamına uyum sağlamak amacıyla, fetal serum içermeyen hücre kültürü medyumu içinde 24 saat süresince 37 C de % 5 CO 2 etüvünde inkübe edildi. Ġnkübasyon sonrası polimer diskleri 96 kuyucuklu kültür kaplarına uygun bir Ģekilde yerleģtirildi ve her bir örnek için 3 polimer diski kullanılarak sitotoksisite deneyleri gerçekleģtirildi. Sitotoksisite deneyi için NIH-3T3 fare fibroblast hücreleri ve Vybrant sitotoksisite hücre proliferasyon kiti (invitrogen) kullanıldı. Hücreler çözüldükten sonra düģük glukozlu DMEM (hücre kültür ortamı) içeren kültür ortamında çoğaltıldı. Üçüncü pasajdan sonra hücreler % 0.25 lik Tripsin-EDTA solüsyonuyla kaldırıldı. Daha sonra 15 ml lik tüpe alınarak 2000 rpm de 5 dakika santrifüj edildi. Santrifüj sonrası tüp içerisinde bulunan üst faz atıldı. Hücre çökeltisi 1 ml kültür medyumu ile süspanse edildildikten sonra hücre sayımı yapıldı. Bunun için %1 lik Tripan mavisi kullanıldı. Hücre sayımından sonra her bir kuyucuğa 10 4 hücre ekimi yapıldı ve 37 C de 24 saat inkübasyona tabi tutuldu. Bu sürenin bitiminde, kültür kabında bulunan medyum uzaklaģtırıldı ve her bir kuyucuğa 100 μl taze kültür ortamı konulduktan sonra 10 μl sitotoksisite boyası (5 mg/ml) eklenerek hücreler 37 C de 4 saat daha inkübe edildi. Bu aģamada negatif kontrol olarak, hücre içermeyen kültür ortamından kültür kabının periferindeki kuyucuklara 100 μl taze kültür tamponu kullanıldı. Ġnkübasyon sonunda, canlı hücreler tarafından oluģturulan formazan 39

60 tuzlarının çözülmesi için her bir kuyuya 50 µl DMSO (dimetil sülfoksit) eklendi ve 37 C de 10 dakika bekletildikten sonra kültür kaplarındaki üst faz iyice baģka bir kültür kabına aktarıldı. Kültür plağı, mikroplak okuyucuda 540 nm dalga boyunda okutuldu. Referans dalga boyu olarak 630 nm dalga boyu kullanıldı. Hiçbir madde eklenmeyen kontrol kültürlerinden elde edilen absorbans değerlerinin ortalaması alınarak, bu değer % 100 kabul edildi. Polimerli kültürlerden elde edilen absorbans değerleri kontrol absorbans değerine oranlandı ve deney hücrelerinin canlılık oranları % olarak ifade edildi. 40

61 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 4.1 Poliüretan Sentezi ġekil 4.1 de poliüretan sentezi reaksiyonları Polietilen glikol (PEG) ve hint yağı (HY) için ayrı ayrı gösterilmektedir. PEG ve HY nın her ikisi de kullanılarak gerçekleģtirilen reaksiyonların Ģematik gösterimi benzer Ģekilde yapılabilir. Bu durumda PEG ve HY birimlerinin polimer yapısına rastgele yerleģtiği varsayılır. Çizelge 4.1 de üretilen polimerlerin kodları gösterilmektedir. Sentezlenen film kalınlıkları 2 (±0,2) mm dir. Şekil 4.1 : (a) PEG ile PU sentez reaksiyonu, (b) HY ile PU sentez reaksiyonu. 41

62 Çizelge 4.1 : Sentezlenen poliüretan filmlerin kodları. KOD HY/PEG (ağırlıkça) PU50 50/50 PU60 60/40 PU70 70/30 PU90 90/10 PU /0 4.2 Polimer Yapısının Karakterizasyonu ve Özelliklerinin Belirlenmesi Fourier transform infrared spektroskopisi Farklı kompozisyonlarda hazırlanan poliüretan filmlerin sentez reaksiyonları Fourier transform infrared (FT-IR) spektrometresi ile izlenmiģtir. PU50 kodlu poliüretan filmin sentezine ait FT-IR spektrumları ġekil 4.2 de gösterilmiģtir. Şekil 4.2 : PU 50 kodlu poliüretan filmin FT-IR spektrumu. 42

63 Reaksiyon baģlangıcında, 3369 cm -1 dalga boyunda OH pikleri, 2927 ve 2859 cm -1 de CH, 1740 cm -1 de -COO gerilmeleri görülmektedir. Reaksiyon baģlangıcında reaksiyon karıģımının IR spektrumunda 2264 cm -1 de görülen serbest izosiyanat piki, reaksiyon sonunda kaybolmakta ve 3323 cm -1 de üretan grubunun karakteristik bantlarından N-H gerilmesi ortaya çıkmaktadır; 1688 cm -1 de NH-CO-O gerilmesinden ve 1535 cm -1 de C-N gerilmesinden dolayı oluģan pikler görülmektedir. HY/PEG oranındaki azalıģ 1103 cm -1 de PEG den kaynaklı C-O-C gerilmesine ait pikin Ģiddetini arttırırken, 1688 cm -1 de hint yağının ester karbonil grupları ile birleģmiģ NH-CO-O gerilmesine ait pikin Ģiddetinin azalmasına sebep olmaktadır. Bu eğilim literatür ile uyumlu olup beklenen bir sonuçtur [47]. Ek-A da sentez karıģımları ve sentezlenen diğer poliüretan filmlerin FT-IR spektrumları verilmiģtir X-ışını kırınımı verilerinin değerlendirilmesi PU50 ve PU100 kodlu numuneler için X-ıĢını kırınımı desenleri ġekil 4.3 de verilmiģtir. 2θ=18-27 o arasında keskin PEG kristal pikleri görülmektedir. X- ıģınları desenleri karģılaģtırıldığında PU50 kodlu filmin, PU100 kodlu filmden daha fazla kristal yapı içerdiği söylenebilir. XRD verilerinden pik alan hesabı ile polimerlerin % kristaliniteleri hesaplanmıģtır [22]. Buna göre PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin kristaliniteleri sırasıyla % 40.1 ve % 36.3 bulunmuģtur. PEG in kristalin yapısından dolayı PU50 kodlu filmin kristalinite değerinin PU100 kodlu filme göre yüksek çıkması beklenen bir sonuçtur. 43

64 Şekil 4.3 : PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin XRD grafiği Diferansiyel taramalı kalorimetre analizi Sentezlenen tüm poliüretan filmlerin diferansiyel taralı kalorimetre (DSC) termogramları Ek-D de verilmiģtir. Termogramlardan belirlenen T g değerleri Çizelge 4.2 de verilmiģtir. Çizelge 4.2 : Poliüretanların DSC termogramından elde edilen T g ve T m değerleri. Kod Camsı geçiş sıcaklığı, T g ( o C) Erime sıcaklığı, T m ( o C) PU PU PU PU PU

65 HY/PEG oranı arttıkça poliüretanların T g değerleri artmaktadır. Bunun nedenin PEG in zincir yapısından kaynaklandığı düģünülmektedir. Bir çok durumda biyomalzeme olarak kullanılacak polimerlerin T g değerlerinin vücut sıcaklığının altında olması biyolojik amaçlı kullanılabilirliği açısından önemlidir. Bu nedenle düģük T g değerleri biyopolimerler için istenilen bir özelliktir. HY/PEG oranı arttıkça, poliüretan matrisindeki kristalin PEG yapıları azaldığı için malzemenin kristalinitesi düģer. Bu nedenle HY/PEG oranı artan numunelerin erime sıcaklıkları belirlenememiģtir Isıl gravimetrik analiz Sentezlenen poliüretan filmlerin içerdikleri HY/PEG oranlarının ısıl kararlılıklarına etkisi, ısılgravimetrik analiz (TGA) çalıģmalarıyla incelenmiģtir. Çizelge 4.3 de bu çalıģmanın sonuçları görülmektedir. Çizelge 4.3 : Poliüretanların TGA sonuçları. Bozunma Sıcaklığı (ºC) %10 Ağırlık %50 Ağırlık KOD Kaybı Kaybı PU PU PU PU PU ġekil 4.4 de sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri görülmektedir. Yürütülen çalıģmada yapılan poliüretan sentezinde katalizör, çapraz bağlayıcı ve herhangi bir katkı malzemesi kullanılmadığından o C arasında bunların uzaklaģmasına bağlı olabilecek ağırlık kaybı yoktur. Isıl kararlılık yalnız HY/PEG oranına bağlı olarak değiģmektedir. Tüm TGA eğrileri yaklaģık 430 o C de kesiģmektedir. Bu sıcaklığın altında polimerlerde HY/PEG oranı azaldıkça ısıl kararlılık artmaktadır. KesiĢme sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ısıl kararlılık tüm polimerler için yaklaģık aynı seviyededir. 550 o C de tüm poliüretan filmler için gerçekleģen ağırlık kaybı % arasındadır. 45

66 Şekil 4.4 : Sentezlenen PU filmlerin TGA eğrileri. Sadece HY kullanılarak sentezlenen PU filmin TGA termogramı literatür ile benzer özellik göstermektedir [47,48,49]. Ek-B de poliüretan filmlerin TGA eğrileri ayrı ayrı verilmiģtir Dinamik mekanik analiz Polimerler hem bir katı gibi elastik özellik hem de bir sıvı gibi viskoz özellik gösterirler, yani viskoelastiktirler. Dinamik mekanik analiz (DMA), malzemelerin viskoelastik özelliklerini belirlemede kullanılan önemli bir yöntemdir. Viskoelastik özellikler sıcaklık, zaman ve frekansın foksiyonudur. Bu yöntemde malzeme sabit kuvvet kontrolünde, salınımlı deformasyona maruz bırakılır ve oluģan gerilmeler ölçülür. Camsı geçiģ ana zincirde meydana gelen geniģ çaplı hareket sonucu olur. Genellikle, amorf bölgelerin erimeye baģlaması Ģeklinde tanımlanır. Camsı geçiģ sıcaklığından önceki plato camsı bölge, sonraki plato kauçukumsu bölge adını alır. DMA grafikleri depolama modülü (E ), kayıp modülü (E ) ve tan δ dan oluģur. Depolama modülü malzemede depolanan deformasyon enerjisinin ölçütü olup malzemenin elastikliği hakkında bilgi verir. Kayıp modülü malzemenin ısı biçiminde kaybettiği deformasyon enerjisi olup malzemenin viskoz özelliği hakkında bilgi verir. Kayıp modülünün depolama modülüne oranı (E /E ) olan tan δ grafiğini verir. Tan δ 46

67 pikinin tepe noktası malzemenin camsı geçiģ sıcaklığını (T g ) vermektedir [50]. Hazırlanan poliüretan filmlerin, depolama modülleri (E ) ġekil 4.5 de, kayıp modülleri (E ) ġekil 4.6 de ve tan δ eğrileri ġekil 4.7 da görülmektedir. PU filmlerin E değerleri incelendiğinde içerdiği polimer yapısında HY miktarı arttıkça, E eğrisinin camsı ve kauçukumsu platolar arasındaki fark arttığı için malzemenin daha elastik hale geldiği sonucuna varılmıģtır. Bu durum HY nın yapısındaki alkil gruplardan kaynaklanmaktadır [47]. ġekil 3.1 de HY nın yapısındaki alkil grupları gösterilmektedir. Kayıp modülü (E ) grafiklerinde camsı bölgeden kauçuğumsu bölgeye geçerken elde edilen eğrinin geniģliği çapraz bağlanmanın homojenliği hakkında bilgi verir. GeniĢ E geçiģlerine sahip malzemeler homojen olmayan bir çapraz bağlanma gösterirler. Çapraz bağlanma yoğunluğu homojen olan malzemeler dik ve dar bir geçiģ eğrisi verirler. HY miktarının artmasıyla homojen çapraz bağ yoğunluğu artar. Ayrıca, E eğrilerinde keskin geçiģler yüksek kimyasal dayanımı iģaret etmektedir [51]. ġekil 4.6 de görüldüğü üzere PU filmlerin içerdiği HY miktarı arttıkça kimyasal dayanım artmaktadır. PU filmlerin içerdiği HY miktarı arttıkça elastik özelliği arttığı, buna paralel olarak da malzemenin darbe dayanımının arttığı sonucuna varılabilir. Çizelge 4.4 de DMA verilerinden hesaplanan T g değerleri verilmiģtir. HY/PEG oranı azaldıkça polimerin T g değerinde düģüģ olduğu görülmektedir. HY temelli poliüretan film için bulunan T g değeri literatür (-16.9 o C) ile uyumludur [48]. Tan δ grafiklerindeki piklerin tepe noktaları HY/PEG oranındaki artma ile yüksek sıcaklıklara kaymaktadır (ġekil 4.7). Bu veri literatür ile uyumludur. Bu etkinin sebebi HY nın yapısında bulunan alkil zincirleriyle açıklanmaktadır [47]. Tan δ piklerinin yüksekliği polimerde HY miktarı arttıkça artmaktadır (Çizelge 4.4). Tan δ piklerinin yüksekliği malzemenin molekül zincirlerinin hareketliliği hakkında bilgi verir. Tan δ pik yüksekliği arttıkça malzemenin yapısındaki moleküllerin zincir hareketliliği artmaktadır [43,51]. Bu da HY nın yapısındaki alkil gruplarının polimer zincirine yağlama etkisi yaptığı Ģeklinde açıklanabilir. DMA sonuçları birlikte değerlendirildiğinde HY nın polimer yapısındaki miktarının artması polimerin T g sini ve zincir hareketliliğini arttırdığı sonucuna varılabilir. Genellikle bir polimerde zincir hareketliliğinin artması T g nin azalmasına neden olur. 47

68 Ancak HY nın yapısının özelliğinden dolayı bu çalıģmada sentezlenen poliüretanlarda çapraz bağlanma dolayısıyla zincir hareketliliği azalırken alkil grupları zincir hareketliliğini arttırmaktadır. Çizelge 4.4 : DMA verilerinden hesaplanan T g değerleri. Kod Tan δ a T g b ( o C) PU PU PU PU PU a Tan δ pikinin yüksekliği. b Tan δ pikinin maksimum olduğu sıcalık. Şekil 4.5 : PU filmlerin depolama modülleri (E ). 48

69 Şekil 4.6 : PU filmlerin kayıp modülleri (E ). Şekil 4.7 : PU filmlerin tan δ pikleri. 49

70 Tan δ pikinin geniģ olması heterojen bir çapraz bağlanma olduğunu gösterir [51]. HY miktarındaki artıģ yapıda daha homojen bir çapraz bağlanma sağlamıģtır. Ek-C de sentezlenen tüm PU filmlerin ayrı ayrı DMA grafikleri verilmiģtir. Diferansiyel taramalı kalorimetre ve dinamik mekanik analiz sonuçlarından elde edilen T g değerleri (Çizelge 4.2 ve Çizelge 4.4.) farklılık göstermektedir. Bu farklılık ölçüm yöntem farklılığı ile açıklanabilir. DSC ölçümlerinde numuneye yük uygulanmadan ısıl analiz yapılırken DMA metodunda numuneye belirli bir yük altındayken ısıl analiz yapılmaktadır Temas açısı ve serbest yüzey enerjisi hesaplaması Yüzey temas açısı (θ) ölçümü malzeme yüzeyinin hidrofilitesini ifade etmek amacıyla polimerik biyomalzemelerde kullanılan yaygın test yöntemlerinden biridir. Malzeme yüzeyinin hidrofil özelliği artarken yüzey temas açısı düģmekte, serbest yüzey enerjisi artmaktadır. Hazırlanan poliüretan filmlerin temas açıları Çizelge 4.5 de verilmiģtir. Çizelge 4.5 : Poliüretan filmlerin temas açısı ve serbest yüzey enerjisi değerleri. Kod Açı (º) Serbest yüzey enerjisi (mn/m) PU 50 61±1 48±1 PU 60 64±2 46±2 PU 70 70±2 41±2 PU 90 86±2 32±2 PU ±0.5 28±0.5 PEG in hidrofilik karakterinden dolayı, HY/PEG oranı azaldıkça temas açısı düģmektedir. Bu, PEG segmenti ile su molekülleri arasında hidrojen bağlarının oluģması ile açıklanabilir. Dört farklı sıvı için ölçülen temas açısı değerleri kullanılarak, Fowkes eģitliği ile hesaplanan serbest yüzey enerjisi değerleri Çizelge 4.5 de verilmiģtir. Serbest yüzey enerjisi değerleri literatüre uygun olarak temas açısı değerleri ile ters orantılıdır [52]. 50

71 4.2.7 Poliüretanların şişme davranışlarının incelenmesi Poliüretan filmlerin % ĢiĢme oranları ġekil 4.8 de gösterilmektedir. HY/PEG oranı azaldıkça çapraz bağlanma yoğunluğu azaldığından poliüretan filmlerin ĢiĢme oranlarında artıģ gözlenmiģtir. Şekil 4.8 : Poliüretan filmlerin ĢiĢme oranları. Yüksek ĢiĢme oranı polimerlerin biyolojik ortamlarda bozunmasını arttırmaktadır. Çünkü, yüksek su adsorpsiyonunun bozunma hızı üzerinde etkisi büyüktür [53]. Biyolojik ortamda vucut sıvıları ile temas halinde olacak polimerik biyomalzemelerin uzun ömürlü olması için ĢiĢme oranlarının yüksek olması istenmemektedir. Ayrıca ĢiĢme oranı yüksek olan polimerler bu özelliklerinden dolayı doku ve hücrelere zarar vermektedir Poliüretanların boşluk hacminin hesaplaması PU50, PU70 ve PU100 kodlu numunelerin boģluk hacimleri Çizelde 4.6 da verilmiģtir. BoĢluk hacmi verilerinden polimerlerin gözenekliliği bilgisi direkt olarak elde edilemese bile bir yaklaģım yapılabilir. Buna göre PEG içeriğinin artmasının malzemenin gözenekliliğini arttırdığı sonucuna varılabilir. PEG literatürde por oluģturucu ajan olarak kullanılmaktadır. Ayrıca film boyunca kütle transferini ve difüzyonu da arttırmaktadır [46]. BoĢluk hacmi ıslanabilirliğin bir ölçüsü olduğu için yüzey serbest enerjisine bağlı olarak da değerlendirilebilir. BoĢluk hacmi arttıkça yüzey serbest enerjisi de artmaktadır [2]. 51

72 Çizelge 4.6 : Filmlerin boģluk hacmi değerleri. Kod Boşluk hacmi 10 3, (cm 3 ) PU PU PU Poliüretanların gözeneklilik değerlerinin hesaplanması PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin gözeneklilik değerleri Çizelge 4.7 de verilmiģtir. PEG içeriği arttıkça poliüretan filmlerin gözeneklilik değerleri artmaktadır. Literatürde PEG in por oluģturucu ajan olarak kullanımı bu sonucu doğrulamaktadır [46]. Gözeneklilik yapının artması ile filmlerin toplam yüzey alanıda artmaktadır. Çizelge 4.7 : Filmlerin gözeneklilik değerleri. Kod Gözeneklilik PU PU PU Gaz geçirgenliği sonuçları PU50 ve PU100 kodlu filmlerin gaz geçirgenlik değerleri sırası ile 1.78 ve 0.99 Barrer olarak belirlenmiģtir. Bu sonuçlar PU50 kodlu numune gözeneklidir demek için yeterli değildir fakat aradaki yaklaģık 2 katlık fark göz ardı edilemez. Gözeneklilik, boģluk hacmi ve gaz geçirgenliği verileri birlikte değerlendirildiğinde PU50 kodlu polimerin daha gözenekli bir yapıya sahip olduğu sonucuna varılabilir Poliüretanların jel içeriğinin hesaplanması Üretilen tüm poliüretan filmlerin jel içerikleri ġekil 4.9 de verilmiģtir. Poliüretan filmlerin HY/PEG oranı azaldıkça jel içeriği de azalmaktadır. 52

73 Şekil 4.9 : PU filmlerin jel içeriği değerleri grafiği Poliüretanların yoğunluklarının hesaplanması Poliüretanların yoğunluk değerleri ġekil 4.10 da verilmektedir. HY/PEG oranı artarken poliüretanların yoğunluğu düģmektedir. Bu sonuç HY ve PEG monomerlerinin yoğunluk farkıyla açıklanabilir. HY nın yoğunluğu 0.96 g/cm 3, PEG in yoğunluğu 1.23 g/cm 3 dür. Şekil 4.10 : PU filmlerin yoğunluk değerleri grafiği. 53

74 İki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) ve çapraz bağlanma yoğunluğunun (υ c ) hesaplanması Çapraz bağlanma yoğunluğu (υ c ) ve iki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı (M c ) Flory-Rehner eģitliği kullanılarak, farklı çözücülerdeki ĢiĢme ölçümlerinden yararlanılarak hesaplanmıģtır. Bu değerler hesaplanmadan önce, X 12, polimer-çözücü arası etkileģim parametresinin hesaplanması gereklidir. X 12 nin hesaplanabilmesi için üretilen polimerlerin çözünürlük parametreleri belirlenmiģtir. Çözücülerin gözlenen ĢiĢme değerleri, çözünürlük parametre teorisinin esası ile açıklanabilmektedir. Benzer benzeri çözer teorisine göre bir çözeltide çapraz bağlı polimerin maksimum ĢiĢme gösterdiği çözücünün çözünürlük parametresi polimerin çözünürlük parametresi olarak kabul edilir [43]. ġekil 4.11 da poliüretanların farklı çözücüler için denge ĢiĢme dereceleri ile çözünürlük parametrelerinin grafiği gösterilmektedir. Bu çözücülerin çözünürlük parametreleri; toluen 8.9 (cal/cm 3 ) 1/2,aseton 9.9 (cal/cm 3 ) 1/2, dioksan 10 (cal/cm 3 ) 1/2, n-metil-2-pirolidon 11.3 (cal/cm 3 ) 1/2,metanol 14.5 (cal/cm 3 ) 1/2 olmak üzere 8.9 ile 14.5 (cal/cm 3 ) 1/2 arasında değiģmektedir. Şekil 4.11 : PU filmlerin Q-çözünürlük parametreleri grafiği. 54

75 Grafikten görüldüğü gibi n-metil-2-pirolidon tüm polimerler için maksimum dengede ĢiĢme derecesine sahiptir. Bu nedenle polimerlerin çözünürlük parametresi bu çözücününki ile aynı kabul edilebilir. Yani polimerlerin çözünürlük parametresi 11.3 (cal/cm 3 ) 1/2 dir. Bu veri kullanılarak hesaplanan değerler ġekil 4.12 ve ġekil 4.13 de verilmiģtir. Şekil 4.12 : PU filmlerin M c grafiği. Şekil 4.13 : PU filmlerin ν c grafiği. ġekil 4.12 ve ġekil 4.13 den de görüldüğü gibi HY/PEG oranı arttıkça υ c değeri artma ve M c değeri azalma eğilimindedir. HY nın fonksiyonalitesi 2 den büyüktür. Bu nedenle polimerin çapraz bağlanma yoğunluğunu arttırmaktadır. Çapraz bağlanma yoğunluğunun artması ile sık çapraz bağ oluģumundan dolayı çapraz bağlar arasındaki ortalama molekül ağırlığı azalmaktadır. 55

76 Hidroliz ĠkiĢer haftalık periyotlarda 8 hafta boyunca sürdürülen hidroliz deneyleri sonucunda PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmler için elde edilen % ağırlık kayıpları ġekil 4.14 de verilmiģtir. Sekiz hafta sonunda % 2 lik bir oran ile en fazla ağırlık kaybına sahip olan numune, en yüksek oranda PEG içeren PU50 kodlu numunedir. HY/PEG oranı arttıkça filmlerin % ağırlık kayıpları azalmaktadır. Şekil 4.14 : Poliüretan filmlerin hidroliz sonucu ağırlık kayıpları. 4.3 Plazma yüzey modifikasyonu ÇalıĢmanın bu aģamasında, protein adsorpsiyonu deneyleri için seçilen PU50, PU70 ve PU100 kodlu numuneler için plazma uygulaması ve plazma polimerizasyonu iģlemi gerçekleģtirilmiģtir. Seçimin bu Ģekilde yapılmasının sebebi HY ve PEG içeriğinin ayrı ayrı maksimum olduğu numuneler (sırasıyla PU100 ve PU50) ile bu iki değerin arasında PEG ve HY içeren bir örneği (PU70) incelemektir. Çizelge 4.8 da PU filmlerin Ar ile yüzey aktifleģtirme ve ardından peroksit oluģumu için 20 dakika bekleme süresi sonunda temas açıları ile akrilik asit (AA) kaplamasından sonraki temas açıları verilmiģtir. Filmlerin yüzeyinde Ar plazma uygulaması ile yüzey aktifleģtirme ve temizleme iģlemi gerçekleģtirilmektedir. Bu iģlem, yüzeyde kovalent bağların kırılması ile serbest radikallerin oluģturulması Ģeklinde gerçekleģir. Yüzeyde oluģturulan serbest radikaller havanın oksijeni ile reaksiyona girerek OH ve OOH gibi polar grupların 56

77 oluģmasına sebep olur. Dolayısıyla, Ar plazma poliüretan filmlerin hidrofil özelliğinin artmasını sağlamıģtır [46]. Ar plazma uygulamasının yüzeyin hidrofilik ya da hidrofobik özelliğinde değiģime sebep olmayacağı beklenirken, uygulama sonrasında atmosferik oksijene maruz bırakılan numune yüzeyinde bulunan radikallerin oksijen ile reaksiyonu yüzeyin hidrofilik özelliğinin artmasını sağlamıģtır [34]. Çizelge 4.8 : Poliüretan filmlerin plazma uygulaması öncesi ve sonrası temas açıları. Temas açısı ( o C) Ar+ 20 dakika havada AA kaplaması Kod Plazma öncesi bekleme sonrası sonrası PU PU PU AA plazma sonrası yüzeyde poliakrilik asit ince bir film olarak oluģturulduğundan poliüretan filmler nispeten daha az hidrofilik özellik göstermektedir. Klasik yöntemlerle sentezlenen poliakrilik asit filminin temas açısı 43 o ±3 dür [54]. Bu çalıģmada da AA kaplaması sonrası elde edilen açı değerleri literatürdeki veriye uygundur. Ar plazma uygulaması sonrasında yüzeyin hidrofilik karakterinde meydana gelen değiģim kalıcı değildir. Zamanla plazma yüzey modifikasyonu etkisini kaybeder ve yüzey önceki yapısına geri döner [44]. AA monomeri ile plazma polimerizasyonu yapılan poliüretan filmlerin temas açıları değiģmemektedir. Bu da plazma polimerizasyonu ile elde edilen ıslanma özelliğinin daha kalıcı olduğunu göstermektedir. 4.4 Protein adsorpsiyonu verilerinin değerlendirilmesi Plazma öncesi ve AA kaplanmıģ PU50, PU70 ve PU100 filmlerin adsorpladıkları BSA ve BSF proteinlerinin miktarı ġekil 4.15 ve ġekil 4.16 deki grafiklerde gösterilmektedir. Protein çözeltisine daldırılan tüm örneklerin protein adsorpsiyonu miktarları 10 dakika sonunda maksimum seviyeye ulaģmıģtır. Bu nedenle bu süre protein adsorpsiyonu için optimum süre olarak belirlenmiģtir. 57

78 AA kaplamasından sonra yüzey hidrofilliği ve yüzey pürüzlülüğü arttığı için literatüre de uygun olarak her iki protein için de plazma polimerizasyonu uygulaması sonrasında adsorplanan protein miktarı düģmektedir. Sentezlenen filmlerin akrilik asit kaplamadan önce, kapladıktan sonra ve protein adsorpsiyonundan sonraki yüzey pürüzlülükleriyle ilgili veriler ileride tartıģılacaktır. Genellikle, hidrofilliğin ve yüzey pürüzlülüğünün artması ile polimerlerin protein adsorplama eğilimlerinin azaldığı bilinmektedir [21,30]. Şekil 4.15 : BSA proteini adsorpsiyon grafiği. 58

79 Şekil 4.16 : BSF proteini adsorpsiyon grafiği. Plazma uygulaması öncesinde PU50, PU70 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin protein adsorplama miktarı karģılaģtırıldığında hidrofilik karakterin artması ile adsorplanan protein miktarının arttığı görülür. Literatürdeki çalıģmaların büyük bir kısmında hidrofilikliğin artmasının protein adsorpsiyonunun düģmesine neden olduğu bildirilmiģtir [5]. Yapılan bazı çalıģmalarda ise polimer filminin pürüzlü yapısının protein adsorpsiyonunda çok etkili olduğu gösterilmiģtir [5]. Bu çalıģmada sentezlenen poliüretan filmler için elde edilen temas açısı, gaz geçirgenliği, boģluk hacmi ve gözeneklilik verileri birlikte değerlendirildiğinde aģağıdaki sonuçlara varılabilir. 1.PEG/HY oranı arttıkça polimerin boģluk hacmi ve gözenekliliği artmaktadır. Bu da gaz geçirgenliğinin artmasına neden olmaktadır. 2.Plazma öncesinde farklı temas açılarına (PU50, PU70, PU100 için sırasıyla 61, 68, 91) dolayısıyla farklı hidrofiliteye sahip filmler, AA ile kaplanınca hemen hemen aynı hidrofiliteye sahip olmaktadırlar. Plazma öncesinde filmlerin protein adsorpsiyonları artan hidrofillikle artarken, plazma sonrasında aynı hidrofilliğe (yani aynı temas açısına) sahip her 3 filmde de protein adsorpsiyonu polimerdeki PEG oranının artmasıyla artmaktadır. 59

80 Bu sonuçlara göre polimerdeki PEG miktarı arttıkça pürüzlü yapının arttığı bunun da protein adsorpsiyonunu arttırdığı sonucuna varılabilir. Polimer film yüzeyinin pürüzlülüğü verileri de bu olayı açıklamaya yardımcı olmaktadır. Bu nedenle yapılan AFM çalıģmasının sonuçları ile ligili bölümde tartıģılacaktır. Yüzeylere adsorplanan protein miktarları incelendiğinde aynı film yüzeyi için adsorplanan BSA miktarının BSF ye göre 4-5 kat fazla olduğu görülür. Bu veri her iki proteinin molekül ağırlığı ile açıklanabilir. BSA nın molekül ağırlığı 65 kda, BSF ninki 340 kda dur. Her iki proteinin molekül ağırlıkları oranı 5.2 dir Literatürde poliüretan yüzeyler için BSA ve BSF adsorpsiyonları incelendiğinde bu 4-5 katlık oranı görmek mümkündür [21]. 4.5 Filmlerin yüzey topoğrafyası AFM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi ġekil 4.17 ve 4.18 da PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmler için iģlem görmemiģ, plazma yüzey modifikasyonu (50W, 2dakika Ar + 50W, 5 dakika AA) sonrasında ve plazma sonrası BSA ve BSF adsorplamıģ filmlerin AFM görüntüleri verilmektedir. AFM ile yürütülen çalıģmada elde edilen veriler değerlendirildiğinde, PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlere uygulanan plazma yüzey modifikasyonunun yüzey topoğrafyasında meydana getirdiği değiģimler saptanabilmektedir. Daha önce yapılan bir çalıģmada PU50 ve PU100 kodlu filmlerin yüzey pürüzlülükleri sırasıyla 117±10 ve 7±2 nm olarak belirlenmiģtir [42]. Bu çalıģmada AA kaplı PU50 ve PU100 filmlerin yüzey pürüzlülükleri sırasıyla 150±10 ve 203±15 nm olarak bulunmuģtur. Plazma yüzey modifikasyonu yüzey pürüzlülüğününün artmasına sebep olmaktadır. Bu etki, yüzeyde oluģturulan poliakrilik asit katmanlarının çapraz bağlanmasının sonucu olarak ortaya çıkmaktadır [44]. PU50 ve PU100 kodlu poliüretan filmlerin plazma öncesi yüzey pürüzlülüğü değerleri arasındaki belirgin fark PEG in pürüzlü yapıya neden olmasıyla açıklanabilir [42]. Yüzeyin poliakrilik asit kaplanmasından sonra PU50 kodlu filmin pürüzlülüğü yaklaģık %28 artarken, PU100 kodlu filmde pürüzlülük %280 artmıģtır. Elde edilen sonuçlar yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olan poliakrilik asit kaplamasının PU100 kodlu poliüretan filmde daha etkili olduğunu göstermektedir. Yüzeyde oluģturulan serbest radikal deriģimine bağlı olarak değiģen PU50 ve PU100 kodlu poliüretan film yüzeylerinde farklı topoğrafik 60

81 yapıda film oluģumu meydana geldiği söylenebilir. PU50 ve PU100 filmlerinin Ar plazma sonrasında yüzeylerinde oluģan serbest radikal merkezlerin deriģimiyle ilgili bir veri olmamakla birlikte PU100 kodlu filmde plazma sonrası temas açısı düģmesinin PU50 ye göre daha fazla olması yüzeyinde daha fazla serbest radikal oluģumu Ģeklinde açıklanabilir. AA kaplı PU50 ve PU100 kodlu filmlere BSA adsorpsiyonu sonucu yüzeyde meydana gelen değiģiklik incelendiğinde; PU50+AA+BSA ve PU100+AA+BSA kodlu filmin pürüzlülükleri 221±15 ve 225±12 nm olarak belirlenmiģtir. AA kaplı PU50 ve PU100 kodlu filmlere BSF adsorpsiyonu sonucu yüzeyde meydana gelen değiģiklik incelendiğinde; PU50+AA+BSF ve PU100+AA+BSF kodlu filmin pürüzlülükleri 455±20 ve 433±20 nm olarak belirlenmiģtir. Her iki film, protein adsorpsiyonundan sonra yaklaģık aynı pürüzlülük değerine sahiptir. Tüm AFM verilerinden elde edilen pürüzlülük değerleri Çizelde 4.9 da verilmiģtir. Çizelge 4.9 : Poliüretan filmlerin AFM ile belirlenen yüzey pürüzlülük değerleri. Pürüzlülük Pürüzlülük Kod (nm) Kod (nm) PU50 117±10 PU100 7±2 PU50+AA 150±10 PU100+AA 203±15 PU50+AA+BSA 221±15 PU100+AA+BSA 225±12 PU50+AA+BSF 455±20 PU100+AA+BSF 433±20 AA kaplı film yüzeylere BSF adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey pürüzlülüğü, BSA adsorpsiyonu ile elde edilen yüzey pürüzlülüğünden yaklaģık 2 kat daha fazladır. Bu durum BSF proteininin moleküler yapısının büyük olmasıyla açıklanabilir. 61

82 Şekil 4.17 : PU50 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM görüntüleri. 62

83 Şekil 4.18 : PU100 kodlu filmin, (a) saf hali, (b) AA kaplı (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, sonrası AFM görüntüleri. 63

84 4.5.2 SEM ile yüzey topoğrafyasının incelenmesi Tüm SEM görüntüleri PU50 ve PU100 kodlu poliüertan filmler ve bu filmlerin modifikasyonlara uğramıģ durumları için alınmıģtır. ġekil 4.19 (a) da PU100 kodlu numunenin SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde bulunan küçük parçacıklar kirlilik olarak tanımlanabileceği gibi yüzey morfolojisinden de kaynaklanabilmektedir. ġekil 4.19 (b) de AA kaplı PU100 filminin fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde oluģan kabarcık Ģeklindeki yapılar AA kaplamasından kaynaklanmaktadır [44]. ġekil 4.19 (c) de AA kaplı PU100 filmi üzerine BSA adsorpsiyonu sonucu oluģan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde oluģan yapılar BSA proteini yapıları olarak belirlenmiģtir. ġekil 4.19 (d) de AA kaplı PU100 filmi üzerine BSF adsorpsiyonu sonucu oluģan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. Görüntüde seyrek olarak belirlenen yapılar BSF olarak adlandırılabilir ve literatürdeki kristal fibrinojen görüntüleri ile uyuģmaktadır [47]. ġekil 4.19 (e) de modifiye edilmemiģ PU100 film yüzeyine BSA adsorpsiyonu sonucu oluģan yapının SEM fotoğrafı görülmektedir. ġekil 4.19 (c) ile karģılaģtırıldığında AA kaplaması sonucu azalan protein miktarı görüntülerden de net olarak görülmektedir. ġekil 4.19 (f) de BSF adsorpsiyonu sonucu oluģan modifiye edilmemiģ poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. ġekilde görülen yapılar BSF olarak belirlenmiģtir ve AA kaplı filmde az olan yapılar, AA kaplı olamayan filmde daha çoktur. Yapıların daha büyük görülmesinin sebebi ise yan yana dizilmiģ proteinlerin tek bir protein gibi görünmesi olabilir. ġekil 4.20 (a) da PU50 kodlu numunenin SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeydeki girintili çıkıntılı tapografik yapı Ģekilden görülmektedir. PU100 ve PU50 kodlu numuneler kıyaslandığında PU50 kodlu numunenin daha pürüzlü bir yüzeye sahip olduğu görülmektedir. ġekil 4.20 (b) de AA kaplı PU50 filminin fotoğrafı görülmektedir. Yüzeyde kaplama sonucunu meydana gelen pürüzlülük artıģı, Ģekilde girinti ve çıkıntıların yüksekliklerinin artması ile fark edilmektedir. ġekil 4.20 (c) de AA kaplı PU50 filmi üzerine BSA adsorpsiyonu sonucu oluģan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. Yüzeydeki pürüzlü görüntü kaybolmuģtur. Bunun nedeni BSA proteini sadece yüzeye adsorplanmayıp aynı zamanda yüzeydeki boģlukları da doldurması olarak yorumlanabilir. ġekil 4.20 (d) de AA kaplı PU50 filmi üzerine BSF adsorpsiyonu sonucu oluģan poliüretanın SEM fotoğrafı görülmektedir. BSF proteini yapıları PU100 kodlu numunede olduğu gibi net görülmemiģtir. Bunun 64

85 sebebi ise PU50+AA kodlu numuneye adsorplanan BSF miktarı 3 mg/cm 2 dir. Adsorplanan proteinlerin pürüzlü bölgelerde adsorplandığı ve boģlukların doldurulduğu düģünülmektedir. ġekil 4.20 (e) ve ġekil 4.20 (f) de görüldüğü gibi AA kaplanmayan yüzeylerdeki protein adsorpsiyonu daha fazla görülmektedir. Yüzeyde daha sıkı ve çok oryantasyon görülmektedir. Şekil 4.19 : (a) PU100 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF adsorpsiyonu, (e) PU100 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU100 kodlu filme BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri. 65

86 Şekil 4.20 : (a) PU50 kodlu filmin, (b) AA kaplaması sonrası, (c) AA kaplı filme BSA adsorpsiyonu, (d) AA kaplı filme BSF asorpsiyonu, (e) PU50 kodlu filme BSA adsorpsiyonu ve (f) PU50 kodlu filme BSF adsorpsiyonu sonrası SEM görüntüleri X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) Çizelge 4.10 de PU100 kodlu poliüretan film, AA kaplı PU100 poliüretan film ve AA kaplı PU100 poliüretan filme BSF adsorplanmıģ numunelerin XPS analiz sonuçları verilmektedir. Çizelgedeki C, O ve N sırasıyla karbon, oksijen ve azot elementlerini temsil etmektedir. PU100 ve PU100+AA numuneleri karģılaģtıracak olursak; AA kaplamasından sonra akrilik asitin yapısından kaynaklı COOH gruplarından dolayı yüzeydeki O miktarında artma, film yüzeyindeki ana karbon zincirleri ve üretan gruplarından kaynaklı N, kaplama ile örtüleceği için C ve N miktarında azalma beklenmektedir. Veriler bu beklentiyi doğrulamaktadır. 66

87 PU100+AA ve PU100+AA+BSF numunelerini karģılaģtıracak olursak; protein yapısındaki aminoasit zincirlerinden dolayı proteinler bol miktarda N içermektedirler. Bu nedenle BSF adsorpsiyonundan sonra yüzeyde belirgin bir Ģekilde N miktarı artmıģtır. Protein zincirleri poliüretan gibi C zincirinden oluģtuğu için akrilik asit kaplı film BSF adsorpladıktan sonra C içeriği artmıģtır. Çizelge 4.10 : PU100 kodlu poliüretan filmin; orijinal hali, AA kaplaması sonrası ve AA kaplamasından sonra BSF adsorpsiyonlu halinin XPS verileri. Kod C (%) O (%) O/C (%) N (%) N/C (%) PU PU100+AA PU100+AA+BSF Sitotoksisite, hücre yapışması ve üremesi PU100 ve PU50 kodlu poliüretan numunelerinin hücre testi sonuçları ġekil 4.21 ve ġekil 4.22 de verilmiģtir. Hücre ekiminden sonra 4. saat, 24. saat ve 48. saat sonunda görüntüler alınmıģtır. Bu görüntüler kontrol (poliüretan numunelerin bulunmadığı, sadece hücrelerden oluģan ortam) ile kıyaslanmaktadır. PU100 kodlu numune için ilk 4 saatin sonunda, kontrol hücre görüntülerine en yaklaģan örnek PU100+AA+BSA olmuģtur. Diğer numuneler için net bir kıyaslama yapmak söz konusu olmasa bile, PU100+AA+BSF numunesinin 4 saat sonunda en az hücre sayısına sahip olduğu söylenebilir. Asıl hücre büyümeleri 24 saatin sonunda gerçekleģmiģtir. ġekil 4.21 de de görüldüğü gibi, 24. saat sonunda kontrol hücre görüntülerine en yakın poliüretan filmler PU100+AA (daha geniģ bir alanı kapsadığı için) ve PU100+AA+BSF kodlu örneklerdir. PU100+AA+BSA kodlu numunede 24 saatin sonunda kontrol hücre görüntülerine yakın görüntüye sahiptir. Fakat 24 saatin sonunda PU100 kodlu numunede hücre görüntüleri diğer numunelere oranla daha az görünmektedir. Son olarak 48 saat sonundaki hücre görüntüleri incelendiğinde PU100 kodlu numunedeki hücre sayısının azaldığı gözlemlenmiģtir. Diğer numunelerde ise hücre yoğunluğundaki artıģ fark edilmektedir. 67

88 PU50 kodlu numune için ilk 4 saatin sonunda, kontrol hücre sayısından çok daha az hücre yoğunluğu gözlenmektedir. PU50+AA+BSF kodlu örnekte hücrelerin yapıģmasının diğer numunelere kıyasla daha az oranda gerçekleģtiği ve hücrelerin morfolojik olarak daha az yayıldıkları gözlenmiģtir. Diğer numuneler arasında belirgin bir fark saptanamamıģtır. ġekil 4.22 de de görüldüğü gibi 24 saatin sonunda kontrol hücre ile kıyaslandığında sadece PU50+AA+BSF kodlu numunenin hücre yoğunluğunda artıģ gözlemlenmiģ, diğer numunelerde belirgin bir fark saptanmamıģtır. Bununla birlikte PU50+AA kodlu numunenin görüntülerinde 24 saatin sonunda biraz hücre artıģı olduğu tespit edilmiģtir. PU50+AA+BSF kodlu numunenin hücre yoğunluğu kontrol hücredeki yoğunluğa yaklaģık olarak eģit miktarda gözükmektedir. Son olarak 48 saatin sonunda ise tüm numunelerde 24 saate oranla hücre artıģı olduğu saptanmıģtır. Fakat hücre yoğunluğu kontrol grubunun yoğunluğundan daha azdır. Her iki poliüretan numune ve bu numunelerin yüzey modifikasyonlu serileri için genel bir yorum yapacak olursak, en fazla hücre üreme 24 saatin sonunda gerçekleģmiģtir. Ayrıca en fazla hücre büyümesi ve bu hücrelerin en yoğun tutunduğu numune serisi PU100 kodlu poliüretan numunedir. 68

89 Şekil 4.21 : PU100 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıģmalarının ıģık mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme). 69

90 Şekil 4.22 : PU50 kodlu poliüretan örneklerin hücre yapıģmalarının ıģık mikroskobu görüntüleri (X10 büyütme). 70