Elektroeğrilmiş Poliüretan Temelli Biyomateryaller

15 Ocak 2021

Poliüretanlar (PU), fizikokimyasal özelliklerinin ayrıntılı düzenlenmesine olanak tanıyan çok zengin bir kimyaya sahip birçok farklı monomerin kombinasyonu ile sentezlenebildikleri için oldukça ilgi çekici polimerlerdir [Amalvy vd., 2020]. Esnek köpükler (süngerler), şişmeyen yapıdaki elastomerler, yapıştırıcılar, kaplamalar hem elastomer hem köpük yapısını içinde barındıran integral ürünler, rijit köpükler (yalıtım malzemeleri), şişmeyen yapıdaki tahta taklidi ürünler, yara örtü malzemeleri, doku mühendisliği uygulamaları, tıbbi materyaller gibi çok çeşitli geniş uygulama alanına sahip termoplastik polimerlerdir. PU’lar; diizosiyanatların poliollerle polimerizasyonu ile sentezlenir (Şekil 1).

Uygulama alanlarının genişliği, yüksek biyouyumluluğu, mekanik özellikleri ve uygulanabilirliği sayesinde birçok araştırma alanına konu olmuştur ve çeşitli yöntemlerle biyomateryallerin üretiminde en çok başvurulan polimerlerdendir. Bu nedenle birçok farklı yöntemle farklı materyaller üretilir. Bunlardan biri de elektroeğirme yöntemi ile nanofiber üretimidir.

turkchem tv
Şekil 1. PU genel sentez şeması

Şekil 1. PU genel sentez şeması

Şekil 2. Basit bir elektroeğirme düzeneği [Karayeğen, 2016, Li vd., 2009].

Elektroeğirme yöntemi, PU temelli çok çeşitli nanofiber materyallerinin üretimine imkân tanımaktadır ve aynı zamanda üretim kolaylığı sayesinde birçok yeni uygulamada da yeni araştırma konusu oluşturmaktadır. Bu makalede PU temelli nanofiber materyallerin çeşitli biyomateriyal uygulama alanları derlenmiştir.

1. Poliüretan Temelli Biyomalzemelerde Elektroeğirme Uygulamaları

PU’nun mekanik gücü, esnekliği, geçirgenliği ve yüksek biyouyumluluğu gibi özellikleri sebebi ile biyomateryal çalışmalarında oldukça önemli bir yere sahiptir. Elektroeğirme uygulamalarında da PU temelli materyallar oldukça ilgi çekici ve oldukça geniş uygulama alanları bulunmaktadır. Bu anlamda yapılan çalışmaların çeşitliliği oldukça fazladır. Örneğin; Amalvy ve arkadaşları yaptıkları çalışmada normal fiberler elde etmek için polietilen oksit (PEO) ile biyo-bazlı PU sulu dispersiyondan yapılan elektroeğirilmiş fiberlerin üretimini gerçekleştirmişlerdir. PU fiberleri yalnızca PEO eklendiğinde elde edilmiştir. PEO yokluğunda dispersiyon elektrosprey yapılmış ve parçaçıklar oluştuğu gözlenmiştir. PEO’nun dispersiyonunun reolojisini değiştirdiği ve PU partiküllerinin birleşmesine yardımcı olduğu doğrulanmıştır. PU fiberlerinin suya daldırılması ile PEO’nun uzaklaştırılmasından sonra çaplarını ve homojen yapılarını korumaları, her iki polimerin dağılımının fiberler içinde eşit olduğunu göstermektedir. Çalışmada elde edilen fiberlerin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri Şekil 3’te verilmiştir. Bu çalışmada hem PEO’nun rolü hakkında bir fikir hem de sulu dispersiyonlardan çevre dostu biyobazlı PU mikrofiberlerin üretimi için yeni bir yöntem sunulmuştur [Amalvay vd., 2020].

Şekil 3. (A) PEO fiberleri, (b) elektrospreyli PU parçacıklarının, (c) PEO-PU3, (d) PU3, (e) PEO-PU4, (f) PU4, (g) PEO-PU5 ve (h) PU5 fiberlerinin SEM görüntüleri [Amalvay vd., 2020].

Lee ve arkadaşları yaptıkları çalışmada ise yeni bir poliketon nanofiber takviyeli UV ile kürlenen poliüretanakrilat (PUA) nanokompozitin üretimini incelemişlerdir. Bir alifatik poliketon nanofibröz mat, bir metilen klorür ve trifloroasetik asit çözücü karışımı kullanılarak elektroeğirme yoluyla yetkin bir şekilde hazırlanmıştır. Küçük gözenek boyutu, yüksek en-boy oranı ve moleküler yönelim ve mükemmel bir mekanik performans dahil olmak üzere polimer nanofiberlerin kullanılmasını sağlar. Kalıba dökme, elektroeğirme ve UV-kürleme süreçlerine dayalı yeni, oldukça şeffaf ve esnek bir kompozit üretilmiştir.

Bu yöntem, çok az miktarda poliketon nanofiber kullanarak mekanik özelliklerin önemli ölçüde geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Nanokompozitin akma dayanımı ve Young modülü, UV ile sertleştirilmiş poliüretan akrilat filme kıyasla sırasıyla %61 ve %60’a kadar iyileştirilmiştir. Nanofiberlerin güçlendirici etkisi, PUA’nın şeffaflığını ve esnekliğini bozmadan gerçekleştirilmiştir.

Nanofiberlerin ve fiber/reçine arayüzünün morfolojilerinin yanı sıra nanokompozit filmlerin özellikleri de incelenmiştir. Elde edilen fiberlerin SEM görüntüleri Şekil 4’te verilmiştir. Nanofiberlerin bir takviye olarak etkin olarak kullanımı ve bir nanokompozitin hazırlanması, bunun yanı sıra, UV ile kürlenmiş bir PUA film ile karşılaştırıldığında karakterizasyonu da tartışılmıştır [Lee vd., 2020].

PUA film

Şekil 4. A) PUA film ve B) PK/PUA nanokompozit filmin yüzey morfolojileri, C) PUA film ve D) PK/PUA nanokompozit filmin kırık kesit morfolojileri [Lee vd., 2020].

Liping Wang ve arkadaşları yaptıkları çalışmada iletken ve esnek malzemelerin kombinasyonu için kompozit pH duyarlı sensörler, polianilin (PANI) ve PU’nın koaksiyel elektroeğirme çekirdek-kabuk fiberlerine dönüştürülmesiyle geliştirilmiştir. PU, sensörlerin mekanik özelliklerini geliştirmiştir. Sensörün mekanik özellikleri ve iletkenliği, PANI ve PU oranı ayarlanarak değiştirilebilir.

Tampon çözeltilerindeki kronopotansiyometri ile sensör doğrusal olarak 2-7 pH aralığında -60mV/pH hassasiyetinde çalışmakta ve 0.2’nin altında pH değişimi tespit edilebilmektedir. Sensörün sıcaklık değişimleri, algılama süresi ve sensör deformasyonunun etkisine direnebildiği ve pH tespitinde kararlılığı sağladığı da doğrulanmıştır. Dahası, sensörümüz cilde yapışırak cilt yüzeyindeki az miktarda terin pH’ına verdiği yanıtı gösterdi ve bu da giyilebilir cihazlarda olasılık olduğunu göstermiştir (Şekil 5) [Wang vd., 2020].

Şekil 5. (a) Sensörlerin hücre canlılığı, (b) Kol yüzeyine tutturulmuş üç elektrotlu çipin ve üç elektrotlu çipin yapısının fotoğrafı, (c) Deri yüzeyinde ter pH’sının saptanmasında kronopotansiyometrik sinyal [Wang vd., 2020].

Faiza Sharif ve arkadaşları yaptıkları çalışmada hidroksiapatit (HA) iskelet dokusunun biyolojik ve mekanik özelliklerini geliştirmek için çeşitli katkı maddeleri ile zenginleştirilmiştir. Katkılı biyoaktif HA, osteojenik membranların üretimi için PU ve polilaktik asit (PLA) polimerik matris içerisine dahil edilmiştir. Katkı maddeleri olarak stronsiyum (Sr), magnezyum (Mg), ortosilikat (SiO4) ve karbonat (CO3 2-) kullanılmış ve PU-PLA-Sr-HA,PU-PLA-Mg-HA, PU-PLA-Si-HA ve PU-PLA-C-HA kompozitleri üretilmiştir.

Hazırlanan osteojenik membranlar üzerinde MC3T3 preosteoblast hücre hattı kullanılarak hücre proliferasyonu ve kalsiyum birikimi in vivo olarak değerlendirilmiştir. PU-PLA-Sr-HA membranları, fiber yüzeyi boyunca homojen olarak dağılmış gözeneklere sahip fiber morfolojisi sergilediği doğrulanmıştır. Katkılı HA içeren membranların çekme gücü katkısızlara oranla çok daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Hücre canlılığı deneyi, hazırlanan tüm membranların çok yüksek biyouyumluluk gösterdiğini kanıtlamış ve özellikle PU-PLA-C-HA ve PU-PLA-Sr-HA membranları daha yüksek hücre proliferasyonunu gösterdiği gözlenmiştir.

Üretilen membranların yüzeyine eklenen hücrelerin SEM görüntüleri Şekil 6’da verilmiştir. Sonuç olarak katkılı HA ile elektroeğirilmiş fibröz membranların gelişmiş osteojenik özellikler sergilediği ve bu nedenle de kemik ve diş rejeneratif uygulamaları için mükemmel bir aday olduğu öngörülmüştür [Sharif vd., 2020].

 Membran

Şekil 6. Membran yüzeyine eklenen hücreleri gösteren SEM mikrografları [Sharif vd., 2020].

Ni Li ve arkadaşları yaptıkları çalışmada florsuz PU/silisyum dioksit (SiO2) nanofibröz matları elektroeğirme ve hidronanofiber matların ve lamine kumaşların su
termal işlemler ile hazırlamışlardır (Şekil 7). Daha sonra geliştirilen matlar, tekstil alanındaki pratik uygulamalarını incelemek için polyester dokuma kumaşlara lamine edilmiştir.

PU/SiO2 geçirmezliğini ve nefes alabilirliğini incelemek için yüzey morfolojisi, gözenek boyutu, su temas açısı ve hidrostatik basınç için incelenmiştir. Sonuçlar, elektroeğirme çözeltisindeki tetraetoksisilan konsantrasyonu ağırlıkça %6 olduğunda, fiber matın istenen morfolojiyi, mekanik özellikleri ve hidrofobikliği sergilediği gözlenmiştir. Bu sıradai SiO2 nanopartikülleri PU nanofiberlerin üzerinde ve içinde homojen olarak dağılmış ve fiberler daha homojen bir çapa sahip olduğu görülmüştür. Üretilen kompozit lamine kumaşlar, 5,19 kg/m2 /gün su buharı iletim hızı ile 23,5kPa’lık bir hidrostatik basınç değeri sergilediği doğrulanmıştır.

Sonuçlar, elektroeğirilmiş matların ve lamine kumaşın ayırma ortamı, filtre, outdoor spor kıyafetleri ve koruyucu giysiler olarak umut verici bir uygulama gösterdiğini göstermiştir [Li vd., 2020].

Şekil 7. PU/SiO2 hibrit elektroeğirilmiş (elektrospinlenmiş) fiberlerinin hazırlanması için şematik gösterim [Li vd., 2020].

İletken polimerlerden yapılan elektrokimyasal aktüatörler, son yıllarda çok ilgi gören en önemli yapay kas türlerinden biridir. Bununla birlikte, bu yapay kaslar, uzunluk boyunca potansiyel düşüşlerden muzdariptir ve bu daha uzun kaslar gerektiren uygulamalarda performanslarını zayıflatır. Hossein Fashandi ve arkadaşları yaptıkları çalışmada uzunluk boyunca olası düşüşün üstesinden gelerek bu tür yapay kasların performansını artırmayı amaçlamışlardır.

Bu, bakır elektroeğirme yöntemi ile tam uzunlukta yüksek iletkenliğe sahip nanofiberli bir katman oluşturularak gerçekleştirilmiştir. Bakır-elektroliz PU nanoliflerin kesişme noktalarının şematik gösterimi ve SEM görüntüleri Şekil 8’de verilmiştir. PU/ bakır/polipirol (PU/Cu/PPy) nanofibröz yapay kaslar, elektroeğirme, elektrokaplama ve elektrokimyasal polimerizasyonu birleştirerek üretilmiştir (Şekil 9). Cu elektrokaplama, nanofiberlerin yüzey morfolojisi, termal, mekanik ve elektriksel özellikler dahil olmak üzere PU nanofiber tabakasının birçok özelliğini etkilediği gözlenmiştir.

PU nanofiberlerin ortalama çapı 306 ± 48 nm olarak ölçülmüş ve bu, Cu elektrokaplama süresinin artması ile önemli ölçüde arttığı görülmüş ve 20 sn Cu elektrokaplama ile nanofiberlerin termal ayrışmasının başlangıç sıcaklığı 249’dan 302oC’ye yükseldiği görülmüştür. Pirolün metalize nanofiberlerin yüzeyindeki elektrokimyasal polimerizasyonu, üretilen nanofiberlerin ortalama çapını 1030±102 nm’ye çıkarmıştır.

Yapay kasın tüm uzunluğu boyunca bir elektrik bağlantısının sağlanması, gelişmiş elektroaktif özellik ile sonuçlandı ve bu nedenle 5 mV/s’lik bir tarama hızında-0.8 V ile 0.5 V arasında bir döngü potansiyeli için 88o’lik nihai bükme aktivasyonu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak önerilen yöntemle üretilen nanofibröz yapay kas, pratik uygulamalarda kullanım için muazzam bir potansiyele sahip olduğu öngörülmektedir [Fakhrali vd., 2020].

Şekil 9. PU/Cu/PPy nanoliflerin SEM görüntüsü [Fakhrali ve ark., 2020].

Ateş ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, biyouyumlu steviol glikozit esaslı PU/polikaprolakton (PU/PCL) fiberlerinin sentezi ve uygulaması, iyileşmeyen yaraların kapatılmasında kullanılabilecek potansiyel bir yara pansuman malzemesi olarak elektroeğirme yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Elektroeğirme sırasında, kolay üretilebilirlik için PCL ile karışım oluşumunda steviol glikozit bazlı PU yapılar kullanılmıştır.

Steviol glikozitler, serbest hidroksil grupları yüksek biyouyumlulukları ve hidrofiliklikleri nedeni ile yara pansuman materyalinin ana bileşeni olarak doğal bol ve kolayca erişilebilen bir kaynaktır. Steviol glikozitlerin yapısı sakkarit birimlerinden ve serbest OH gruplarından oluşur. Böylece steviol glikozitler, PU yapı içinde bir çapraz bağlayıcı görevi görür ve mekanik mukavemet sağlar. Steviol glikozit içeren PU yapılar çözelti polimerizasyonu tekniği ile heksametilen diizosiyanat, laktoz ve polietilen glikol -200 (PEG-200) ile sentezlenmiştir.

Hazırlanan PU’lara 1:2 oranında PCL eklenmiş ve nanofiber yapı oluşmuştur. Hazırlanan yara pansuman malzemesi çeşitli analizlerle karakterize edildikten sonra steviol glikozit bazlı PU/PCL materyalin şişme derecesi, su içeriği ve oksijen geçirgenliği belirlenmiştir. Üretilen PU/PCL fiber materyallerin SEM görüntüleri Şekil 10’de verilmiştir. Biyouyumluluk testinde indirekt sitotoksisite testinde PU/PCL fiber materyallerin hücre canlılık değeri %86,9 olarak belirlenmiştir ve hibrit PU/PCL fiberler üzerindeki yapışması morfolojik olarak belirlenmiştir. Steviol glikozit esaslı PU/PCL yara pansuman malzemesi kolaylıkla ve düşük maliyetle üretilmiştir. Sonuç olarak yüksek biyouyumlulukları ve düşük maliyetleri ile elde edilen yara örtü malzemeleri, şeker hastalarının açık yaraların iyileşmesinde etkili ve hızlı bir yöntem olacaktır [Ateş vd., 2020].

Şekil 10. Stevia glikozit bazlı PU/PCL liflerinin SEM görüntüleri [Ateş vd., 2020].

Biyo-üretim tekniklerinin geliştirilmesi, doku mühendisliği alanında ilerlemelere, özellikle de doğal dokuların fizyolojik karmaşıklığını taklit eden doku ikamelerinin üretilmesine yol açmıştır. Transplantasyon, dünya çapında milyonlarca kardiyovasküler hastalık hastası için etkili bir klinik stratejidir. Vasküler greftler, kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde olduğu kadar diyaliz, pediatrik kalp cerrahisi ve mezenterik iskemi tedavisi gibi diğer klinik uygulamalarda da kullanılmaktadır. Damar iskeletleri ile kan damarı nakillerinin başarısı, büyük ölçüde yapılarına ve mekanik özelliklerine bağlıdır.

Caiping Su ve arkadaşları yaptıkları çalışmada tasarım gereksinimlerini yüksek hassasiyetle karşılamak için yenilikçi bir 3D baskı yöntemi ile çok katmanlı boru şeklinde PU temelli bir iskelet üretmek için yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Kompozit malzemeler ve düzenlenmiş katmanların kombinasyonunun, boru şeklindeki iskeletlerin mevcut sınırlamalarını çözebileceğini ve dört kompozit tabakalı boru şeklideki bir yapının üretiminin mümkün olabileceği öngörülmüştür. Düzenlenmiş fiberlerle dört katmanlı boru şeklinde üretilen iskeletlerde (FLTS); iki orta katman, doğal kan damarlarının tunika ortamını taklit etmekte ve gerekli mekanik gücü sağladığı doğrulanmıştır. Doğal kan damarı ve küçük çaplı FLTS’lerin şematik gösterimleri Şekil 11’de verilmiştir. Farklı şekilde yönlendirilmiş fiberlere sahip dört katman, bir mandrel toplayıcı kullanılarak elektroeğirme yöntemi ile üretilmiştir.

Sadece endotel hücrelerini (EC) eğitici topografik ipuçları kullanarak düzenlemeyi değil, aynı zamanda bunların proliferasyonunu ve yapışmasını artırmayı ve FLTS’lerin mekanik özelliklerini iyileştirmeyi amaçlanmıştır. Geliştirilen FLTS’ler termoplastik PU (TPU)/PCL/PEG, tamamen rastgele fiber tabakası (RLTS) ile FLTS’leri üretmek için elektroeğirilmiştir. Elde edilen nanofiberlerin SEM görüntüleri Şekil 12’de verilmiştir.

TPU/PCL/PEG FLTS’nin yüzey ıslanabilirliği, su temas açısı analizi ile test edilmiş ve RLTS’ler ile kıyaslandığında FLTS’ler, daha yüksek çevresel ve uzunlamasına gerilme özellikleri ile mükemmel mekanik özellikler gösterdiği kaydedilmiştir. Ayrıca, FLTS’ler üzerinde insan umbilikal ven endotel hücrelerinin (HUVEC’ler) yüksek canlılığı, RLTS’lere kıyasla tübüler yapı iskeletlerinin biyouyumluluğunu göstermiştir. FLTS’lerin düzenlenmiş ve rastgele kompozit yapısı HUCEV’lerin büyümesini teşvik etmek için kullanışlı olduğu doğrulanmış ve bu iskeletler üzerindeki hücre yapışması ve çoğalmasının, RLTS’lerden üstün olduğu kanıtlanmıştır. Bu sonuçlar ışığında üretilen FLTS’lerin vasküler doku rejenerasyonunda ve klinik arteriyel replasmanlarda uygulama potansiyelinin yüksek olduğu görülmüştür [Su vd., 2020].

Şekil 11. (a) doğal kan damarı ve (b) küçük çaplı FLTS’lerin şematik diyagramı. FLTS’lerin üretimi: (c) iç katman, (d) orta-iç katman, (e) orta-dış katman ve (f) dış katman [Su vd., 2020].

Şekil 12. Elektroeğrilmiş TPU/PCL/PEG FLTS’lerin SEM görüntüleri ve yapısı: (a) İç katman, (b) Ortaiç katman, (c) Orta-dış katman, (d) Dış katman, (e) Borulu iskeletin enine kesitleri, (f) Dört katmanı ve (g) delaminasyonsuz yapıyı gösteren büyütülmüş bölge (h) Borulu iskelet [Su vd., 2020].

İskelet kasları, güçlerini ve kasılma performanslarını artırabilen hiyerarşik çok ölçekli fibröz yapıları sayesinde doğada mevcut en iyi aktüatör olarak kabul edilir. Son yıllarda, yumuşak robotik ve doku mühendisliği araştırma alanının büyümesiyle birlikte, birçok biyomimetrik yumuşak aktüatör ve iskelet, biyolojik iskelet kasından esinlenerek tasarlanmıştır. Andrea Zucchelli ve arkadaşları yaptıkları çalışmada iskelet kaslarının morfolojisine ve pasif biyomekanik özelliklerine benzeyen hiyerarşik olarak düzenlenmiş nanofibröz bir yapı geliştirmek için elektroeğirme yöntemi kullanılmıştır.

Kasın pasif özelliklerini taklit etmek için düşük modüllü bir PU kullanılmıştır. Nanofiberlerin farklı 3 boyutlu iç düzenlemeleriyle birkaç elektroeğirilmiş yapısı (matlar, demetler ve kas benzeri dokular) üretilmiştir. Elektroeğirme kurulumlarının ve örneklerin hazırlanmasının şematik gösterimi Şekil 13’te verilmiştir. Termogravimetrik ve diferansiyel taramalı kalorimetri analizi yoluyla bir termal karakterizasyon, malzemenin fizikokimyasal özellikleri araştırılmıştır. Biyolojik muadili ile çok ölçekli morfolojik benzerlikler, SEM analizi ile doğrulanmıştır (Şekil 14). Farklı elektroeğirilmiş örnekleri üzerinde yapılan çekme testleri, kas benzeri düzeneğin iskelet kası olanlara kıyasla biraz daha yüksek güç ve sertlik gösterdiği gözlenmiştir. Ayrıca, nanofibröz yapıların mekanik davranışının matematiksel modelleri başarılı bir şekilde geliştirilerek, numunelerin yapısı ve mekaniği arasındaki ilişkileri daha iyi araştırmasına olanak tanımıştır. Oldukça umut verici olan sonuçlar, bu çalışmadaki hiyerarşik elektroeğirilmiş nanofibröz yapının rejeneratif tıptaki uygulamalar için uygunluğunu ve aktif malzemelerle birleştirildiğinde robotik alan için yumuşak aktüatörlerde uygun kullanım sağlayacağını kanıtlamıştır [Zucchelli vd., 2020].

Şekil 13. Elektroeğirme kurulumlarının ve örneklerin hazırlanmasının şematik gösterimi. (A) PU rastgele matların ve demetlerin üretimi: (AI) rastgele nanolifler, düşük hızlı dönen tambur toplayıcı

 

üzerinde üretimi. (AII) Paspaslar daha sonra çıkarılmış ve dikdörtgen numuneler halinde kesildi veya şeritler halinde kesilmiş, sarılmış ve nihayetinde halka şeklindeki rastgele nano elyaf demetleri üreten tamburdan çekilmiş. (B) PU hizalı hasırların ve demetlerin üretimi: (BI) hizalanmış nano elyaflar, yüksek hızlı dönen tambur toplayıcı üzerinde elektrospun yapıldı. (BII) Paspaslar daha sonra çıkarıldı ve dikdörtgen numuneler halinde kesildi veya şeritler halinde kesildi, sarıldı ve nihayetinde eksenel olarak hizalanmış nano liflerden oluşan halka şeklinde demetler oluşturan tamburdan çekildi. (C) HNES’in hazırlanması: (CI) İki hizalı demet ortada bükülmüş ve bükülmüş ve (CII) arka kısımda düz bir toplayıcı ile ısmarlama bir elektroeğirme dönen düzeneğe sabitlenmiştir; PU elektroeğirme sırasında (CIII, CIV) değişen staz ve rotasyon periyotları, (CV) son HNES’de harici epimysium benzeri membran üretildi [Zucchelli v.., 2020].

 

Şekil 14. Elektroeğirilmiş numuneler üzerinde SEM analizi. (A) PE destek kağıdında rastgele liflerden oluşan mat (ölçek çubuğu=20 mm); (B) PE destek kağıdından çıkarılan rastgele elyaf matı (ölçek çubuğu=20 mm); (C) PE destek kağıdında hizalanmış liflerin matı (ölçek çubuğu=20 mm); (D) PE destek kağıdından çıkarılan hizalı liflerin matı (ölçek çubuğu=20 mm); (EI) Rasgele lif demeti (ölçek çubuğu=100 mm); (EII) Rasgele fiber demeti – yakınlaştırma (ölçek çubuğu=20 mm); (FI) Hizalanmış lif demeti (ölçek çubuğu=100 mm); (FII) Hizalanmış fiber demeti – yakınlaştırma (ölçek çubuğu 20 mm); (GI) HNES-Kısmi kesit (ölçek çubuğu=150 mm); (GII) HNES – Rastgele liflerden oluşan dış membran (ölçek çubuğu=20 mm); (GIII) HNES-hizalanmış liflerin iç demetinden birinin enine kesiti (ölçek çubuğu=100 mm) [Zucchelli vd., 2020].

Nanomateryal yapılar, doğal hücre dışı matrisin (ECM) nano ölçekli boyutunu ve bir vasküler greft olarak doğal kan damarı ile iskele arasındaki mevcut mekanik eşleşmeyi taklit etme kabiliyetleri nedeniyle TEVS’ye oldukça katkı sağlamaktadır. Davod Mohebbi-Kalhori ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, farklı polietilen tereftalat (PET), PU ve PCL kompozit oranlarına sahip nano-lifli triad-hibrit iskelelerin geliştirilmesi ve mekanik olarak iyileştirilmesini amaçlamışlardır. Temiz ve hibrit yapıların morfolojik, biyolojik, mekanik ve biyomekanik özellikleri SEM, DSC, FTIR, çekme, uyum, Burst basıncı, MTT testi kullanılarak incelenmiş ve in vivo bağışıklık sistemini keşfetmek için örnekleri sıçan derisinin altına implante etmişlerdir.

Elde edilen hibrit yapıların SEM görüntüleri Şekil 15’te verilmiştir. Sonuçlar, triad-hibrit elektrospun iskelede fiber çapı ve gözeneklilik değişikliklerinin sırasıyla 388 ± 88 ila 547 ± 89 nm ve %56,60 ± 2.06 ila%75.00 ± 1,94 arasında değiştiğini gözlemlemiş ve ayrıca iskelelerdeki gerilme ve kuvvet değişim aralığı sırasıyla 2,7 ± 0,44 ila 5,27 ± 0,83 MPa ve 2,68 ± 0,19 ila 10,03 ± 0,75 MPa aralığında olduğu doğrulanmıştır. Ayrıca, yapıların uyum ve patlama basıncı sırasıyla 4.05 ± 0.21 ila 7.09 ± 0.49 ve 1623 ± 329 ila 2560 ± 121 mmHg olarak belirlenmiştir.MTT testine göre, PU ile karşılaştırıldığında yüksek PET yüzdesi ile triad-hibrit yapılarda yüksek hücre canlılığı gözlenmiştir. Elde edilen bulgulara göre PET/PU/PCL triad-hibrid vasküler iskelenin vasküler doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak için yeterli potansiyele sahip olduğunu öngörülmüştür [Mohebbi-kalhori vd., 2020]

Şekil 15. Temiz ve triad hibrit boru şeklindeki iskelelerin elektroeğirilmiş lif morfolojisi: (A) PET, (B) PU, (C) PCL, (D) PET50/PU25/PCL25, (F) PET25/PU25/PCL50, (G) PET33/PU33/PCL33 ve (H) 5 mm iç çapa sahip elektroeğrilmiş vasküler iskeleler. [Mohebbi-kalhori vd., 2020]

Biyomateryal çalışmalarında yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi ve mevcut yöntemlerin güncellenmesi oldukça önemlidir. Yüksek biyouyumluluğu, mekanik dayanımları, farklı özelliklerde fonksiyonellendirilebilme kolaylığı ve fizikokimyasal özellikleri sebebi ile poliüretanlar bilim dünyasında oldukça fazla araştırmaya konu olmaktadır. Elektroeğirme yöntemi ile birçok çeşitli alanda çok farklı biyomateryallerin geliştirilmesine olanak tanıyan, kullanımı pratik ve oldukça düşük maliyetli bir yöntemdir. Dolayısıyla elektroeğirme yöntemi ile poliüretan temelli birçok kompozit biyomateryal üretilmiş ve bu alanda daha neler geliştirilebileceği oldukça güncel bir araştırma alanı oluşturmaktadır. Bu anlamda elektroeğirme biyomateryal üretiminde pratik, düşük maliyetli, uygulanabilir ve güncel yöntem olarak oldukça büyük bir öneme sahiptir.

Kaynaklar
1. de Haan, L. T., Gimenez-Pinto, V., Konya, A., Nguyen, T. S., Verjans, J. M., Sánchez-Somolinos, C., … & Schenning, A. P. (2014). Advanced Functional Materials, 24(9), 1251-1258.
2. Ebadi, S. V., Fashandi, H., Semnani, D., Rezaei, B., & Fakhrali, A. (2020). Smart Materials and Structures, 29(4), 045008.
3. Fukunishi, T., Best, C. A., Sugiura, T., Shoji, T., Yi, T., Udelsman, B., … & Breuer, C. K. (2016). PloS one, 11(7), e0158555.
4. Gavande, V., Lee, S., Im, D., Nagappan, S., Ha, C. S., & Lee, W. K. (2020). Polymer International, 69(10), 1008-1017.
5. Gotti, C., Sensini, A., Fornaia, G., Gualandi, C., Zucchelli, A., & Focarete, M. L. (2020 Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 767.
6. Herzog W., Joumaa V., Leonard T.R. (2010) (682). Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-6366-6_8
7. Herrán, R., Molinari, F. N., Bilbao, E., Monsalve, L. N., & Amalvy, J. I. (2020).Journal of Applied Polymer Science, 49815.
8. Hou, X., Zhou, Y., Liu, Y., Wang, L., & Wang, J. (2020). Journal of Materials Science, 1-15.
9. Hu, Q., Su, C., Zeng, Z., Zhang, H., Feng, R., Feng, J., & Li, S. (2020). Journal of Biomaterials Applications, 0885328220935090.
10. Jeong, J. H., Mun, T. J., Kim, H., Moon, J. H., Lee, D. W., Baughman, R. H., & Kim, S. J. (2019). Nanoscale Advances, 1(3), 965-968.
11. Jirofti, N., Mohebbi-kalhori, D., Samimi, A., Hadjizadeh, A., & Kazemzadeh, G. H. (2020). Biomedical Materials (15).
12. Jirofti, N., Mohebbi-Kalhori, D., Samimi, A., Hadjizadeh, A., & Kazemzadeh, G. H. (2018). Biomedical Materials, 13(5), 055014.
13. Karayeğen, G. (2016). (Master’s thesis, Başkent Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
14. Li, W. J., & Tuan, R. S. (2009). Current protocols in cell biology, 42(1), 25-2.
15. Li, P., Zhang, Q., Chadyagondo, T. T., Li, G., Gu, H., & Li, N. (2020). Fibers and Polymers, 21(7), 1444-1452.
16. Moayeri, A., & Ajji, A. (2015).Synthetic Metals, 200, 7-15. 17. Mustafa, W., Azhar, U., Tabassum, S., Jamal, M., Siddiqi, S. A., Tariq, M., … & Sharif, F. (2020). Journal of Polymers and the Environment, 1-15.
18. Mehteroğlu, E., Çakmen, A. B., Aksoy, B., Balcıoğlu, S., Köytepe, S., Ateş, B., & Yılmaz, İ. (2020). Journal of Applied Polymer Science, 137(40), 49217.
19. Roger, V. L., Go, A. S., Lloyd-Jones, D. M., Adams, R. J., Berry, J. D., Brown, T. M., … & Fox, C. S. (2011). update: a report from the American Heart Association. Circulation, 123(4), e18-e209.
20. Wu, T., Jiang, B., Wang, Y., Yin, A., Huang, C., Wang, S., & Mo, X. (2015).Journal of Materials Chemistry B, 3(28), 5760-5768.
21. Yang, D., Kong, X., Ni, Y., Ruan, M., Huang, S., Shao, P., … & Zhang, L. (2019). Polymers, 11(2), 218.
22. Zong, X., Kim, K., Fang, D., Ran, S., Hsiao, B. S., & Chu, B. (2002). Polymer, 43(16), 4403-4412.

 

Seda Kolak
İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü

Dr. Ahmet Ulu
İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü

Prof. Dr. Burhan Ateş
İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü