Nanofiber Membran Üretimi ve Karakterizasyonu
Doğal Yara İyileştirici Özellikleri Bilinen Maddelerden Elektrospinning Yöntemi ile Nanofiber Membran Üretimi ve Karakterizasyonu
Yara, derinin tamamında çeşitli nedenlerle bozulması sonucunda canlı dokunun yapı ve fonksiyonel işlevinin durması olarak tanımlanmaktadır. Yara tedavisi insanlık tarihi ile başlamıştır. Yara tedavisinde asıl amaç; mümkün olan en kısa sürede doku onarımının
sağlanarak bozulan deri yapısı ve fonksiyonel özeliklerini düzeltmektir.
Bu nedenle günümüzde yara tedavisinde farklı birçok teknik bulunmaktadır. Çalışmamızda
doğal yara iyileştirici özellikleri bilinen tarçın (Cinnamomum verum)(T) ve civanperçemi (Achillea millefolium) (CP) maddelerinin poliakrilonitril (PAN) polimerine katıldığı kompozit membran üretimi nanoteknolojik elektrospinning tekniği ile elde edilmiştir.
Üretilen membranlara morfolojik (Alan Emisyon Tabancalı Taramalı Elektron Mikroskobu-FEGSEM) analizi gerçekleştirilerek malzeme yüzey özellikleri belirlenmiştir. Üretilen kompozit malzememiz fonksiyonel özellikleri ile sağlık sektörü başta olmak üzere çeşitli sektörlere öncülük edebilecek ideal bir malzeme olabilecektir.
1. Giriş
Yara, derinin tamamında çeşitli nedenlerle bozulması sonucunda canlı dokunun yapı ve fonksiyonel işlevinin durması olarak tanımlanmaktadır [1].
Yara tedavisi insanlık tarihi ile başlamıştır. Yara tedavisinde asıl amaç; mümkün olan en kısa sürede doku onarımının sağlanarak bozulan deri yapısı ve fonksiyonel özeliklerini düzeltmektir. Bu nedenle günümüzde yara tedavisinde farklı birçok teknik bulunmaktadır.
Yara tedavisinde etkili olan membranların üretildiği elektrospinning, nanoteknolojik üretim yöntemlerinden en az maliyetli ve kolay üretim imkânına sahiptir.
Elektrospinning tekniğinin çalışma prensibine bağlı olarak çok çeşitli polimer ve katkı maddesinin kullanılabilme imkanı ile farklı birçok sektöre yönelik yenilikçi malzeme üretimine imkan tanımaktadır. Etken madde ve polimer içeren elektrospun membranlar
ideal yara iyileşim özellikleri gösterebilmektedir [2]
Vücuttaki iltihap ile savaşan (anti inflamatuar) özelliklere sahiptir. Kalp krizi, felç, yüksek tansiyon ve diğer ilgili hastalıkları azaltmaya yardımcı olabilmektedir. Kötü kolesterolü düşürdüğü ve vücutta iyi kolesterolü geliştirdiği saptanmıştır. T’nin vücutta kolajen üretimini geliştirdiği belirlenmiştir ve bu da cildin genç olmasına imkan sağlamaktadır.
T ile yapılan ölü hücre temizleyici ve arındırıcı olan peeling, cildi ve saç derisini beslemektedir. T, akciğerleri destekleme özelliğine sahiptir ve anti-inflamatuar özelliğinden
dolayı vücuttaki doku hasarı ile savaşabilmektedir. Yara iyileştirme üzerine etkisinin var olduğu kanıtlanmıştır [2].
Papatyagiller familyasının üyesi olan çiçekli bir bitkidir. Asya, Avrupa ve Kuzey Amerika gibi kuzey yarımkürenin ılıman bölgelerine özgüdür. Mide ve cilt yaraları gibi rahatsızlıkların tedavisinde yararları olan CP aynı zamanda kemikleri ve sindirim sistemini güçlendirerek vücut direncini de artırmaktadır [2].
Çok küçük debilerde viskoz sıvılara kilovolt boyutunda gerilim vererek akışkanı nano boyutlu liflere dönüştürme işlemidir. Bu uygulamalarda viskoz sıvı olarak polimer çözeltisi veya eriyiği kullanılmaktadır.
Düzgün debide tıbbi şırınganın ucuna gelen çözelti, yüzey gerilimleri etkisi altında küresel bir damlacık oluşturur ve burada elektriksel kuvvetlerin etkisinde, konikleşerek (taylor konisi) belli mesafedeki topraklanmış toplayıcıya nanolif olarak aktarılmaktadır [3]. Şekil 1.3.’de elektrospinning tekniğinin çalışma prensibi yer almaktadır.
Uyar ve arkadaşları (2017), ratlar üzerine yara iyileşmesi ile ilgili biyokimsayasal etkileri araştırmışlardır. Ratları ayrı gruplara ayırarak onların üzerinde kontrol (K), CP, Madecassol’un (M) etkilerini incelemişlerdir. Ratların sırt bölgesi derisinde anestezi altında yara oluşturmuşlardır. CP grubunda yangı ve ödemin azaldığı, epitelizasyon, fibroblastik aktivite ve kollajenizayonda pozitif bir etki gözlemlemişlerdir.
Sonuç olarak çalışmalarında CP’nin bağ doku oluşumunu arttırdığı ve epitelizasyonun tamamlanması için gerekli zamanı azalttığı, böylelikle yara iyileşmesini hızlandırdığını
tespit etmişlerdir [4].
Yaptığımız çalışmamızda amaç, doğal yara iyileştirici özellikleri bilinen tarçın (Cinnamomum verum) (T) ve civanperçemi (Achillea millefolium) (CP) maddelerinin poliakrilonitril (PAN) polimerine katıldığı kompozit membran üretiminin nanoteknolojik elektrospinning tekniği ile elde edilmesidir.
Üretilen membranlara (Alan Emisyon Tabancalı Taramalı Elektron Mikroskobu-FEGSEM) analizi gerçekleştirilerek malzeme özellikleri belirlenmiştir. Üretilen kompozit malzememiz
fonksiyonel özellikleri ile sağlık sektörü başta olmak üzere çeşitli sektörlere öncülük edebilecek ideal bir malzeme olabilecektir.
2. Materyal ve Metot
2.1. Kullanılan Malzemeler
PAN polimeri Inovenso firmasından temin edilmiştir. Polimeri çözmek için dimetilformamid (Sigma-Aldrich) çözücüsü, electrospinning aşamasında altlık malzeme olarak yağlı kağıt kullanılmıştır. Katkı maddeleri olarak T ve CP yerel bir aktardan satın alınmıştır.
2.2. Deneysel Plan ve Teknikler
2.2.1. Yara İyileştirici Nanofiber Membran Üretimi
Yara İyileştirici Çözeltilerin Hazırlanması
PAN polimeri literatürde ki çalışmalar incelendiğinde yara iyileşmesi üzerine kullanılmaktadır. PAN polimeri ağırlıkça 10 gr tartılarak 90 ml DMF çözücüsü ile
çözelti haline getirilmiştir.
%1 oranında T, CP ve T-CP blendi PAN çözeltisine takviye edilerek dört farklı kompozisyon elde edilmiştir. Yara iyileştirici çözeltilerin hazırlanma parametreleri Tablo 2.1’de yer almaktadır. Yara iyileştirici çözeltilerin hazırlanma aşamaları Şekil 2.1’de gösterilmektedir.
Elektrospinning Yöntemiyle Yara İyileştirici Nanofiber Membran Üretimi
Yara iyileştirici nanofiber membran üretimi için gerekli elektrospinning parametreleri Tablo 2.2’de gösterilmektedir.
Oluşturulan dört farklı kompozisyon çözeltisinden Tablo 2.2’deki üretim parametreleri uygulanarak yara iyileştirici nanofiber membran üretimi gerçekleştirilmiştir. Elektrospinning yöntemiyle yara iyileştirici nanofiber membranüretim aşamaları Şekil 2.2‘de yer almaktadır.
2.3. Karakterizasyon Çalışmaları
2.3.1. Yapısal Karakterizasyon
Morfolojik Karakterizasyon
*FEGSEM Analizi
Üretilen yara iyileştirici nanofiber membranların FEI FEGSEM QUANTA 450 marka cihazında nanolif çaplarının incelenmesi sırasında 8000x ve 16000xkat oranında büyütülmüş görüntüler 7 kV potansiyelde incelenmiştir. Görüntüler üzerinden 40 adet nanofiber çapı ölçülerek aritmetik ortalamaları alınarak ortalama nanofiber çap aralıkları belirlenmiştir.
3.Bulgular ve Tartışma
Morfolojik Karakterizasyon
FEGSEM Analizi
PAN nanofiber ortalama çap dağılımı 100-210 nm aralığına sahiptir. %1 T katkılı PAN nanofiber membranında farklı yönlenmelere sahip topaklanmalar meydana gelmiş olup, bu topaklanma T ilavesinden meydana gelmiştir.
Ortalama çap dağılımı incelendiğinde T ilavesi PAN nanofiberlerinin etrafını homojen bir şekilde sararak fiber çaplarını inceltmiştir ve 83-170 nm aralığında bir fiber ortalama çap dağılımını ortaya koymuştur.
CP katkılı PAN nanofiberlerinin ortalama çap dağılımı 80-200 nm olup, CP katkısından
dolayı PAN nanofiberlerinin üzerlerinde yer yer dağınık halde topaklanmalar oluşmuştur. %1 T+%1 CP katkılı PAN nanofiberleri incelendiğinde ortalama nanofiber çap dağılımı 110-270 nm olup, %1 T+%1 CP ilavesi ile PAN nanofiberleri üzerinde bulunan topaklanmalar yok olurken fiber çapları kalınlaşmıştır.
Tüm numunelere bakıldığında PAN nanofiberlerine göre katkı maddesi ilavesi ile fiber çaplarının ortalama olarak inceldiği ve yer yer topaklanmaların meydana geldiği tespit edilmiştir. Ancak katkı maddesi ilavesi çözeltinin elektriksel iletkenlik değerini artırarak
daha iyi bir fiber FEGSEM görüntüsü meydana getirmiştir.
Şekil 3.1’de yara iyileştirici nanofiber membranların 8000x ve 16000x büyütmelerdeki FEGSEM görüntüleri yer almaktadır.
4. Sonuçlar
Çalışma sonuçları değerlendirildiğinde elektrospinning tekniği ile yara iyileştirici nanofiber membranlar başarılı bir şekilde üretilmiştir. FEGSEM analiz sonuçlarına göre tüm numunelerde nanofiber oluşumu gözlemlenmiştir.
PAN nanofiber membrane numunesine nazaran T ve CP katkıları PAN nanofiberlerinin
çaplarını incelterek daha sıkı paketli bir yara iyileştirici nanofiber membran elde edilmiştir. Tüm numuneler incelendiğinde %10 PAN+ %1 T+%1 CP kompozit nanofiber membranımız çalışmadaki en ince nanofiber yapısına sahip olduğu belirlenmiştir.
Çalışma sonuçları değerlendirildiğinde elde edilen nanofiber membranımız yara iyileştirici uygulamalarda ideal bir malzeme olabileceği sonucuna varılmıştır.
5. Kaynaklar
[1] DOĞAN,Z.,Nanaolif Yara Örtücü Yüzeylerin Geliştirilmesi Ve Karakterizasyonu,Yüksek Lisans
Tezi,İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
[2] URL-5: https://dogal-sifalar.blogspot.com/2019/01/kask-otu-ve-faydalar.html
[3] SU,S.,Elektroeğirme Yöntemi İle Biyouyumlu Yara Örtüsünün Üretilmesi Ve Karakterizasyonu,Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019.
[4] UYAR,A.,AKYOL,T.,YAMAN,T.,KELEŞ,F.,A Histopathological and Biochemical Investigation of the
Wound Healing and Oxidative Stress Effect on the Wound Model of the Achillea millefolium in Rats , Van Veterinary Jaurnal, 28(3),157-163, 2017
Öğr. Gör.
Erdi Buluş
Metalurji ve Malzeme Yüksek Mühendisi
Malzeme Teknolojileri Uzmanı
İstanbul Arel Üniversitesi
ArelPOTKAM (Polimer Teknolojileri ve Kompozit Uygulama ve Araştırma Merkezi)
Uzman
Gülseren Sakarya Buluş
İl Sağlık Müdürlüğü
Sağlık Bilimleri
Nanoteknoloji / Biyoteknoloji
Mühendislik Yönetimi
Doç. Dr.
Yeşim Müge Şahin
Merkez Müdürü
İstanbul Arel Üniversitesi
ArelPOTKAM (Polimer Teknolojileri ve
Kompozit Uygulama ve Araştırma Merkezi)
