Poli (2-metil propiyolakton) sentezi, karakterizasyonu ve biyobozunurluğunun incelenmesi

Abstract

Metakrilik asitten çıkılarak üç basamakta elde edilerek yapısal ve termal karakterizasyonu yapılan poli(2-metil propiyolakton) (PmPL)'den cam lamellere çözelti dökme tekniği ile hazırlanan örneklerin PBS (phosphate buffer saline) tamponunda ve ayrıca hem trypsin hem de pankreatik lipaz (porcine pancrease lipase) varlığında biyobozunurluğu 5 hafta süresince incelenmiştir. PmPL örneklerinin bozunma ortamlarındaki kütlelerinin değişimi belirlenerek bozunma kinetiği hakkında bilgi sahibi olunmuştur. Her üç ortamdaki bozunma çalışmasında da polimerin yarı-kristal özelliğine bağlı olarak kütle kayıp hızının ilk aşamalarda yüksek olduğu daha sonra bu hızda azalma olduğu belirlenmiştir. Bu davranış, amorf bölgelere enzim ve iyon difüzyonunun daha hızlı olmasına ve öncelikli bozunmanın bu bölgelerde olduğuna yorulmuştur. 5 haftalık bozunma testlerinde göze çarpan bir başka sonuç %70'e varan kütle kaybının gözlendiği, trypsin ve lipaz enzimlerinin bozunmayı hızlandırdığıdır. Suda çözünür hale geçen polimer fragmanlarının tesbiti için yapılan kütle spektrometrisi çalışması beklendiği üzere hidroksi asitlerin oluşumunu göstermiştir. Monomer ve dimer düzeyindeki hidroksi asitlerin varlığı her üç ortamdaki bozunmanın da ester hidrolizi mekanizması ile yürüdüğünü göstermektedir.Sentezlenen ve karakterize edilen PmPL örneklerinin hidrolitik ve iki farklı enzim varlığında biyodegradasyonunun incelenmesi tez çalışmanın yenilikçi yönüdür. Bu kapsamda, PmPL'nin hidrolitik ve enzimatik olarak biyobozunurluğunun saptanması, lipaz ve trypsin enzimlerinin bozunurluğu katalizlediği, bozunma ürünlerinin monomerik ve dimerik hidroksi asitler olduğu, bozunmanın ester bağının hidrolizi üzerinden yürüdüğü tez çalışmasının en önemli sonuçlarıdır.Her ne kadar çıkış maddesinin ucuzluğu ve nispeten az basamakta sentezlense de PmPL günlük hayatta kullanım için maliyeti yüksek bir malzeme olacaktır. Biyomedikal uygulamalarda yer bulabilmesi için ise, gelecekte PmPL'un sitotoksisite, genotoksisite testleri, hücre tutma (adsorpsiyon) özellikleri vb. birçok biyolojik testleri yapılarak biyomalzeme olarak kullanılabilirliği ile ilgili çalışmalar yapılabilir. Bu testlerden de olumlu sonuçlar alınması durumunda, PmPL mevcut polimerlere alternatif olacak yeni bir polimerik malzeme olarak tanımlanabilir.

At the first stage of the thesis study, poly(2-methyl propiolactone) (PmPL) was obtained from methacrylic acid by three steps and performed structural and thermal characterization. Then, biodegradation of the samples prepared by solution-cast technique were investigated in PBS (phosphate buffer saline) buffer and also in the presence of both trypsin and pancreatic lipase (porcine pancreatic lipase) during 5 weeks.The changes in the masses of the PmPL samples in the degrading media were determined and their degradation kinetics were evaluated. Depending upon the semi-crystalline properties of the polymer, mass loss rates in the first stage of the degradation were determined as higher than those in latter stages for the three media. This behavior was attributed to faster diffusion of enzymes and ions into the amorphous region and it is concluded that degradation occurs primarly in the amorphous regions. Another important result is observation of mass loss up to 70% in the 5-weeks biodegradation tests and catalytic effects of trypsin and lipase enzymes. Mass spectrometry study performed for determination of polymeric fragments that become water-soluble exhibited that hydroxy acids occur at the end of biodegradation process. Existence of the monomeric and dimeric hydroxy acids in the mass spectra show that biodegradation undergoes by a mechanism through ester hydrolysis. Innovative aspect of the thesis study is to examine the hydrolytic degradability of the PmPL samples in buffer and biodegradability in the existence of two different types of enzymes. Within this context, determination of hydrolytic and enzymmatic degradation of PmPL, catalytic effect of trypsin and lipase enzymes, degradation products being monomeric and dimeric hydroxy acids and degradation undergoing ester bond hydrolysis are critical results of the thesis study. Although synthesis of PmPL require cheap raw material and relatively few steps, it seems to be costly to use it in daily life. For biomedical applications, it requires to be performed many biological tests and studies such as sitotoxicity, genotoxicity and cell adhesion properties. PmPL might be defined as a novel alternative biodegradable material to current polymers if the tests give positive results.