Fabrication and characterization of sharkskin mimicked chitosan-graphene oxide nanocomposite membranes

Abstract

In the presented thesis, fabrication and characterization of sharkskin mimicked polymeric membranes were investigated with the aim of achieving membranes with enhanced biological, physicochemical and mechanical properties namely biodegradability using Chitosan as the main polymer and Graphene Oxide(GO) as the additive. Sharkskin micro-patterns are known to have antibacterial e ects therefore possibil- ity of replicating its surface topography with chitosan, was hypothesized and proved to be achievable. In order to replicate sharkskin surface structure, soft lithogra- phy method was chosen by using Polydimethylsiloxane (PDMS). Chitosan solution was prepared by dissolving puri ed pristine Chitosan in dilute acetic acid solution (2%v/v). For Chitosan/GO nanocomposites membranes, solutions of chitosan con- taining various amounts of GO (0.1%w/w, 0.2%w/w and 0.3%w/w) were prapared using solvent-casting method, Chitosan/GO solutions were cast upon sharkskin negative PDMS molds. Mechanical characterizations including Elongation at Break and Tensile Strength were done using Chitosan based plain membranes. Scanning Elec- tron Microscopy(SEM) was conducted as morphological characterization along with Raman Spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Water Contact Angle and Swelling Ratio as chemical characterizations. According to the results, the hypothesis of possibility of mimicking the surface micro-pattern of sharkskin using biodegradable natural polymer was veri ed. Additionally, preparation of sharkskin mimicked chitosan/GO nanocomposite membranes proved to be possible with acceptable quality of replication. Furthermore, adding GO to chitosan, resulted in considerable improvements of chemical and mechanical properties of polymer.

Bu tezde,temel polimer kitosan ve katk maddesi grafen oksit(GO) olan köpekbalığı derisi taklit edilmiş polimerik membranların üretimleri ve karakterizasyonlar gerçekleştirilerek biyobozunurluk, biyouyumluluk ve arttırılmış esneklik gibi biyolojik, kimyasal ve mekanik özellikleri geliştirilmiş membranların elde edilmesi amaçlanmıştır. Antibakteriyel özellik gösterdiği bilinen köpekbalığı derisi mikro desen yüzeyinin, yineayn özelliğe sahip olan kitosan ile taklit edilebileceği hipotezi öne sürülmüş ve doğrulanmıştır. Köpekbalığı yüzey yapısın taklit edebilmek için yumuşak litografi yöntemi seçilmiştir. Polidimetilsiloksan(PDMS), negatif kalıpların üretimi için kullanılmıştır. Devamında, saflaştırılmış kitosan seyreltik asetik asit (% 2 v/v) solüsyonu ile çözünerek kitosan çözeltisi hazırlanmıştır. Kitosan/GO nanokompozitleri hazırlamak için farklı miktarlarda GO(%0.1 w/w, %0.2 w/w, %0.3 w/w) içeren kitosan çözeltileleri, grafen oksitin ultra-homojenize edilmesinden sonra kitosan solüsyonuna eklenmesiyle elde edilmiştir. Bu kitosan/GO çözeltileri köpekbalığı derisi negatif kalıplar üzerine dökülmüştür. Kopma uzaması ve çekme dayan m n içeren mekanik karakterizasyonlar düz kitosan membranlar ile gerçekle3tirilmi3tir. Taramal elektron mikroskobu (SEM) morfolojik karakterizasyon için kullanılırken, Raman Spektroskopisi, X-Ray Fotoelektron Spek- troskopisi(XPS), Su temas açısı ve şişme testi ile kimyasal karakterizasyon düz ve köpekbalığı taklidi olan membranlarda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, biyobozunur doğal polimer kullanılarak köpekbalığı derisinin mikro desenlerinin taklit edilebileceği hipotezin doğrulanmıştır. Ek olarak, köpek balığı derisini taklit eden kitosan/GO nanokompozit membranların uygun taklit kalitesine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, kitosana GO eklenmesi polimerin kimyasal ve mekanik özelliklerinde kayda değer iyileşmeler sağlamıştır.