Core-crosslinked amphiphilic block copolymer micelles for antibacterial applications

Abstract

Bu tezin amacı, pozitif yüklü çekirdekten çapraz bağlı polimerik misellerin antibakteriyel uygulamalar için sentezlenmesi ve karakterize edilmesidir. Bu amacı gerçekleştirmek için, öncelikle POEGMA (Poli (Oligo Etilen Glikol Metil Eter Metakrilat) homopolimeri, RAFT polimerizasyonu (Tersinir Katılma-Parçalanma Zinciri Transfer Polimerizasyonu) yöntemi ile sentezlenerek Poli (4-Vinil piridin) (PVP)-POEGMA blok kopolimeri sentezi için bir makro-RAFT ajanı olarak kullanılmıştır.POEGMA-b-PVP amfifilik kopolimeri su içinde bifonksiyonel kuarternizasyon ajanı ile çözündüğünde ve ısıtıldığında, kendiliğinden çekirdekten çapraz bağlı misel halini almıştır. Bu çalışma, literaturdeki çekirdekten çapraz bağlı POEGMA-b-PVP kopolimer esaslı misellerle alakali ilk çalışmadır. Çapraz bağlama ve kuaternizasyon ajanı olan 1,6-Dibromohekzan, misellerin PVP segmentini kuaternize etmek amacıyla kullanılmıştır. Kuarternizasyon derecelerinin, misellerin antibakteriyel özelliklerine etkisini araştırmak için 1,6-Dibromohekzan farklı miktarlarda kullanılmıştır. Buna ek olarak, örneklerin antibakteriyel özellikleri üzerinde POEGMA'nın etkisini açıklığa kavuşturabilmek için kuaternize PVP nanopartikülü ve POEGMA-b-PVP kopolimeri de hazırlanarak karakterize edilmiştir. Elde edilen malzemelerin karakterizasyonu için Jel Geçirgenlik Kromatografisi (GPC), Fourier Transform Kızılötesi Spektroskopi (FTIR), Dinamik Işık Saçılması (Zeta Sizer), Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (NMR) yöntemleri kullanılmış ve antibakteriyel analizler yapılmıştır.Elde edilen sonuçlar, POEGMA-b-PVP blok kopolimerinin, kontrollü bir şekilde RAFT yöntemiyle başarıyla sentezlendiğini ortaya koyulmuştur. Hazırlanan çekirdekten çapraz bağlı misellerin 100 nm ortalama tanecik boyutunda ve (+25) - (+45) mV aralığında zeta potansiyel değerlerine sahip olduğu bulunmuştur. Misellerin antibakteriyel aktivitesini belirlemek için broth mikrodilüsyon, disk kuyucuk ve agar kuyucuk metotları kullanılarak, Escherichia coli (E. coli) ve Staphylococcus aureus (S. aureus) model mikroorganizmalar olarak seçilmiştir. Antibakteriyel çalışma sonuçları, misellerin, E.coli üzerinde daha iyi antibakteriyel aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. Bulgularımıza dayanarak, elde edilen pozitif yüklü çekirdekten çapraz bağlı misellerin antibakteriyel uygulamalar için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.Anahtar Kelimeler: Misel, Antibakteriyel, Blok kopolimer, RAFT Polimerizasyonu, Kuaternizasyon

The aim of this study is to synthesize and characterize positively charged core crosslinked polymeric micelles for antibacterial applications. To achieve this aim, at first, the homopolymer of POEGMA (Poly (Oligo Ethylene Glycol Methyl Ether Methacrylate) was synthesized via RAFT polymerization (Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization) and then it was used as a macro-RAFT agent to enable the synthesis of Poly (4-Vinyl pyridine) (PVP)-POEGMA block copolymer. When POEGMA-b-PVP amphiphilic copolymer was dissolved in water with bifunctional quaternization agent and heated, the copolymer self-assembled into core-crosslinked micelles. This study is first to report such core-crosslinked POEGMA-b-PVP copolymer-based micelles. The crosslinking and the quaternization agent 1, 6-Dibromohexane was used to quaternize PVP segment of the micelles. To investigate the effect of quaternization degrees on the antibacterial characteristics of the micelles, different amounts of 1, 6-Dibromohexane were used. Moreover, to clarify the effect of POEGMA on the antibacterial properties of the samples, quaternized PVP nanoparticle and POEGMA-b-PVP copolymer were also prepared and characterized. Gel Permeation Chromatography (GPC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Dynamic Light Scattering (Zeta Sizer), Scanning Electron Microscopy (SEM), Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) and antibacterial assays were performed to characterize the obtained materials. The results revealed that POEGMA-b-PVP block copolymer was successfully synthesized by RAFT method in a controlled manner. The prepared core crosslinked micelles have an average particle size of 100 nm and zeta potential values within the range of (+25) - (+45) mV. To determine the antibacterial activity of the micelles, Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus) were chosen as model microorganisms and three different methods were used namely, broth microdilution, disc diffusion and, agar diffusion. These micelles exhibited antibacterial activity against E. coli better than S. aureus after overnight incubation. Based on our findings, it can be concluded that the obtained positively charged core-crosslinked micelles can be used for antibacterial applications. Keywords: Micelles, Antibacterial, Block copolymer, RAFT Polymerization, Quaternization