Biyouyumlu aljinat kappa kerajin hidrojel ile protein ve herbisitin kontrollü salınımı

Abstract

Protein adsorpsiyonu birçok doğal proseste önemli bir rol oynar ve bu nedenle farmasötik bilimlerde, biyoteknolojide ve doku mühendisliğinde uygulama alanı bulur. İlaç sanayinde, gıda endüstrisinde ve tarım alanında etken maddelerin daha etkin, verimli ve yararlı kullanımı için kontrollü salınım sistemleri geliştirilmektedir.Biyouyumlu aljinat-kappa kerajin hidrojel ile protein adsorpsiyonu ve ayrıca protein ve herbisit moleküllerinin hidrojel matrise enkapsülasyonu ve sonrasında kontrollü salınımı araştırılmıştır. Kalsiyum klorür çözeltisi içinde fiziksel çapraz bağlanma yöntemiyle sentezlenen aljinat-kappa kerajin hidrojel kürelerin yapısı FT-IR ve SEM analizi ile incelenmiştir. Sığır proteininin (Bovine Serum Albumin, BSA) hidrojeller üzerine adsorpsiyonu farklı süre, farklı sıcaklık (25;32,5;40ᵒC) ve pH (2,8;4,8;6,8) değerlerinde çalışılmıştır. BSA adsorpsiyon kapasitesi en yüksek 240mg/g ile 40°C'de, pH 4,8'de elde edilmiştir. Adsorpsiyon kinetik verilerinin, yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece ve parçacık içi difüzyon modellerine uygunluğu incelenmiş ve en uygun modelin parçacık içi difüzyon modeli olduğu belirlenmiştir. BSA molekülleri, farklı pH (4,2; 4,8 ve 7,5) ve tuz çözeltisi (CaCl2/KCl; 2/0; 2/2; 4/4) konsantrasyonlarında aljinat- kappa kerajin hidrojel kürelere enkapsüle edilmiş ve 37ᵒC'de sentetik mide ve sentetik bağırsak sıvısında kontrollü salınımı incelenmiştir. En yüksek enkapsülasyon verimi (%88,69) en düşük pH ve en yüksek tuz konsantrasyonunda hazırlanan hidrojelde elde edilmiştir. BSA'nın sentetik mide sıvısında salınımı ihmal edilebilecek seviyededir. Sentetik bağırsak sıvısında maksimum salınımı (13,3mg/g) pH 4,2'de enkapsüle edilen numunelerde elde edilmiş, en düşük salınım ise (2,9mg/g) pH 7,5'de ekapsüle edilmiş numunede elde edilmiştir. BSA salınım kinetik verilerinin Ritger-Peppas modeline uygunluğu incelenmiş ve salınım mekanizmasının Fick yasasına uymayan davranış gösterdiği görülmüştür. Buna göre hidrojel kürelerden BSA salınımı hem BSA proteininin hidrojel matristen difüzyonu ile hem de çapraz bağın gevşemesi ile gerçekleşmiştir.2,4-Diklorofenoksi asetik asit (2,4-D) ve isoproturon herbisitleri hidrojel kürelere enkapsüle edilmiştir. Herbisitlerin enkapsülasyon verimlerini artırmak ve salınımlarını yavaşlatmak için ferihidrit, Ca-bentonit, aktif karbon ve perlit içeren herbisit yüklü hidrojel-kompozit küreler üretilmiştir. Hidrojel kürelere eklenen adsorbanlar enkapsülasyon verimini arttırmada etkili olmuştur.

Protein adsorption plays a significant role in natural processes. For that reason, it can be applied in pharmaceutical sicience, biotechnology and tissue engineering. Controlled release systems have been developed for encapsulation and protection of bioactive agent in drug, food industry and agricultural area.Protein adsorption on biocompatible alginate-kappa carrageenan hydrogels and encapsulation of protein and herbicide molecules into hydrogels were investigated. Alginate-kappa carrageenan hydrogel beads, which were synthesized by dropping alginate-kappa carrageenan mixture in calcium chloride solution, were characterized by using SEM and FT-IR. Bovine Serum Albumin (BSA) adsorption on hydrogels was investigated at different temperature (25; 32.5 ve 40 ᵒC), pHs (2.8; 4.8 ve 6.8) and contact time. BSA adsorption was not achieved at pH 2.8 due to electrostatic repulsion between BSA and hydrogel. Hydrogel beads disrupted at higher pHs. The highest adsorption capacity (240mg/g) was found at pH 4.8. In addition, adsorption kinetics were evaluated by using theoretical kinetic models; pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intraparticle diffusion model. As a result, BSA adsorption kinetic on hydrogel beads followed an intraparticle diffusion model.At different pHs (4.2; 4.8 ve 7.5) and salt concentration (CaCl2/KCl, 2/0; 2/2; 4/4), BSA molecules were encapsulated in alginate-kappa carrageenan hydrogel beads and controlled release of BSA from hydrogel beads was carried out in simulated gastric (pH 1.2) and intestinal fluids (pH 7.4) at 37ᵒC. The highest encapsulation efficiency (88.69%) was obtained at lower pH and higher salt concentration and the lowest encapsulation efficiency (28.50%) was obtained at pH 4.8 and lower salt concentration. The release of BSA in simulated gastric medium was negligible because of its low release amount. The amount of released BSA in simulated intestinal fluid from hydrogel prepared at pH 4.2 was found 13.3mg/g. However, the lowest amount of released BSA in simulated intestinal fluid from hydrogel prepared at pH 7.5 was found 2.9mg/g. BSA release kinetic data were fitted to Ritger-Peppas model. According to Ritger-Peppas model, release mechanism was demonstrated non-Fickian behaviour. To conclude, BSA release from hydrogel matrix occurred both BSA diffusion and relaxation of chain. 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and isoproturon herbicides were encapsulated into hydrogel beads. In order to increase the herbicide encapsulation and decrease the herbicide release, Ca-bentonite, activated carbon, perlite and ferryhydrite composite hydrogel beads were synthesized. Addition of adsorbent into hydrogel beads was effective to obtain higher encapsulation efficiency.