Elektromanyetik nanokompozitlerin biyoteknoloji uygulamalarına yönelik olarak üretimi ve geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, polianilin polimerinin silika kaplı demir oksit nanoparçacıklar ile katkılanması sonucu biyoaktif bileşen içerikli iletken ve manyetik alana duyarlı nanokompozit malzemeler geliştirilip, sentez protokolü oluşturuldu ve bu nanokompozit malzemelerin hücre etkileşimlerini kapsayan biyoteknolojik ve biyomedikal uygulamalarda kullanım potansiyeli değerlendirildi. Çalışmanın ilk aşamasında nanokompozit malzemenin bileşenleri olan silika kaplı manyetik nanoparçacıklar (Si-MNP) ile polianilin (PANİ) polimerinin sentez ve karakterizasyon işlemleri gerçekleştirildi. Daha sonra PANİ'nin %10, %25 ve %50 oranlarında Si-MNP'ler ile katkılanması işlemi iki farklı yöntem ile gerçekleştirilerek elde edilen iletken ve manyetik alana duyarlı Si-MNP/PANİ nanokompozit yapıların sentez protokolleri oluşturuldu. Nanokompozit yapıların morfolojik özelliklerini belirlemek amacıyla SEM ve TEM analizleri, kimyasal özellikleri için FTIR, XRD ve zeta potansiyeli analizleri, termal özellikleri için TGA, manyetik özelliklerini belirlemek amacıyla VSM analizi, elektriksel iletkenlik ve termoelektrik özelliklerini belirlemek için ise sırasıyla özdirenç ölçümleri ve Seebeck analizleri gerçekleştirildi. Nanokompozit yapıların biyolojik uygulamalarda kullanım potansiyeli kan uyumluluğu ve ekstraksiyon temelli in-vitro sitotoksisite testleri ile gerçekleştirildi. İn-vitro sitotoksisite deneylerinde dermal fibroblast hücreleri kullanıldı ve hücre canlılığı MTT yöntemi ile analiz edildi. Elde edilen nanokompozit yapıların biyouyumluluğunun doza bağımlı olduğu ve biyolojik uygulamalarda kullanıma uygun olduğu sonucuna ulaşıldı. Bu tez çalışması kapsamında farklı yöntemlerle elde edilen biyoaktif bileşen içerikli, iletken ve manyetik alana duyarlı nanokompozitlerin bileşimleri benzer olmasına karşın, sentez ortamları ve basamaklarının farklı olmasından dolayı manyetik, elektriksel ve ısıl özelliklerinin birbirinden farklılıklar gösterdiği belirlendi. Sonuç olarak, tez çalışması kapsamında optimize edilen sentez protokollerinin ve geliştirilen Si-MNP/PANİ nanokompozitlerinin hedeflenen uygulama alanına spesifik olarak seçilmesi sonucunda, bu uygulama alanlarında üstün özellikler gösterebilen nanokompozitlerin elde edilebileceği sonucuna ulaşıldı.

In this thesis study, conductive and magnetic field-sensitive nanocomposite structures containing bioactive components were developed by doping polyaniline with silica coated iron oxide nanoparticles. Synthesis protocols of the nanocomposites were optimized and the potential for use in biotechnological and biomedical applications were evaluated. In the first part of the study, the synthesis and characterization of silica-coated magnetic nanoparticles (Si-MNP) and polyaniline (PANI) polymer in the composition of the nanocomposite material were performed. Then, the doping process of PANI with 10%, 25% and 50% of Si-MNPs was carried out by two different methods and the synthesis protocols of conductive and magnetosensitive Si-MNP/PANI nanocomposite structures were optimized. The morphological properties of the obtained nanocomposite structures were determined by SEM and TEM, chemical properties by FTIR, XRD and zeta potential, the thermal properties by TGA, magnetic properties by VSM, and finally the electrical conductivity and thermoelectric properties were determined by resistivity measurements and Seebeck analysis, respectively. Biocompatibility studies of nanocomposite structures were performed using hemocombatibility and the extraction-based in vitro cytotoxicity assay. Dermal fibroblast cells were used during the in vitro cytotoxicity experiments and the cell viability was analyzed by the MTT method. As the conclusion, biocompability of the Si-MNP/PANI nanocomposites was found to be dose-dependent, and showed potential for use in prospective biological applications. In this study, conductive and magnetic field-sensitive, bioactive component-containing Si-MNP/PANI nanocomposites were developed by different methods. It was found that the magnetic, electrical and thermal properties of the nanocomposites synthesized by different methods differed although their chemical compositions were the same. It was concluded that the selection of the synthesis protocol allows the development of Si-MNP/PANI nanocomposites that exhibit superior properties according to the field of application.