Gama ışınları ile ışınlanmış polipropilen`in yaşlanması

Abstract

ÖZET Izotaktik polipropilen tıbbi malzemelerin yapımında kullanılan bir polimerdir. izotaktik polipropilen, özellikle tek kullanımlık plastik enjektörlerin ana maddesidir. Son yıllarda, bu malzemelerin sterilizasyonunda iyonlaştırıcı ışınlar (gama ışınları ve hızlandırılmış elektron demetleri) kullanılmaktadır. Ülkemizde ise, IPP enjektörlerin sterilizasyonunda gama ışınları kullanılmaya başlanacaktır. Bu nedenle, IPP enjektörlerin gama ışınları ile ışınlandıktan sonra, yapılarında meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişikliklerin neler olduğunu belirlemek için çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada, gama ışınlarının IPP enjektörlerin yapısında yarattığı etki, oksijenli ortamda (havada), iki farklı şekilde incelenmiştir. Birincisinde; örnekler 25 (sterilizasyon dozu), 50, 75 ve 100 kGy dozlarda ışınlanmış ve artan ışınlama dozunun etkisi belirlenmeye çalışılmıştır, ikincisin de ise örnekler, yalnızca sterilizasyon dozunda (25 kGy) ışınlanmışlar. Bu örnekler, oda sıcaklığında bir gün ile üç yıl bekletilerek, zamanla yapısında oluşan değişiklikler belirlenmeye çalışılmıştır. Yaptığımız çalışmalarda, IPP enjektörlerin hem tüm gövde kesitleri hem de gövdeden eşit kalınlıklarda alınan kesitler kullanılmıştır. izotaktik polipropilende oksijenli ortamda, gama ışınları etkisiyle meydana gelen kimyasal değişiklikler, Fourier Transform Infrared (FTIR) spektrometresi ve UV-Görünür bölge spektrofotometresi ile ve, viskozimetrik yöntem (molekül ağırlığı tayini) ve mekanik test yöntemleri ile incelenmiştir. FTIR tekniği ile radyasyon-oksidasyonu ürünleri olan hidroperoksit, hidroksil ve karbonil gruplarının varlığı belirlenmiş, ışınlama dozu arttıkça, bu grupların miktarlarında da artış gözlenmiştir. Ayrıca (OH) ve (C=0) değerleri, her bir kesit için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuçlardan, tüm enjektör gövde kesiti için, ortalama G(0H) = 1.2; ve ortalama G(C=0) = 6.1 olarak bulunmuştur. Kesitlere göre G(0H) ve G(C=0) değerlerinin değişimi ise sırasıyla 5.8-2.9 ve 34.8 - 13.5 arasında bulunmuştur.. UV-GÖR. bölge spektrofotometresi ile IPP' nin çözelti spektrumları çekilmiştir. Bu spektrumlardan, radyasyon etkisiyle oluşan karbonil grubu belirlenmiş ve miktarının artan ışınlama dozu ile arttığı gözlenmiştir. Oksijenli ortamda değişik dozlarda ışınlanmış enjektörlerden belirli kalınlıklarda kesitler alınarak, radyasyonun örnek kalınlığına bağlı olarak etkisiincelenmiştir. Kesit kalınlığı arttıkça, radyasyon-oksidasyon ürün miktarlarında azalma gözlenmiştir. Sterilizasyon dozunda ışınlanıp yaşlandırılan enjektörlerde, ışınlamadan sonra, karbonil grubunun miktarında hızlı bir artış gözlenmiştir. Fakat, yaşlandırma zamanı arttıkça, bu grupların miktarlarındaki artışın azaldığı gözlenmiştir. Değişik dozlarda ışınlanmış ve sterilizasyon dozunda ışınlanıp yaşlandırılmış IPP enjektörlerin, viskozite ortalama molekül ağırlıkları hesaplanmıştır. Artan ışınlama dozuna ve yaşlandırma zamanına bağlı olarak, molekül ağırlıklarında azalma gözlenmiştir. Enjektör kesitleri için ise, kesit kalınlığı arttıkça molekül ağırlıklarında gözlenen azalma miktarı yavaşlamaktadır. Merkez kesitin molekül ağırlığı ise, orijinal örneğin molekül ağırlığına oldukça yakın bulunmuştur. Orijinal enjektörün viskozite ortalama molekül ağırlığı yaklaşık 110000' dir. Enjektör gövdesinin birinci kesiti için molekül ağırlığı değişimi (25-100 kGy doz aralığı için) 42000 ile 7000 arasında gözlenmiştir. Enjektör kesitleri için zincir kesilmesi verimleri hesaplanmıştır. Tüm enjektör gövde kesitleri için ortalama G(S) = 6.1 olarak bulunmuştur. Kesitlere göre bulunan G(S) değerleri, 39.4 - 15.1 arasında değişmektedir. Yapılan mekanik testlerde, enjektör gövdesine uygulanan sıkıştırma kuvvetinin, ışınlama dozu arttıkça, azaldığı gözlenmiştir. Işınlanmış örneklere uygulanan sıkıştırma testlerinde, % kuvvet azalması değerleri de hesaplanmıştır. Artan ışınlama dozuna (25-100 kGy) bağlı olarak % kuvvet azalmasının % 5-5 ile % 60 arasında değiştiği gözlenmiştir. Yaşlandırma süresi arttıkça, enjektör gövdesine uygulanan sıkıştırma kuvvetinde azalma olduğu görülmüştür. Yaşlandırma süresine bağlı olarak, kuvvet azalmasındaki % değişim değerleri ise, % 55 ile % 30 arasında bulunmuştur.

Ill SUMMARY Isotactic polypropylene is a polymer used to produce the medical devices. Isotactic polypropylene(IPP), contitutes the main material of the disposable plastic syringes. In recent years, the ionizing radiations (gamma rays and accelerated electron beams) have been used for the sterilization of these devices. In our country, the gamma rays are going to be used in the sterilization of IPP syringes. So, a number of investigations have been carried out to identifiy the changes taking place in physical and chemical properties of IPP syringes during and post irradiations. In this study, two different ways have been followed to determine, the effect of gamma rays on the IPP syringes, when irradiated in air. Firstly, the samples were irradiated with 25( sterilization dose ), 50 75 and 100 kGy doses and the effect of increasing irradiation doses was determined. In the second step, the samples irradiated only to 25 kGy dose. Then these samples were aged at room temperature up to three years and subsequent changes were determined. In our study, both whole body of syringes and cylindrical cross-section of the barrel, have been investigated. The chemical changes produced with gamma rays in isotactic polypropylene, were investigated by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometry and UV-VIS spectrophotometry and viscosimetric ( to determine the molecular weight) and mechanical test methods have also been applied. With FTIR method, the hydroxyl, hydroperoxide and carbonyl groups, which are the main products of radiation-oxidation, and have been determined. The amount of these groups were observed to increase with increasing radiation dose. The yield of these structures have been calculated (G(0H) and G(C=0)) for each cross-section. From these data, average values of yields were determined to be G(0H) - 1.23 and G(C-O) - 6.1 for the whole syringe body. The change of G values with the cross-sections of the barrel were found to be 5.8-2.9 and 34.8-13-5 for the G(OH) and G(C=0) respectively. By means of UV-VIS spectrophotometry, the solution spectra of IPP have been taken. From these spectra, the carbonyl groups which formed by the effect of gamma radiation have been determined and it has been observed that these quantities increased with increasing radiation dose. The cross-sections (app. 90 JLm) have been taken from the barrel of air irradiated syringes and the profile of radiation effect has been determined. TheIV amount of radiation-oxidation products have been observed to decrease with increasing thickness of the body. The concentration of carbonyl groups have been observed to increase rapidly upon ageing of syringes irradiated to sterilization doses. The viscosity average molecular weights of IPP syringes both irradiated to different doses and aged after 25 kGy irradiation have been determined. Depending on irradiation dose and aging time, substantial decrease has been observed. The rate of decrease in molecular weight was observed to decrease in the inner cross- sections. The molecular weight of central cross-section, is found rather close to the molecular weight of unirradiated sample. The viscosity average molecular weight of original syringe is about 110,000. The molecular weight change of the outer cross-section of the syringe body differs between 42,000-7,000 (for the 25-100 kGy doses). The chain scission values,G(S), for the various cross-sections of syringe barrells have been calculated. Average chain scission value of the whole body is found to be G(S) = 6.1. The G(S) values changed between 39.4-15. 1 as the cross- sections were taken from outer surface towards inside the barrel. The results of the mechanical tests applied to the barrel, showed that, compressive force decreased with increasing irradiation dose. The percentage decrease in load was found to be between 55-60 %, depending on the increasing irradiation doses (25-100kGy). Depending on the aging time, the percentage values for the load decrease have been calculated between 5 5 % and 30 %.