Biyotıp uygulamaları için poliüretan membran hazırlanması ve karekterizasyonu

Abstract

Özetü ÖZET Bu araştırmada çeşitli biyotıp uygulamaları için değişik yığın ve yüzey özelliklerinde Pelletan 2363-80 A polimerinden PU membranların hazırlanması ve bu membranların biyotıp uygulamalarında kullanılabilirliği ile ilgili olarak karekterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla çözücü döküm yöntemiyle, gözenekli ve/veya gözeneksiz, değişik yüzey özelliklerinde poliüretan (PU) membranlar hazırlanmıştır. Membran yüzeylerine farklı hidrofilik özellikler kazandırmak için membranlar plazma polimerizasyonu tekniği kullanılarak iki farklı monomer ile (Âkrilik asit, AA ve Dimetilaminoetilmetakrilat, DMAEMA) kaplanmıştır. Farklı özelliklerde hazırlanan PU membranların önce fiziksel ve kimyasal yapılan SEM, hava ve oktan kabarcığı temas açılan, FTIR-ATR ve ESCA analizleri ile incelenmiştir. PU membranlara standart çekme- uzama testleri uygulanarak mekanik özellikleri belirlenmiştir. PU membranların üç önemli biyotıp uygulamasında olan transdermal nitrogliserin salım sistemleri, membranlı kan oksijenatörleri ve yara/yanık örtü materyallerinde kullanımıyla ilgili kütle transfer parametreleri (nitrogliserin geçirgenlikleri, oksijen ve karbon dioksit geçirgenlikleri, su buharı geçirgenlikleri, ve mikro organizma geçirgenlikleri) ölçülmüştür. PU membranlarm biyolojik sistemle etkileşimi ile ilgili deneylerde önce membranlarda seçimli kan proteinleri adsorpsiyonu ve kandan dinamik albumin adsorpsiyonu incelenmiştir. Biyomateryallerin kan ile teması sonucu oluşturduğu komplement aktivasyonu araştırmak üzere PU membranlar in vitro koşullarda insan serumuyla temas ettirilerek oluşan C3a miktan tespit edilmiştir. PU membranların sırasıyla kan hücreleri, örnek fibroblast ve epitel hücreler ve endotel hücrelerle etkileşimi ile ilgili deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir.ÖzetiÜ Araştırma kapsamında elde edilen sonuçlar şöyledir: Havada çöktürülen tüm PU membranlar gözeneksiz, suda çöktürülenler ise değişik yapıda gözeneklidir. Temas açılan ve yüzey enerjisi değerleri havada çöktürülen membran yüzeylerinin suda çöktürülenlerden daha hidrofobik olduğunu göstermiştir. Plazmayla kaplanan PU membranlar, kaplanmamışlara göre çok daha hidrofiliktir. FKR-ATRveESCA analizleri hem hazırlama koşullarının hemde plazma polimerizasyonunun elde edilen membran yüzey kimyasını önemli oranda değiştirdiğini göstermiştir. PU membranlarm mekanik özellikleri çözücü türü ve çöktürme ortamının bağlı olarak değişmektedir. Havada çöktürülen PU membranlarm suda çöktürülenlere göre kopma gerilimleri daha yüksek, kopma anında uzama ve Young modül değerleri (sertlikleri) daha düşüktür. Plazmayla kaplanan membranlann kopma gerilimleri, kopma anında uzamaları (esneklikleri) ve Young modülleri kaplanmamış membranlara göre artmaktadır. Değişik çözücüler ile hazırlanan PU membranlarda en düşük nitrogliserin geçirgenliği THF ile, en yüksek ise THF-DMF-dioksan ile hazırlanan membranlarda elde edilmiştir. Suda çöktürülerek hazırlanan PU membranlann Û2 ve CÛ2 geçirgenlikleri şöyledir: En düşük gaz geçirgenliği THF en yüksek ise THF-DMF-dioksan ile hazırlanan PU membranlarda elde edilmiştir. Plazma polimerizasyonu ile kaplanan PU membranlarda gaz geçirgenliği kaplanmamış olanlara göre az da olsa daha düşük çıkmıştır. PU membranlann su geçirgenlikleri ise şöyledir: THF ile düşük su buhan geçirgenliği elde edilmiştir. En yüksek gözenekliliğe sahip THF-DMF-dioksan ile hazırlanan membranda en yüksek su buhan geçirgenliği elde edilmiştir. Plazma ile kaplama, PU membranlann su buhan geçirgenliklerini çok az azaltmıştır. Bu çalışmada hazırlanan PU membranlarından yalnızca en yüksek gözeneklilikteki, THF-DMF-dioksan ile suda çöktürülerek hazırlanan membrandan çok az partikül (0.2 um boyutlarda eş boyutlu polimerik polistiren) geçişi gözlenmiştir. Diğerleri ise bu partikülleri geçirmemiştir. PU membranlar plazma proteinlerini seçici olarak adsorblamaktadır. En yüksek protein adsorpsiyonu HSA için eldeSummary v i indicated that; the preparation conditions and plasma polymerization reasonably changed the membrane surface chemistry. The mechanical properties of PU membranes were changed with solvent type and precipitation medium. The PU membranes precipitated in air have higher breaking stress and lower elongation at break and Young modulus values relative to those precipitated in water. Plasma coating increased the breaking stress, elongation at break and Young modulus values. The solvent type affected on the nitroglycerin permeability of PU membranes. The lowest permeability was obtained with THF. The membranes were prepared with THF-DMF-dioksan gave the highest nitroglycerin permeability. The gas permeability slightly decreased with plasma coating. The lowest water vapour permeability was observed with membranes prepared with THF. The PU membranes prepared with THF- DMF-dioksan having the highest porosity provided the highest water vapour permeability. Plasma coating slightly decreased this value. The uniform latex particles (0.2 ycax in size) could pass only through the PU membranes prepared with THF-DMF-dioksan solvent and having the highest porosity. Plasma protein adsorption onto PU membranes was also studied. The maximum adsorption capacity was obtained with HSA. Relatively lower adsorption capacities were observed with IgG and Fb respectively. The PU membranes precipitated in air provided higher protein adsorption capacities relative to those precipitated in water. Plasma polymerization decreased the protein adsorption capacity. The results of dynamic protein adsorption experiments indicated that; the adsorption rate especially high within first ten minutes. After this period; fluctuations were observed in protein adsorption capacity of PU membranes. High complement activation formed with oxygen containing PU membranes on their surfaces. The existence of nitrogen on the membrane surface caused a decrease in complement activation. Porous membranes provided higher complement activation. The loss of eryrocytes and leucocytes was nearly zero with PU membranes. The loss of platelets with uncoated PU surfaces was reasonably low. The loss of platelets, eryrocytes and leucocytes with plasma modified PU surfaces is in an order of magnitude which could be easily tolerated by human body. The adhesion of BHK cells in fibroblastic character onto PU membranes was

Summary vii lower than that of MDBK cells having ephytelial character. Lower cell attachment was observed with water precipitated PU membranes having porous structure compare to air precipitated nonporous ones. AA and DMAEMA coating onto PU membranes by plasma polymerization resulted an increase in the cell attachment. High endothelial cell attachment was obtained on the PU membranes precipitated in air relative to those prepared in water. The pre-adsorption of fibronectin onto the membrane surfaces did not cause any significant effect to the endothelial cell attachment.Summary v i indicated that; the preparation conditions and plasma polymerization reasonably changed the membrane surface chemistry. The mechanical properties of PU membranes were changed with solvent type and precipitation medium. The PU membranes precipitated in air have higher breaking stress and lower elongation at break and Young modulus values relative to those precipitated in water. Plasma coating increased the breaking stress, elongation at break and Young modulus values. The solvent type affected on the nitroglycerin permeability of PU membranes. The lowest permeability was obtained with THF. The membranes were prepared with THF-DMF-dioksan gave the highest nitroglycerin permeability. The gas permeability slightly decreased with plasma coating. The lowest water vapour permeability was observed with membranes prepared with THF. The PU membranes prepared with THF- DMF-dioksan having the highest porosity provided the highest water vapour permeability. Plasma coating slightly decreased this value. The uniform latex particles (0.2 ycax in size) could pass only through the PU membranes prepared with THF-DMF-dioksan solvent and having the highest porosity. Plasma protein adsorption onto PU membranes was also studied. The maximum adsorption capacity was obtained with HSA. Relatively lower adsorption capacities were observed with IgG and Fb respectively. The PU membranes precipitated in air provided higher protein adsorption capacities relative to those precipitated in water. Plasma polymerization decreased the protein adsorption capacity. The results of dynamic protein adsorption experiments indicated that; the adsorption rate especially high within first ten minutes. After this period; fluctuations were observed in protein adsorption capacity of PU membranes. High complement activation formed with oxygen containing PU membranes on their surfaces. The existence of nitrogen on the membrane surface caused a decrease in complement activation. Porous membranes provided higher complement activation. The loss of eryrocytes and leucocytes was nearly zero with PU membranes. The loss of platelets with uncoated PU surfaces was reasonably low. The loss of platelets, eryrocytes and leucocytes with plasma modified PU surfaces is in an order of magnitude which could be easily tolerated by human body. The adhesion of BHK cells in fibroblastic character onto PU membranes wasSummary vii lower than that of MDBK cells having ephytelial character. Lower cell attachment was observed with water precipitated PU membranes having porous structure compare to air precipitated nonporous ones. AA and DMAEMA coating onto PU membranes by plasma polymerization resulted an increase in the cell attachment. High endothelial cell attachment was obtained on the PU membranes precipitated in air relative to those prepared in water. The pre-adsorption of fibronectin onto the membrane surfaces did not cause any significant effect to the endothelial cell attachment.