The effect of surface modification of biomaterials on the cellular interactions

Abstract

Bu çalışmada kitosan-hidroksiapatit (HA) yapı iskelesi kompozitlerinin hazırlanması-karakterizasyonu ve protein adsorplama özellikleri araştırılmıştır. Bu düşük yoğunluklu malzemelerde değişen kitosan ve HA içeriğinin protein adsorplama davranışına etkileri incelenmiştir. Adsorplanan BSA ve HSP protein konsantrasyonları 595 nm Bradford ve 280 nm absorbsiyona dayalı UV metotlarıyla saptanmıştır. Düşük molekül ağırlıklı kitosan ve HA bu gözenekli malzemelerin dondurmalı kurutmayla eldesinde kullanılmış ve malzemelerin mikroyapıları SEM kullanılarak incelenmiştir. Kompozitlerin ısıl davranışları TGA ve DSC kullanılarak saptanmıştır.Kompozit yapı iskeleleri değişen ağırlık oranlarında kitosan ve HA kullanılarak hazırlanmış ve altı değişik malzeme C100H0, C80H20, C70H30, C50H50, C30H70 ve C20H80 olarak kodlanmıştır. Gözenekli çok düşük yoğunluklu yapıların 93.5-96.3 % gözeneğe sahip oldukları ve artan HA içeriğiyle yoğunluklugun ufak bir artış gösterdiği saptanmıştır. Kompozitlerin birbirine bağlantılı gözenek yapısının düzenli 50-250 ?m boyutunda gözenekler ve ince gözenek duvarları içerdiği ve HA parçaçıklarının duvarlarda tamamen gömülü olduğu SEM incelemelerinde görülmüştür. Faz ayırma metodu ile üretilen biyopolimer yapısının orijinal ham polimerden düşük sıcaklıklarda daha hızlı parçalandığı TGA eğrilerinden gözlenmiştir.Kompozitlere BSA ve HSP adsorpsiyonu zaman, protein konsantrasyonu ve pH'nın değişimine karşılık incelenmiştir. Adsorpsiyon deneyleri aynı zamanda ticari HA tozuylada yürütülmüştür. Adsorpsiyon kinetiğiyle ilgili deneyler protein adsorsiyonunun hemen hemen 2-3 saat içerinde tamalandığını ve 595 nm Bradford ve 280 nm protein UV absorpsiyonu metotlarına gore protein alımının 45-60 mg/g ve 40-60 mg/g gibi yüksek düzeylere ulaşabildiğini göstermiştir. Kompozitlerin adsorpsiyon davranışlarının yaygın olarak bilinen Langmuir ve Freundlich izotermlerine uymadığı saptanmıştır. Bunun nedeninin dondurarak kurutulan kitosanın sulu ortamda şişmesi/bozunması olduğu düşünülmüştür. Yapı iskelelerinden 30 ve 50% HA içeren kompozitlerin HSP adsorpsiyon alımları 50-60 mg/g aralığında diğer örneklerden ve işlenmemiş kitosandan yüksek olarak saptanmıştır.

The preparation and characterization of chitosan-hydroxyapatite composite scaffolds and protein adsorption chracteristics of these scaffolds have been investigated in this study. The effects of different chitosan/hydroxyapatite contents of the low density composites on the protein adsorption behaviour were experimentally examined. Bradford method at 595 nm and 280 nm UV protein absorption methods were used for the determination of adsorbed amount of bovine serum albumin (BSA) and human serum protein (HSP). In this study low molecular weight chitosan and hydroxyapatite have been used for the preparation of the scaffold composites by freeze drying and SEM was used for microstructural analysis. The thermal behaviour of the composites was investigated by DSC and TGA. Composite scaffolds were prepared by using different amounts of chitosan and hydroxyapatite (HA) and six different scaffolds were prepared and coded as C100H0, C80H20, C70H30, C50H50, C30H70, and C20H80. The porous low density scaffolds had 93.5-96.3% porosity with a slight increase in density with increasing HA content. The interconnected pore network was formed from 50-250 ?m relatively uniform size pores with thin pore walls. The HA particles were fully embedded in the polymer matrix in the pore walls. The TGA curves have shown that the freeze dried phase seperation induced biopolymer sturucture degrates at lower temperatures faster than the original raw polymer.The adsorptions of BSA and HSP onto composites have been studied as a function of time, protein concentration and pH. Adsorption experiments were also conducted with commercial HA powder. The adsorption kinetics experiments have indicated that protein adsorption was almost completely achieved in the first 2-3 hours with relatively high uptake values of up to 45-60 mg/g and 40-60 mg/g for 595 nm Bradford and 280 nm methods. The adsorption behaviour did not fit to the commonly known Langmuir and Freundlich isotherms. This was attributed to the swelling/degradation tendency of the freeze-dried chitosan containing scaffolds. The HSP uptake of 30 and 50 wt% HA containing composites were in the 50-60 mg/g range which was higher than other composites and the raw unprocessed chitosan.