Biyolojik uygulamalar için çapraz bağlı, yüksek gözenekli poliHIPE kompozitlerinin hazırlanması

Abstract

Emülsiyon kalıplama yöntemi yüksek iç fazlı emülsiyonlar (High Internal Phase Emulsion, HIPE) kullanılarak yüksek gözenekli ve açık hücresel yapılı polimerlerin hazırlanmasında kullanılan basit ve etkili bir yöntemdir. HIPE'ler büyük hacimlerde iç faz veya dispers faz içeren konsantre sistemler olarak tanımlanır. Bir HIPE'de iç faz hacmi (Ø), genellikle toplam emülsiyon hacminin 0.74'ünden daha fazladır ve bu değer 0.99'a kadar çıkarılabilir. HIPE'lerin sürekli fazının veya her iki fazın birden polimerizasyonu ise `poliHIPE` olarak adlandırılan polimerlerin oluşmasını sağlar. PoliHIPE'ler eşsiz özellikleri nedeniyle membran filtrasyonunda, iyon değişimi reçinelerinde, organik sentezler için ultra gözenekli destek malzemelerinin sentezinde, kromatografik destek malzemelerinde ve doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Ancak gözenekli yapının bir sonucu olarak ortaya çıkan yetersiz mekanik dayanımları gerçek endüstriyel uygulamalarını kısıtlamaktadır.Bu tez çalışması ile emülsiyon kalıplama yöntemi kullanılarak mekanik dayanımı geliştirilmiş, gözenekli ve fonksiyonlu polimer kompozitleri hazırlanmıştır. Bu amaçla, mekanik özelliklerin geliştirilmesi için klasik takviyelendirici katkı maddelerinin yerine suda çözünebilen, biyouyumlu bir polisakkarit (pullulan) kullanılmıştır. Araştırmalar monolit ve mikroküre formunda poliHIPE'lerin hazırlanmasını kapsayan iki farklı aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada glisidil metakrilat/1,3-bütandiol dimetakrilat (GMA/BDDMA) ve GMA/BDDMA/pullulan HIPE'lerinin sürekli fazının çapraz bağlanması ile poliHIPE monolitleri elde edilmiştir. İkinci aşamada GMA/BDDMA ve GMA/BDDMA/pullulan HIPE damlalarının ikincil bir süspansiyon ortamında dağıtılarak polimerleştirilmesi ile poliHIPE mikroküreleri elde edilmiştir. Elde edilen poliHIPE'lerin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri hazırlama koşullarına bağlı olarak karakterize edilmiştir. Ardından enzim immobilizasyonu ve protein saflaştırılması gibi biyolojik uygulamalardaki kullanılabiliriliklerinin belirlenmesi amacıyla reaktif amin bileşikleri kullanılarak post-fonksiyonlandırma reaksiyonları gerçekleştirilmiştir.

Emulsion templating is a simple and effective route for the preparation of macroporous and open-cellular polymers through high internal phase emulsions (HIPEs). HIPEs are defined as concentrated emulsion systems consisting of a high ratio of internal or dispersed phase. The volume fraction (Ø) of the internal phase of a HIPE is usually greater than 0.74 and can reach levels of 0.99. Polymerization of the continuous phase or both phases of HIPEs leads the formation of polymers so-called `polyHIPEs`. Because of their unique properties, polyHIPEs have been developed for several applications including filter membranes, ion exchange resins, ultraporous polymer supports in organic synthesis, chromatographic support materials, and tissue engineering applications. However, the real industrial applications have been restricted as a result of poor mechanical strength arised from the porous structure. With this thesis porous functional polymer composites having prepared mechanical strength have been prepared by using emulsion templating method. With this aim, in order to improve the mechanical properties a water soluble and biocompatible polysacharite (pullulan) have been used instead of classical reinforcements. The research has been made in two different stages consisting of the preparation of polyHIPEs in the form of monoliths and microspheres. At the first stage, polyHIPE monoliths have been obtained by polymerizing the continuous phase of glycidyl methacrylate/1,3-butanediol dimethacrylate (GMA/BDDMA) and GMA/BDDMA/pullulan HIPEs. At the second stage polyHIPE microspheres have been obtained by the polymerization of dispersed GMA/BDDMA and GMA/BDDMA/pullulan HIPE droplets in a secondary suspension medium. The morphological, mechanical and thermal properties of the resulting polyHIPEs have been characterised depending on the preparation conditions. Afterwards, in order to determine the usage of polyHIPEs in biological applicatons such as enzyme immobilization and protein prufication, post-functionalisation reactions have been carried out by using reactive amine compunds.