Kitosan bazlı hidrojellerin enzimatik modifikasyonu ve karakterizasyonu

Abstract

Sunulan tez çalışmasında, kitosan doğal biyopolimerinin glutaraldehit ile çapraz bağlanması sonucunda elde edilen hidrojellerin karakterizasyonu ve bu hidrojellerin enzim ve aminoasitlerle olan modifikasyonu incelenmiştir. Hidrojellerin en önemli özelliklerinden biri olan su tutma kapasitesini arttırmak amacıyla lipaz ve penisilin asilaz enzimleri ile alanin ve lösinaminoasitleri kullanılarak sentezlenen hidrojeller modifiye edilmiştir.Sunulan tezin ilk aşamasında, sentezlenen tüm hidrojellerin şişme davranışları incelenmiştir. Sonrasındaki karakterizasyon çalışmaları, enzim ve aminoasit miktarları optimize edilmiş olan hidrojeller için incelenmiştir. Saf ve modifiye edilmiş hidrojellerin yapısal, ısıl, morfolojik ve yüzey-kesit özelliklerinin belirlenmesi amacıyla FT-IR, TGA, DSC, XRD, SEM analizleri yapılmış, enzim ve aminoasit yapılarından kaynaklanan değişimler tespit edilmiştir.Tüm hidrojel numuneleri için 25°C ve farklı pH çözeltilerinde yapılan şişme deneylerinde, tüm hidrojellerin düşük pH'ta en yüksek şişme oranına sahip olduğu görülmüş ve pH arttıkça şişme oranının azaldığı saptanmıştır. Düşük pH'ta enzim ve aminoasit katkılı kitosan hidrojelleri saf kitosan hidrojeline göre daha iyi bir şişme davranışı sergilemiştir. Bu hidrojel numuneleri arasında, 0,6 g penisilin asilaz/1,0 g kitosan ve 0,04 g lipaz/1,0 g kitosan ve 0,4 g aminoasit/1,0 g kitosan içeren hidrojellerin en yüksek denge şişme oranına sahip olduğu görülmüştür. Bu analiz sonuçları, enzim ve aminoasit katkılı kitosan hidrojellerini saf kitosan hidrojeli ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Yapısal analizlerde; tüm hidrojellerin FT-IR spektrumları incelenmiş ve kitosan hidrojeline immobilize edilmiş enzim ve aminoasitlere, aynı zamanda çapraz bağlayıcı olarak kullanılan glutaraldehite ait karakteristik absorpsiyon pikleri görülmüştür. Hidrojellerin ısıl özeliklerinin belirlenmesi için yapılan analizlerdeki TGA termogramlarında; enzim ve aminoasit yüklü kitosan hidrojelerin saf kitosan hidrojeline göre daha düşük sıcaklıklarda ağırlık kaybına uğradığı tespit edilmiştir. Hidrojellerin morfolojik özeliklerinin incelenmesine yönelik yapılan analizlerde; XRD desenlerinden enzim ve aminoasit katkılı kitosan hidrojellerinin karakteristik kırınım pikleri tespit edilmiştir. Ayrıca; tüm kitosan bazlı hidrojellerin yüzey özelliklerinin belirlenmesi için yapılan analizlerde; SEM görüntüleri çekilmiş ve bu görüntülerden enzim ve aminoasit yüklü kitosan hidrojellerinde saf kitosan hidrojeline göre por boyutlarında artma olduğu ve hidrojel yüzeylerinin değiştiği gözlenmiştir. Bütün sonuçlar değerlendirildiğinde; kitosanın enzim ve aminoasitle ile iyi bir şekilde modifiye edildiği sonucu çıkarılmıştır.

In the present thesis, a natural biopolymer chitosan was crosslinked with glutaraldehyde and chitosan hydrogels were synthesized.In order to increase the water holding capacity of the hydrogels, they were modified using lipase and penicillin acylase enzymes and also alanine and leucine aminoacids.In the present thesis, the swelling behavior of the all synthesized hydrogels were investegated. FT-IR, TGA, DSC, XRD and SEM analysis were carried to determined the structural, thermal, morphological and surface-sectional properties of the pure and modified hydrogels and changes resulting from structures of enzyme and aminoacid were identified.For all hydrogel samples, swelling experiments were investigated at 25°C and in solutions with different pH values, it was found that, the highest swelling ratio for all the hydrogels was obtained at low pH value. At low pH values, enzyme and aminoacid added chitosan hydrogels have higher swelling degree than pure chitosan hydrogel. The hydrogel samplescontaining 0.6 g of penicillin acylase, 0.04 g of lipase and 0.4 g alanine and leucine have the highest equilibrium swelling ratios.FT-IR specta of all hydrogels was investigated and characteristic peaks of enzyme, aminoacid and glutaraldehyde were obtained. For analysis the thermal properties of all hydrogels, TGA thermograms were investigated and it was found that; modified hydrogels have a significant weight loss at lower temperatures than pure chitosan hydrogel. The morphology of the pure and modified chitosan hydrogels was investigated by X-Ray diffraction. XRD results showed that, characteristic diffraction peaks were obtained for modified hydrogels. Surface morphology of all hydrogels were obtained using scanning electrone microscope and an increase in pore size in the surface of modified hydrogels was observed. According to all results, chitosan hydrogel was modified with enzymes and aminoacids.