PH ve sıcaklığa duyarlı faz geçişi gösteren iç içe girmiş polimerik ağ yapılarının sentezi ve karakterizasyonu - Akdemir, Zümrüt Seden (My University, 2005)
pH ve SICAKLIĞA DUYARLI FAZ GEÇİŞİ GÖSTEREN İÇ İÇE GİRMİŞ POLİMERİK AĞ YAPILARININ SENTEZİ ve KARAKTERİZASYONU Hidrojeller, su içinde kendi kuru ağırlıklarının %10-20'sinden bin katına kadar şişebilen, hidrofilik polimer ağ yapılarıdır . Son otuz yıl içinde biomedikal uygulamalarda, hidrojeller , büyük bir önem kazanmışlardır. pH, sıcaklık, iyonik kuvvet, elektrik alan vb. gibi çevresel parametrelerdeki değişikliğe bağlı olarak hacimce faz geçişi gösterebilmeleri, düşük toksiteleri ve yüksek biyouyumlulukları hidrojellerin avantajlarıdır. Poli(N-isopropilakrilamid), PNIPAAm, düşük kritik çözelti sıcaklığı(lower critical solution temperatur LCST) 320C olan, en fazla bilinen sıcaklığa duyarlı hidrojeldir. LCST sıcaklığının altında, PNIPAAm, şişmiş haldedir ve şişme oranı lineer olarak artmaktadır çünkü polimer yapısındaki hidrofilik gruplar (amido) kendilerini çevreleyen su molekülleri ile moleküllerarası H-bağı kurarlar. Sıcaklık LCST'e doğru arttıkça , su molekülleri entalpi kazanırken jeldeki hidrofilik gruplar ise tekrar moleküliçi H-bağı kurmaya başlarlar ve bu esnada isopropil gruplarından kaynaklanan hidrofobik kuvvetler de artar. Bu nedenlerden dolayı, su molekülleri ve hidrofilik gruplar arasındaki H-bağları bozulur ve su jelden dışarı salınabilir. LCST sıcaklığında, PNIPAAm, büzülmüş haldedir. Jelin şişme oranı hızla azalır. Bu faz geçişi sayesinde; ilaç salınımı, doku mühendisliği, enzim immobilizasyonu ve buna benzer çeşitli biyomedikal ve biyomühendislik uygulamalarında, PNIPAAm hidrojeli çok kullanışlı olmaktadır. İlaç salınımı, biyosensör kaplaması ve hücre nakli gibi birçok biyomedikal uygulama alanında kullanabilmek için, fotopolimerize olabilen hidrojeller üzerinde araştırmalar yapılmaktadır. Biyolojik ortamların belirli sıcaklık ve pH aralıklarına sahip olmaları ve vivo uygulamarında, organik çözücü ya da monomer gibi toksik maddelerin istenmemesi gibi kısıtlamalar, fotopolimerizasyon yöntemi ile başarılı bir biçimde aşılmaktadır. Fotopolimerizasyon yönteminin bazı avantajları şunlardır; oda sıcaklığında hızlı kürleşme, düşük ısı açığa çıkması ve polimerizasyon esnasında kontrol edilebilmesidir. Poli( N-vinil-2-pirolidon) , fotopolimerleşebilen ve yapısına iyonik gruplar ilave edilerek farklı pH ortamlarına duyarlılık gösterebilen bir hidrojeldir. İç içe girmiş polimerik ağ yapıları, birbiri içinde sentezlenmiş iki veya daha fazla polimerik ağ yapılarının karışımıdır. IPN'ler tam ya da semi-IPN formunda olabilirler. Tam-IPN'lerde, iki bileşen arasında kimyasal bağ bulunmazken; semi-IPN'lerde, bileşenler arasında bağlar bulunur. pH, sıcaklık veya iyonik kuvvet gibi etkenlere duyarlı IPN'ler sentezlemek mümkündür. Bu çalışmada, PNIPAAm ve negatif yüklü PNVP ağlarından oluşan ardaşık tam-IPN'ler sentezlendi ve şişme davranışları, ilaç salınımı, diffüzyon mekanizmaları incelendi. İlk olarak PNIPAAm hidrojelleri, oda sıcaklığında, serbest radikal polimerizasyon yöntemi ile çapraz bağlayıcı N,N'-metilenbisakrilamid ve başlatıcı potasyumpersülfat kullanılarak sentezlendiler. Reaksiyona girmemiş monomerlerin ve radikallerin uzaklaştırılması için hidrojeller distile su ile ekstrakte edildi ve ardından kurutuldular. Kurutulmuş, ekstrakte edilmiş PNIPAAm hidrojelleri, çeşitli oranlarda 2-akrilamido-2-metilpropil sulfonik asit (AMPS) içeren NVP monomer karışımları içine atıldılar. PNIPAAm hidrojelleri, denge şişme derecesine ulaşıncaya kadar monomer karışımlarında bekletildiler ve ardından tam-IPN'nin II. ağ yapısını oluşturmak üzere fotopolimerize edildiler. Elde edilen tam-IPN'lerin, değişik pH ortamlarında ve farklı sıcaklıklarda şişme davranışları incelendi. İlaç salınımındaki performanslarını tayin etmek amacıyla ilaç yükleme ve salınımı çalışmaları ,pH 7.4'de 370C'de yapıldı. Lidokain model ilaç olarak kullanıldı. Tam-IPN'lerin diffüzyon mekanizmaları suda ve ilaç çözeltisinde incelendi.

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF pH AND THERMO-SENSITIVE INTERPENETRATING POLYMER NETWORKS Hydrogels are hydrophilic polymer networks that can swell from 10-20 % up to thousands of times to their dry weight in water. Hydrogels have gained a great importance as a biomedical applications in the last few decades. They are capable of undergoing a volume phase transition in response to a change in external parameters such as pH, temperature, ionic strength , electric field etc. Another advantages of hydrogels are their low toxicity and high biocompatibility. Poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAAm, is one of the well-known thermosensitive hydrogel that has a lower critical solution temperature (LCST) at 320C. At the temperature below LCST; PNIPAAm is in swollen state, swelling ratio of the gel increases linearly because the hydrophilic groups (amido) in the polymer structure form an intermolecular H-bonds with the surrounding water molecules. As the temperature rises through LCST, water molecules gain an enthalpy and the hydrophilic groups in the gel turn to intramolecular H-bonds by the same time hydrophobic forces of isopropyl groups increase. Due to these reasons, H-bonds between water molecules and hydrophilic groups break down and water can release out of the gel. At LCST, PNIPAAm is in shrunken state. The swelling ratio of the gel decrease rapidly. This phase transition makes PNIPAAm hydrogels very useful in biomedical and bioengineering applications like drug delivery, tissue engineering, enzyme immobilization and variety of other related and potential uses. Photopolymerized hydrogels have been investigated for a number of biomedical applications including drug delivery, coating for biosensors and for cell transplantation. In vivo applications, biological systems require a narrow range of temperature or pH, also the absence of toxic materials like organic solvents or monomers; some photopolymerization systems can overcome these limitations succesfully. Photopolymerization has several advantages ; fast curing rates at room temperature, minimal heat production and control during polymerization. Poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) is a photopolymerizable hydrogel and by adding an ionic groups into its structure it would show a response to different pH environments. Interpenetrating polymer networks, IPNs, are a mixture of two or more polymeric networks, synthesized within each others. IPNs can be in full- or semi-IPNs forms. In full-IPNs, there would be no chemical bonds between the two components. Semi-IPNs have some junctions between constituents. It is possible to synthesize IPNs that are sensitive to pH, temperature or ionic strength. In this work, sequentially full-IPNs, composed of PNIPAAm and negatively charged networks of PNVP were prepared and their swelling behaviours, drug release and diffusion mechanisms were investigated. In the first step, PNIPAAm networks were synthesized at room temperature by free radical polymerization method. N-N'-methylenbisacrylamide was used as a crosslinker and potassium persulfate as an initiator. For removing the unreacted monomers or radicals in the hydrogels , PNIPAAm hydrogels extracted in distilled water and then dried in sterilizer. Dried, extracted PNIPAAm hydrogels immersed in monomer mixtures of NVP which have a variety amounts of 2-acrylamido-2-methylpropyl sulfonate (AMPS). PNIPAAm hydrogels kept waiting in monomer mixtures till reaching the equilibrium swelling degree after that they phopolymerized to form the second network of the full-IPNs. Swelling behaviours of the prepared full-IPNs, were observed in different pH and temperature mediums. Drug uptake and release studies were carried out in pH 7.4 at 370C, for to determine the potential of the full-IPNs in drug delivery. Lidocain was used as a model drug. Diffusion mechanisms of the full-IPNs were observed in water and drug solution. June- 2005Zümrüt Seden Akdemir Haziran-2005Zümrüt Seden Akdemir
Keywords: Organik Kimya; Polimerler ve Polimerleşme