Search

EŞ BOYUTLU, KATYONİK, FONKSİYONEL GRUP İÇEREN / İÇERMEYEN,MANYETİK YÜKLÜ NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VENÜKLEİK ASİT UYGULAMALARIGüldem GüvenÖZSunulan Doktora tez çalışmasının amacı katyonik (pozitif yüklü) monodispersfonksiyonel yük taşıyan veya taşımayan polimerik nanopartiküllerin ve aynı zamandabunların manyetik yüklü formlarının plazmid DNA (pDNA) ile gen transferi veizolasyonunda kullanımı için sentezlenmesi.Birinci grup deneylerde, katyonik fonksiyonel gruplar taşımayan poli(stiren/N-[3-(dimetil amino) propil] metakrilamid/poli(etilenglikol) etil eter metakrilat) (poli(St/PEG-EEM/DMAPM)) nanopartiküller yüzey aktif madde içermeyen emülsiyonpolimerizasyonu yöntemiyle sentezlenmiştir. Kullanılan ana monomer stiren (St),katyonik monomer N-[3-(dimetil amino) propil] metakrilamid (DMAPM), emülsiyonortamı stabilizasyonu da sağlayan monomer poli(etilenglikol) etil eter metakrilat(PEG-EEM), dağıtma ortamı (Su) ve başlatıcı 2,2'-azobis(2-metil propionamidin)dihidroklorür (V-50) miktarlarının partikül boy/boy dağılımlarına ve zeta potansiyeline(yüzey yüküne) olan etkileri incelenmiştir. Polimerizasyon sıcaklık ve süresinin,ortamın iyonik gücünün ve pH'sının lateks kararlılığına ve partikül boy/boydağılımlarına olan etkileri araştırılmıştır. Ana monomer olan stiren yerine dahahidrofilik yapıda olan metil metakrilat kullanılmasının, lateks kararlılığına, partikülboy/boy dağılımına ve yüzey yüküne olan etkileri araştırılmıştır. Bu gruptakiçalışmalarda hemen hemen tüm parametrelerin partikül boy/boy dağılımında farklıölçülerde etkin oldukları bulunmuştur. En küçük boyutlu katyonik partiküller (zetapotansiyeli: 56.2 mV) (ortalama çap: 75.1 nm) ve dar boy dağılımı ile (polidispersiteindeksi, PI: 1.081) şu reçete ve koşullarda üretilmiştir: Su, St, DMAPM, PEG-EEM veV-50 miktarları sırasıyla, 120 ml, 1.25 ml, 0.1 ml, 0.1 ml, ve 0.03 g, polimerizasyonsıcaklığı: 65ºC; süresi; 24 saat, pH:2.5-3.0 dür. St yerine MMA ile üretilen latekslerdaha az kararlıdır, partiküller daha büyük ve boy dağılımları daha geniştir.İkinci grup deneyler de yine katyonik ancak bu kez fonksiyonel gruplar taşıyanpolimerik nanopartiküller, PEG-EEM yerine, stabilizör monomer olarak polietilenglikolmetakrilat (PEG-MA) kullanılarak üretilmiştir. Burada stabilizör miktarının,polimerizasyon sıcaklık ve süresinin partikül boy/boy dağılımı ve yüzey yüküneetkileri incelenmiştir. Bu nanopartiküller şu reçete ve koşullarda üretilmiştir: Su, St,DMAPM, PEG-MA ve V-50 derişimleri sırasıyla, 120 ml, 1.25 ml, 0.1 ml, 0.1 ml, ve0.03 g, polimerizasyon sıcaklığı: 65ºC; süresi; 24 saat, pH: 2.5-3.0 dür. Bupartiküllerin ortalama boyu 71.3 nm, PI: 1.110, ve a zeta potansiyeli 55.6 mV dur.Birinci ve ikinci grup deneylerde üretilen nanopartiküllerin karakterizasyonu ZetaSizer, Fourier Transform Infrared Spektrofotometresi (FTIR), Nükleer ManyetikRezonans Spektrometresi (NMR), Elementel Analiz, Diferansiyel TaramalıKalorimetre (DSC), Jel Geçirgenlik Kromotogrofisi (GPC), Atomik Kuvvet Mikroskobu(AFM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve viskozimetri gibi yöntemlerlegerçekleştirilmiştir.Çalışmanın üçüncü bölümünde ilerki çalışmalarda ayırma amacıylakullanılabilecekleri düşünülerek manyetik yüklü nanopartiküller üretilmiştir. Bunun içinönce nano boyutlu magnetit partiküller üretilmiştir. Bu partiküllerin boy, boy dağılımıve zeta potansiyelleri sırasıyla 77 ve 130 nm, 1.236 ve 1.317, ve -48.5 ve -42.3 mVdur. Sonraki adımda bu partiküller ilk iki grupta uygulanan reçete ve koşullarda yüzeyaktif madde içermeyen emülsiyon polimerizasyonu ile kaplanmıştır. Burada üretilenmanyetik yüklü poli(St/DMAPM/PEG-EEM)'in partikül boy/boy dağılımı ve zetapotansiyeli sırasıyla 155.7 nm ve 200.6 nm; PI: 1.355 ve PI: 1.141; 53.4 mV ve 47.6mV dur. Manyetik yüklü poli(St/DMAPM/PEG-MA) için aynı değerler sırasıyla 89.3nm ve 164.9 nm; PI: 1.617 ve PI: 1.105 ve 54.6 mV ve 50.9 mV dur. Partiküllerinkarakterizasyonu Zeta Sizer, FTIR, Elektron Spin Rezonans (ESR) gibi yöntemlerleyapılmıştır.Önceki basamaklarda üretimi gerçekleştirilen nanopartiküllerin ilk olarak genomikDNA (gDNA) ile etkileşimi incelenmiştir. Deneyler pH 3.0-10.0 aralığında değişiktamponlarda yapılmıştır. PH 3.0-8.0 aralığında oldukça yüksek etkileşim görülmüştür.Bu aralıkta nanopartiküle bağlanan DNA miktarı 204-215 mg gDNA/gnanopartiküldür. Oluşan konjugatların boyları, pH 4.0-8.0 aralığında 111.4-256.8 nmdir.Son grup deneylerde, ilk olarak partiküllerin HeLA hücrelerine olan toksisitesiincelenmiştir. Belli hücre sayısı için kullanılan partikül miktarına bağlı olarak, PEG-MA ile hazırlanan nanopartiküller (yaklaşık%16 toksisite), PEG-EEM (%19-26civarında toksisite) ile hazırlananlara göre daha az toksiktir. Gen aktarımı deneyleriyeşil florasan protein (GFP) sentezleme genini taşıyan plazmid DNA (pDNA) ileyapılmıştır. Nanopartiküllerin bu pDNA ile konjugatları pH 7.4 de 0.15 M NaCl içindeoluşturulmuştur. Konjugatların boy/boy dağılımları ve yükleri Zeta Sizer ilebelirlenmiştir. Konjugatların HeLa hücre hattı transfeksiyonu ve GFP ekspresyonu,HeLa hücre hattını kullanan hücre kültürlerinde incelenmiştir. GFP ekspresyonları,ilgili literatürde rapor edilen non-viral vektörlerin ulaştığı değerlerle kıyaslandığında,72 saatte çok yüksek değerlere (yaklaşık %85-90) ulaşmıştır.Anahtar Kelimeler: Katyonik, eşboyutlu, Stiren, polietilenglikol etil eter metakrilat,polietilenglikol metakrilat, dimetil amino propil metakrilat, V-50, emülsiyonpolimerizasyonu, yüzey aktif madde içermeyen emülsiyon polimerizasyonu,nanopartikül, manyetik, DNA, plazmid, HeLaTez Danışmanı: Prof. Dr. Erhan Bişkin, Hacettepe Üniversitesi, Kimya MühendisliğiBölümü. MONOSIZE, CATIONIC, FUNCTIONAL / NON-FUNCTIONAL GROUP CARRYING,MAGNETIC NANOPARTICLE SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND THEIRNUCLEIC ACID APPLICATIONSGuldem GuvenABSTRACTThe aim of this Ph.D. thesis is to synthesize cationic (positively charged),monodisperse nanoparticles, with or without surface functional groups and also theirmagnetically loaded forms for possible use in gene transfer with plasmid DNA(pDNA) and its isolation.In the first goup of the experiments, cationic, non-functional, poly(styrene/N- [3-dimethylamino) propyl] methacrylamide/poly(ethyleneglycol) ethylether methacrylate)(poly(St/PEG-EEM/DMAPM)) nanoparticles were synthesized by emulsifier-freemicroemulsion polymerization. The effects of amount of the main monomer styrene(St), cationic comonomer N-[3-(dimethyl amino) propyl] methacrylamide (DMAPM),hydrophilic comonomer (which contributes also stabilization of the nanoparticlelatexes) poly(ethyleneglycol) ethyl ether methacrylate (PEG-EEM), dispersionmedium (Water) and cationic catalyst 2,2?-azobis(2-methyl propionamidine)dihydrochloride (V-50) on particle size/size distributions and zeta potential (surfacecharge) were investigated. The effect of polymerization temperature and time, ionicstrength and pH of the medium on stability of latexes and particle size/sizedistribution were also examined. Another set of nanoparticles were produced using amore hydrophilic monomer, methyl methacrylate (MMA), instead of styrene as themain monomer. It was observed that almost all of the parameters mentioned aboveaffected the particle size/size distribution and zeta potential, but with different extents.The smallest cationic particles (zeta potential: 56.2 mV) (average diameter: 75.1 nm)with a narrow size distribution (polydispersity index, PI: 1.081) were produced withthe following recipe and the conditions: amount of water, St, DMAPM, PEG-EEM andV-50 respectively, 120 ml, 1.25 ml, 0.1 ml, 0.1 ml, and 0.03 g, polymerizationtemperature: 65ºC; time; 24 hr, pH:2.5-3.0. The latexes produced with MMA insteadof St were less stable, and particle sizes were larger and size distributions werebroader.In the second group of the experiments, again cationic nanoparticles but with surfacefunctional groups were produced by using polyethyleneglycol methacrylate (PEG-MA), instead of PEG-EEM, as stabilizing monomer. Here, changes in particle size/size distribution and surface charge were examined with the changes in the amountof PEG-MA, polymerization temperature and time. In this group, the smallestnanoparticles were produced with the following recipe and conditions: Water, St,DMAPM, PEG-MA and V-50 amounts respectively, 120 ml, 1.25 ml, 0.1 ml, 0.1 ml,and 0.03 g, polymerization temperature: 65ºC; time: 24 hr, pH:2.5-3.0. Thesenanoparticles have an average diameter of 71.3 nm, with a PI of 1.110, and a zetapotential of 55.6 mV.The nanoparticles produced in the first and second group were characterized bymeans of Zeta Sizer, Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), NuclearMagnetic Resonance Spectrometer (NMR), Elementel Analysis, Differential ScanningCalorimeter (DSC), Gel Permeation Chromatography (GPC), Atomic ForceMicroscope (AFM), Scanning Electron Microscope (SEM) and viscosimetry.In the third part of the study, magnetically loaded nanoparticles were produced forpossible applications in pDNA separation. In the first step, nano-sized magnetiteparticles were produced by a coprecipitation procedure. The average particle size,size distribution and zeta potential of the two different particles were 77 nm and 130nm, PI:1.236 and PI:1.317, -48.5 mV and -42.3 mV. In the next step, these particleswere coated with a polymeric layer again by emulsifier free microemulsionpolymerization, in which the same recipe and conditions given in the first two groupof studies mentioned above. Particle size/size distribution and zeta potential of themagnetically loaded poly(St/DMAPM/PEG-EEM) were 155.7 nm and 200.6 nm; PI:1.355 and PI: 1.141; 53.4 mV and 47.6 mV, respectively. The same values for themagnetically loaded poly(St/DMAPM/PEG-MA) were 89.3 nm and 164.9 nm; PI:1.617 and PI: 1.105 and 54.6 mV and 50.9 mV, respectively. Characterization ofthese particles were done by Zeta Sizer, FTIR, and Electron Spin Rezonans (ESR).The interaction of the nanoparticles produced in the previous steps, with first genomicDNA (gDNA) was studied. These experiments were performed in different buffersolutions in the pH range of 3.0-10.0. The interaction was quite high in the pH rangeof 3.0-8.0. In this pH range, the amount of DNA bound to the nanoparticles wasabout 204-215 mg gDNA/g nanoparticle. The average size of the gDNA-nanoparticles conjugates was in the range of 11.4-256.8 nm in pH range of 4.0-8.0.In the last group of the experiments, firstly the toxicity of the particles on HeLA cellswere investigated. The nanoparticles prepared with PEG-MA were less toxic (around16%) then those ones prepared with PEG-EEM (about 19-26%) depending also theamount of nanoparticles used for certain number of cells. Gene transfer studies wereperformed by using a green floresence protein (GFP) expressing plasmid DNA(pDNA). Conjugates of nanoparticle with this pDNA were formed 0.15 M NaClsolution at pH 7.4. Particle size/size distribution and surface charge were determinedby Zeta Sizer. HeLa cell line transfection and GFP expression of the conjugates wereexamined in the cell cultures using the HeLa cell line. The GFP expressions reachedin 72 hr were very high (around 85-90%) comparing the gene expressions reachedwith the nonviral vectors reported in the related literature.Keywords: Cationic, monosize, Styrene, polyethyleneglycol ethyl ether methacrylate,polyethyleneglycol methacylate, dimethyl amino propyl methacrylate, V-50, emulsionpolymerization, emulsifier-free emulsion polymerization, nanoparticle, magnetic,DNA, plasmid, HeLaThesis Supervisor: Prof. Dr. Erhan Bişkin, Hacettepe University, Department ofChemical Engineering. 204

MIKROEMÜLSIYON POLIMERIZASYONU YÖNTEMİYLE MMA/AAc/PEG-MA ESASLI MANYETİK NANOPARTİKÜLLERİN ÜRETİMİ Filiz Sayar ÖZ Manyetik nanopartiküller birçok biyomedikal uygulamalarda önem kazanmaktadır. Yapılan çalışmada yüzeyinde fonksiyonel grup taşıyan manyetik yüklü polimerik nanopartiküllerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. İlk olarak ikili çöktürme yöntemiyle manyetit (Fe304) nanopartikülleri sentezlenmiştir. pH, sıcaklık, baz konsantrasyonu, karıştırma hızı, Fe27Fe3+ mol oranının partiküllerin boy ve boy dağılımına etkisi incelenmiştir. Sentezlenen bu nanopartiküllerin ortalama partikül boyu Zeta Sizer kullanılarak 40 nm olarak ölçülmüştür. Manyetik özellikleri ESR ve titreşimli manyetometre (VSM) ile ölçülmüş, süperparamanyetik özellik gösterdiği ve doygunluk mıknatıslığının 6.601 emu/g olduğu belirlenmiştir. İkinci aşamada sentezlenen bu manyetit nanopartiküller (40 nm; Pl=0.194) mikroemülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle metil metakrilat/akrilik asit (PMMA/AAc) ve metil metakrilat/polietilen glikol metakrilat (PMMA/PEG-MA) kopolimerleri ile kaplanmıştır. Komonomer miktarı ve türü, başlatıcı miktarı ve türü, yüzey aktif madde miktarı ve türü, monomer/yüzey aktif madde oranı, manyetit/monomer oranı gibi parametrelerin partikül boy ve boy dağılımına etkileri incelenmiştir. 115 ile 160 nm aralığında ortalama partikül boyuna sahip manyetik yüklü PMMA/AAc- 90/10 kopolimerleri sentezlenmiştir. Sentezlenen bu partiküller FTIR, DSC, TGA, ESR ve VSM yöntemleriyle karakterize edilmiştir. FTIR ve ESR ile polimerik yapı içindeki manyetit varlığı belirlenmiştir. Yapı içindeki manyetitin kopolimerin termal stabilitesini arttırdığı DSC ve TGA ile gösterilmiştir. VSM kullanılarak manyetik yüklü PMMA/AAc-90/10 nanopartikülünün doygunluk mıknatıslığı 3.190 emu/g olarak ölçülmüştür. Anahtar Kelimeler: Manyetik nanopartiküller, manyetit, ikili çöktürme, mikroemülsiyon polimerizasyonu, nanopartiküller Danışman: Prof. Dr. Erhan PİŞKİN, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü. PRODUCTION OF MAGNETIC NANOPARTICLE BASED ON MMA/AAc/PEG-MA BY MICROEMULSION POLYMERIZATION Filiz Sayar ABSTRACT Magnetic nanoparticles are becoming increasingly important for biomedical applications. The aim of this study was to prepare magnetically loaded polymeric nanoparticles which is carrying functional group on their surfaces, in a two-stage process. Firstly, magnetite (FeaCU) nanoparticles were prepared by an aqueous phase coprecipitation method. The effect of pH, temperature, base concentration, stirring rate, Fe27Fe3+ molar ratio on the particle size and size distribution of iron oxide nanoparticles were examined. The average particle diameter of magnetite nanoparticles were measured as 40 nm by Zeta Sizer. Magnetic properties of the nanoparticles were investigated by ESR and Vibrating Sample Magnetometry (VSM). Magnetite nanoparticles exhibited a superparamagnetic behaviour and the saturation magnetization of magnetite nanoparticles were measured as 6.601 emu/g by VSM. Then these nanoparticles (40 nm, Pl:0.1 94) were coated with methyl methacrylate/acrylic acid (PMMA/AAc) and methyl methacrylate/poly(ethylene glycol methacrylate) (PMMA/PEG-MA) copolymers by using microemulsion polymerization method. The effect of the magnetite/monomer ratio, monomer/surfactant ratio, the concentration of the comonomer, initatior and surfactant on the particle size and size distribution of the magnetic PMMA/AAc- 90/10 nanoparticles were examined. The synthesized nanoparticles were characterized by FTIR, DSC, TGA, ESR and VSM. The presence of magnetite nanoparticles in the polymeric structure was confirmed by ESR and FTIR. TGA and DSC results showed that magnetite particles improved the thermal stability of polymeric nanoparticles. The saturation magnetization of magnetically loaded poly(MMA/AAc-90/1 0) nanoparticles were measured as 3.190 emu/g by VSM. Keywords: Magnetic nanoparticles, magnetite, coprecipitation, microemulsion polymerization, nanoparticles. Advisor: Prof. Dr. Erhan PİŞKİN, Hacettepe University, Chemical Engineering Department. 106

PLAZMİD DNA SAFLAŞTIRILMASI İÇİN SİLİKA BAZLI SPESİFİK SORBENTLER Duygu Kurt ÖZ Bu çalışmanın amacı, değerli biyolojik moleküller olan genomik ve plazmid DNA'nın saflaştırılması için silika bazlı sorbentlerin sentezi ve bu amaçla kullanılabilirliklerinin araştırılmasıdır. Bu amaçla yüzeyinde pozitif NH2 grupları bulunan silika bazlı afinite sorbentleri hazırlanmıştır (ortalama çapları: 100-150 um). Silika partiküllerin yüzey modifikasyonu 3- Aminopropiltrimetoksisilan (APTS) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modifiye edilen silika partiküller, optik mikroskop, FTIR ve elementel analiz yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Genomik DNA'nın 3-Aminopropiltrimetoksisilan- silika partiküllere adsorpsiyonu kesikli ve sürekli sistemde incelenmiştir. Son olarak Escherichia-coli bakterisinde üretilen plazmid DNA'nın 3- Aminopropiltrimetoksisilan-silika partiküllere olan adsorpsiyonu sürekli sistemde incelenmiş ve adsorpsiyon sonuçları mevcut ticari kolonla karşılaştırılmıştır. Bulunan sonuçlar şöyle özetlenebilir: Silika partiküllere bağlanan NH2 miktarı 38-60 mmol/g silika aralığında bulunmuştur. Genomik DNA için kesikli sistemde maksimum adsorpsiyon pH 7.0'de gözlenmiş ve 49.1 mg/g olarak bulunmuştur. Sürekli sistemde ise DNA adsorpsiyon kapasitesinin arttığı görülmüştür. Her iki sistemde non spesifik DNA adsorpsiyonu 0.5 mg/g'dır. Genomik DNA desorpsiyon oranı %75'dir. Son olarak 3- Aminopropiltrimetoksisilan-silika partiküllere plazmid DNA adsorpsiyonu incelenmiş ve 205.5 ng/g olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Silika, Plazmid DNA. DNA saflaştırma. Danışman: Prof Dr. Erhan PİŞKİN, Hacettepe Üniversitesi Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Eş Danışman: Prof. Dr. Adil DENİZLİ, Hacettepe Üniversitesi Kimya Bölümü, Biyokimya Anabilim Dalı SILICA BASED SPECIFIC SORBENTS FOR PLASMID DNA SEPARATION Duygu Kurt ABSTRACT The aim of this study is to produce silica based sorbents for purification of piasmid and genomic DNA. For this purpose, silica based affinity sorbents which carriers positive NH2 groups on their surfaces were prepared (average size: 100-150 jim). 3-Aminopropyltrimethoxy-silane were used for surface modification of silica particles. These particles were then characterized by optical microscopy, FTIR and elementel analysis. Adsorption of genomic DNA on 3-Aminopropyltrimethoxy - silica particles were examined in continous and batch systems. Lastly, adsorption of piasmid DNA which is produced from E.coli onto 3-Aminopropyltrimethoxy - silica particles were examined in continous system and adsorption results were compared with commercial columns. The results may be summarized as follows: amounts of NH2 on modified silica surface were found range of 38 - 60 mmol/g silica. Maximum adsorption for genomic DNA was observed at pH 7.0 (up to 49.1 mg/g). Genomic DNA adsorption capacity of the modified silica increased in continous systems. Non - specific DNA adsorption was negligible (0.5 mg/g). Desorption of genomic DNA ratios were achieved % 75. Lastly, adsorption of piasmid DNA on 3-Aminopropyltrimethoxy - silica particles were examined in continous system and was found 205 /ig/g. Keywords: Silica, Piasmid DNA. DNA separation. Advisor: Prof. Dr. Erhan PİŞKİN, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering Co-advisor: Prof. Dr. Adil DENİZLİ, Hacettepe University, Department of Chemistry, Biochemistry Division. töS*** a 71

Biyobozunur doğal ya da sentetik tiölimerier ve bunların hidroksiapatit (HA) ye trikalsiyum fosfat (TCP) ile kompozitleri sert doku onarımında dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır. Çalışma kapsamında iki farklı molekül ağırlığında poli(L-laktat/E- kaprolakton) kopolimeri kalay oktoat katalizörü varlığında azot atmosferinde yığın polimerizasyonu ile sentezlenmiştîr. Kopolimerterin kimyasal yapılan 1H-NMR ye FTIR ariâlizleri ite bulunmuştur. Kopolimerterin ortalama molekül ağırlıkları (Mw) GPC ile tayin edilmiştir. Dsc analizi ile de kopolimerterin termal davranışları anlaşılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında bu kopolimerler HA ve TCP ile karıştınlarak kompozitler hazırlanmış ve bu materyaller süperkritik koşullarda gözeneklendirilmiştir. Çalışma kapsamında, oda sıcaklığına yakın değerlerde dahi oldukça gözenekli biyobozunur polimer ve kompozıt materyaller hazırlanmış ve parametre (özellikle P ve T) - hücre boyu ilişkileri aydınlatılmıştır. Basınç ve sıcaklık gibi önemli parametreler, uygun hücre boyu ve yoğunluğu -^ki bu değerler bozunma zamanını ve mekanik özellikleri doğrudan etkiler- Verecek şekilde optimize edilmiştir. Süperkritik akışkan muamelesinden sonra gözenekli materyallerin gözeneksiz olanlara göre daha hızlı bozunduğu ve mekanik, özelliklerinin de iyileştiği bulunmuştur. Anahtar Kelimeler. Biyobozunur Polîmerier, PLLA, PCt, HA/TCP, Mikroselüler Plastikler, Süperkritik Karbondioksit Biodegradable natural or synthetic polymers with hydroxyapatite (HA) ör tricâfcium phosphate (TCP) can be used as, a filler for bona tissue repair. In this study, two different molecular weight Poly(t4actide/Ğ-capro1actone) copolymers were synthesized by bulk polymerisation by using stannous octoate as thtf catalyst under nitrogen atmosphere. Chemical structures of the copolymers were determined by 1H-NMR and FTIR analysis. Average molecular weights (Mw) of copolymers were identified with CPC. DSC analysis were used to determine, the thermal behavior öf the copolymers; In the second part of the study these copolymers mixed with HA and TCP and these composites were treated under supercritical conditions. In the study, highly porous biodegradable polymers and their comppsites prepared even in near room temperatures and parameters (especially P and T) -cell size relations invastigated. Important parameters such as pressure and temperature were optimised to lead to optimum cell size and density which are directly influence degradation time and Vnechartical properties of such composites. After supercritical treatment, porous materials were, degraded faster than n©h~ porous ones and mechanical properties of these materials were improved. Keywords: Biodegradable Polymers, PLLA, PCL, Microcellular Plastics, Supercritical Carbon dioxide 74

ÖZET Bu çalışmada dallanmış ve doğrusal polimerlerden hazırlanan polilaktik asit filmlerinin özelliklerine işleme koşullarının etkileri araştırılmıştır. İşleme koşullarına bağlı olarak ortotrombik a (a=10.6, b=6.1 and c=28.8Â) veya ortotrombik p (a=10.31, b=18.21 and c=9.00Â) olmak üzere iki kristal yapısına ulaşılmıştır. P yapısının erime sıcaklığı a yapısının erime sıcaklığından 10°C daha düşüktür, ki bu da beta yapısının daha kararlı olduğu anlamına gelir. Sonuçlarımız, kauçuğumsu sıcaklıklarda gerilmenin kabaca üç kademeli yapısal düzen içinde olduğunu göstermiştir. Düşük derecelerde deformasyon, yüksek düzende amorf bölgelerin oluşmasına yol açmıştır. Orta derecede germe ise, düzenli fakat bozuk `meso` yapılarını ortaya çıkarmıştır. Sonraki adımda, bu bozuk `meso` yapılar üç boyutlu düzenli kristal yapılara dönüşmüştür. Oluşan bu kristal faz p kristal formunda olup zincirler 3 ı uzatılmış helikal konformasy ondadır. Tavlama sırasmda; eğer kristal yapı germe basamağında oluşmuşsa, yapının gevşemesi sonucu p kristallerinin a kristallerinin şekline dönüştüğü gözlenmiştir. Germe basamağında yüksek deformasyon derecelerinde, p kristal formu kararlı kalmış ve a kristal formuna dönüşmemiştir. 11 ABSTRACT In this work, the effects of processing conditions on the properties of the poly(lactic acid) films prepared from branched and linear polymers are studied. Depending on the processing conditions, two crystal structures, namely pseudoorthorhombic a structure (a=10.6, b=6.1 and c=28.8Â) and pseudoorthorhombic p structure (a=10.31, b=18.21 and c=9.00Â) were obtained. The beta structure has melting temperature 10°C below the melting temperature of the a structure, which means that the beta structure is somewhat less stable than the structure. Our results indicate that stretching at rubbery temperatures results in roughly `three stage` structural ordering. Low levels of deformation caused the formation of highly oriented amorphous domains. Intermediate levels of stretching resulted in the appearance of oriented, but distorted `meso` structures. In the later stages, this disordered `meso` structure was converted to three dimensionally ordered crystalline structure. The crystalline phase was found to be in p crystal form where the chain possesses 3i extended helical conformation. It was observed that when the crystalline structure has formed in the stretching stage, the p crystals convert to the a crystalline form due to relaxation at the annealing process. At high deformation levels at the stretching stage, the P crystals remained stable and did not convert to the a crystalline form. 160

ÖZET Bu çalışmanın amacı yönlendirilmiş doku yenilenmesinde membran olarak kullanılmak üzere farklı elastik özelliklere sahip kopolimer membranlann hazırlanmasıdır. L-laktat ve e-kaprolaktonun homo ve kopolimerleri, katalizör olarak kalay oktoat kullanılarak azot ortamında yığın polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Monomer oranlan değiştirilerek farklı özelliklerde kopolimerler elde edilmiştir. Sentezlenen kopolimerlerin kimyasal yapısı FTIR ve 'H-NMR ile belirlenmiştir. NMR sonuçlanndan gerçek kopolimer oranlan hesaplanmış ve reaktivitesinin fazla olması nedeniyle kopolimerdeki L-laktat oranının başlangıçtaki oranına göre arttığı bulunmuştur. Kopolimerlerin ortalama molekül ağırlıklan Jel Geçirgenlik Kromotografisi (GPC) ve viskozimetrik yöntemler ile tayin edilmiştir. Bulunan ağırlıkça ortalama molekül ağırlıklan (Mw): 52000- 61000 ve heterojenlik indeksleri 1.48-2.25 aralıklanndadır. Sentezlenen kopolimerlerin ısıl davramşlan DSC ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar kopolimerde kaprolakton oranının artması ile kopolimerin camsı geçiş sıcaklığının düştüğünü göstermiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde sentezlenen kopolimerlerden çözücü döküm yöntemi ile 0.5um kalınlığında gözeneksiz ve mikrogözenekli membranlar hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlann mekanik özelliklerine bakılmış ve kopolimerdeki kaprolakton oranının artması ile sertlik modülünün ve akma veriminin azaldığı buna karşılık yüzde uzama miktannın arttığı bulunmuştur. Membranlann in vitro bozunma davramşlan 4 hafta boyunca izlenmiştir. Bu amaçla membranlar vücut sıcaklığı (37°C) ve pH (7.4)'mda Ringer çözeltisine konulmuştur. Bozunma boyunca molekül ağırlıklanmn azalma gösterdiği ve 4. Hafta sonunda ağırlıkça ortalama molekül ağırlıklanmn (Mw): 23000-50000 arasında olduğu bulunmuştur.Bozunma ilerledikçe kopolimerlerin heterojenlik indeksleri ise artış göstermiştir. Bozunma boyunca kopolimerlerin mekanik özelliklerinde de değişme olduğu yapılan testler ile gösterilmiştir. Kırılganlıklarının artması nedeni ile yüzde uzama miktarı ve akma verimi azalmış buna karşılık sertlik modülü artmıştır. Anahtar Kelimeler: Biyobozunur Polimerler, PLLA, P-s-CL, Membran, Yönlendirilmiş Doku Yenilenmesi. ABSTRACT The aim of this study is to prepare copolymeric membrane with different elastic properties which will be used as barrier membrane for guided tissue regeneration. Homo and copolymers of L-lactide and e-caprolactone were synthesized by bulk polimerization by using stannous octoate as the catalyst under the nitrogen atmosphere. Copolymers with different properties were obtained by changing monomer ratios. Chemical structures of the copolymers were determined by FTIR and 'H-NMR analysis. Copolymer ratios were calculated from 'H-NMR results, it was found L-lactide ratio in the copolymer was higher than its initial ratio because of the higher reactivity of lactide. Average molecular weights (Mw) of copolymer were identified both with Gel Permation Chromotography (GPC) and viscosimetric method. Weight average molecular weigths of copolymers and polydispersity index were in the range of 52000-61000 and 1.48-2.25, respectively. DSC analysis were used to determine the thermal behavior of the copolymers. Results show that glass transition temperature (Tg) of copolymers were decreased with increasing e- caprolactone ratio. In the second part of the study, 0.5 um thick nonporous and microporous membrane were prepared from these copolymers by using solvent casting method. These membranes were tested mechanically and it was observed yield stress and Young modulus decreased while percent elongation increased, with increasing s- caprolactone ratio. In vitro degradation of the membranes were followed 4 weeks. For this purpose membranes were kept in Ringer solution at body temperature (37°C) and pH (7.4). Average molecular weights decreased during the degradation. At the end of the 4 weeks, the weight average molecular weights were found in the range of 23000-50000. Polydispersity indexes were increased with progressingm degradation. It was also show that mechanical properties of the copolymers were changed during the degradation. It was observed that the membranes became brittle, percent elongations and yield stress decreased while Young modulus increased. Key words: Biodegradable Polymers, PLLA, P-e-CL, Membrane, Guided Tissue Regeneration. 75

Özet Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyodegrade olabilen polimerlerin en önemli dezavantaj lan hidrofilik karakterleri, hızlı degradasyon süreleri ve, bazı durumlarda özellikle nemli çevrelerde, yetersiz mekanik özellikleridir. Bu probleme alternatif bir çözüm, kimyasal modifikasyonla materyallerin su alabilme kapasitelerini düşürmek ve mekanik özelliklerini geliştirmektir. Bu çalışmada üç değişik nişasta-bazlı blend polimer I) nişasta-etilen-co-vinil alkol (SEVA-C); ii) nişasta-selüloz asetat (SCA) ve iii) nişasta- poly-s-kaprolakton (SPCL), zincir çapraz bağlanmasıyla kimyasal modifiye edilmiştir. Bu modifikasyon, nişastanın hidroksil (-OH) gruplarıyla TriSodyumTrimetaFosfat arasındaki reaksiyon temeline dayanır. Elde edilen bileşikler, FTIR sonuçlarının fiziksel özelliklerle birlikte orjinal materyallerin özellikleriyle karşılaştırılması suretiyle yorumlanmıştır. ilk olarak çapraz bağlanma, çözünürlük testi ile belirlenmeye çalışıldı. Bilindiği gibi çapraz bağlı polimerler üç boyutlu yapılarından dolayı çözünmezler. Daha sonra, çapraz bağlanma reaksiyonunun gerçekleşip gerçekleşmediği, muamele görmemiş (orjinal) materyallerle reaksiyona sokulmuş materyallerin FTIR spektrumlannın karşılaştınlmasıyla belirlenmeye çalışıldı. Çapraz bağlanmadan sonra materyallerin spektrumlanndaki değişimlerden yola çıkılarak ve bu değişimlerin spektralardan spesifik çapraz bağlayıcı ajandan gelen (P=0)çekme ve (P-0)çekme bantlarının sinyal aralığında olduğu yorumlanarak reaksiyonun olduğu tahmin edilmiştir. Ayrıca -OH intensitesindeki azalma, bu grupların reaksiyona katıldığı şeklinde yorumlanmıştır. Ayrıca çapraz bağlanma kütlece %' sinin hesaplanması reaksiyonun yüksek dereceden çapraz bağlanmayla sonuçlandığım göstermiştir. Su alma derecesi, çapraz bağlanmayla birlikte materyallerin su-alma kapasitelerinde % 15 'e varan azalmala olduğunu göstermiş ve buna paralel olarak mekanik ve degradasyon testleri sonucunda degradasyon hızı daha düşük, daha sert materyaller elde edildiği bulunmuştur. Bunların dışında, temas açısı ölçümleriyle de yüzey enerjisi daha fazla materyallerin elde edildiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Nişasta-bazlı blendler, nişasta-etilen-co-vinil alkol, nişasta-selüloz asetat, nişasta-poly-8-kaprolakton, çapraz bağlanma, kimyasal modifikasyon. IV ABSTRACT The main disadvantages of biodegradable polymers obtained from renewable sources are their dominant hydrophilic character, fast degradation rate and, in some cases, unsatisfactory mechanical properties particularly under wet environments. One possible solution to this problem is to reduce the water-uptake ability of these materials and to enhance the respective mechanical behaviour by chemical modification. In this work, three starch based blends with: i) a copolymer of ethylene and vinyl alcohol (SEVA-C), ii) cellulose acetate (SCA), and iii) poly-s-caprolactone (SPCL); were chemically modified by chain crosslinking. This modification is based on the reaction between the starch hydroxyl groups and tri-sodium tri-meta phosphate. The obtained compounds were characterized by FTIR and the respective properties were assessed and compared to the original materials by means of the hydration degree, the degradation behaviour, contact angle measurements and mechanical testing. Firstly, the crosslinking reaction was tried to determine by solubility test, as known crosslinked polymers do not dissolve because of their 3D structure. Then the occurance of the crosslinking reaction was tried to determine by comparing the FTIR spectra of both reacted and non-reacted samples. The P=Ost and P-Ost vibrations were concluded as a result of changes in specific fosforous region in spectras after crosslinking. In addition, decreasing in the -OH intensity was concluded that the -OH groups have participitated to the reaction. After that the crosslinking mass percentage determination results showed that the crosslinking reaction was ended with high percantage of crosslinking. The water uptake results showed that the water-uptake of these blends could be reduced up to 15 % simultaneously suffer materials with a less pronounced degradation rate can be obtained by crosslinking according to the results of mechanical and degradation tests. Beside that the contact angle measurements showed that the surface energy of the materials were increased by crosslinking. Key words: Starch-based blends, ethylene and vinyl alcohol, cellulose acetate, poly-e- caprolactone, crosslinking, chemical modification. 67

ÖZET Sunulan çalışmada, yumuşak doku dolgu/örtü materyalleri hazırlanmıştır. Bu amaçla poli (D,L-laktat) (PDLLA) polimeri kullanılmıştır. PDLLA, D,L-laktat dimerinin kalay oktoat katalizörlüğünde, halka açılması polimerizasyonu ile azot atmosferinde, 180°C'de sentez edilmiştir. Polimerizasyon 5 saat sürmüştür. Polimer oluşumu FTIR, NMR ve DSC ile gösterilmiştir. Sentezlenen PDLLA amorf yapıda olup, 54-5 7°C civarında bir camsı geçiş sıcaklığına sahiptir. Farklı molekül ağırlığına sahip PDLLA polimerleri elde edebilmek için dimer/katalizör oranı 5000-50000 aralığında değiştirilmiştir. Polimer ortalama molekül ağırlıkları ve molekül ağırlığı dağılımları, viskozite ölçümleri ve GPC ile bulunmuştur. PDLLA polimerleri `ıslak çekme` ve `eriyikten çekme` metodlan ile fiber haline getirilmişlerdir. İlk yöntem ile hazırlanan fiberlerin in vivo ve in vitro degradasyon çalışmaları ve cytotoxisite deneyleri yapılmıştır. Her iki durumda da, degradasyonun enzimatik değil, hidrolitik olduğu bulunmuştur. Cytotoxisite sonuçlan fiberlerin toksik bir etki vermediğini göstermektedir. Bu yöntem ile elde edilen fiberlerin mekanik dayanımlarının çok düşük olduğu gözlenmiştir. Eriyikten çekme yöntemi ile hazırlanan fiber ve matrikslerin mekanik özellikleri önceki yönteme göre kayda değerdir. Matrikslerin biyolojik uyuşabilirliğini arttırmak için, yüzeylerine elastin proteinleri (ESP) bağlanmıştır. Plazma polimerizasyon sistemi kullanılarak matrikslerin yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. PDLLA matriksler plazma reaktöründe argon gazı ve etilen-diamin monomeri ile etkileştirilmişlerdir. Burada farklı plazma süreleri (1, 5, 10 dak.) ve güçlerinin (5, 10, 20 W) bağlanmaya etkisi araştırılmıştır. Etilen-diamin kullanıldığı durumda, matriksler muameleden hemen sonra glutaraldehit çözeltisine daldırılmışlardır. Her iki durumda da muamele görmüş malzemeler içlerinde farklı derişimlerde (2,5-10 mg/ml) ESP bulunan çözeltilere daldırılmıştır. En yüksek bağlanmaya etilen-diaminin monomer olarak kullanıldığı durumda ulaşılmıştır. Aynı zamanda bağlanma homojendir. Burada plazma süresi, gücü ve ESP derişimi sırasıyla 5 W, 10 dak. ve 10 mg/ml' dir. Bu durum göz önüne alınarak, EDA kullanılarak hazırlanan ESP-PDLLA matrikslere elastin bağlanması araştırılmıştır. SEM fotoğrafları, PDLLA matrikslerin yüzeylerinde meydana gelen değişimleri (argon/etilen-diamin plazmasından önce ve sonra, aynı zamanda ESP/elastin bağlı olduğu durumlarda) açıkça göstermektedir. ABSTRACT In this study, we attempted to develop a novel soft tissue filling and/or dressing material. The homopolymer of poly (D,L-lactide) was synthesized by the ring- opening polymerization of D,L-lactide in bulk at 1 80°C under nitrogen atmosphere. Stannous octoate was used as the catalyst. The dimer/catalyst ratio was changed for synthesizing polymers with different molecular weights. These polymers were characterized by FTIR, DSC, viscosity and GPC measurements. The PDLLA polymers were processed into fibers by two techniques, namely, `wet spinning` and `melt spinning`. The PDLLA fibers prepared by wet spinning process, were tested for cytotoxicity. Also their in vitro and in vivo degradations were investigated. In melt spinning process, the polymer was extruded into fiber form by using an extruder and a die. The polymeric matrices were also prepared by using the same technique. Their mechanical properties were investigated. In order to increase the biocompatibility of the PDLLA matrices, biological modification was performed by elastin derived proteins (ESP). ESP immobilization was achieved by using a novel technique, the so-called glow-discharge treatment. Two alternative glow-discharge treatment methods were applied to incorporate (immobilize) ESP on the PDLLA matrix surfaces. In the first method, the PDLLA matrices were treated in an inert gas (i.e., argon) plasma created in the glow-discharge reactor. In the second approach, the PDLLA matrices were placed in the glow-discharge reactor, and then treated in an active monomer (i.e., ethylene diamine, EDA) plasma. In this procedure, the PDLLA matrices were first treated in the EDA plasma, and then were simply incubated in the glutaraldehyde solution. The glow-discharge treatment power and time were changed in order to see the effects of the treatment conditions on modification. These treated matrices were then immediately immersed in the aqueous solutions containing different amounts of ESP. Maximum ESP immobilizations were achieved in the case of EDA plasma treatment. Following this information, the elastin adsorption onto the PDLLA matrices modified by EDA plasma (carrying also ESP) was also investi gated. In order to show the changes on the surfaces, Scanning Electron Micrographs of the PDLLA surfaces were taken before and after argon/EDA-glow-discharge treatment and ESP/elastin immobilizations. 111

ÖZET Poli(HEMA-EGDMA) mikrokürelere metal şelatör olarak boya-ligand Cibacron Blue F3GA kovalent olarak bağlanmıştır. Boya yapısındaki triazin halkasına bağlı klor atomu ile polimer zincirindeki hidroksil grupları nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonuna girerek HCI çıkışı ile eter bağı oluşturmuşlardır. Polimerik mikrokürelere maksimum bağlanan boya miktarı 16.5 pmol Cibacron Blue F3GA/g polimer'dir. Boya takılı polimerik mikrokürelere protein molekülleri ile şelat etkileşimine girebilmesi amacıyla Zn(ll) iyonları adsorplanmıştır. Zn(ll) yüklü (189.6 umol Zn(ll)/g polimer) bu mikrokürelere dolgulu kolon sisteminde sulu çözeltilerden ve insan plazmasından albumin adsorpsiyonu incelenmiştir. Albumin adsorpsiyon kapasitesi akış hızının artması ile azalmıştır. Albumin adsorpsiyonu oldukça hızlı olup yaklaşık olarak 60 dakikada denge adsorpsiyon süresine ulaşılmaktadır. Çözelti fazındaki albumin konsantrasyonu da adsorpsiyonu etkileyen önemli bir parametredir. Albumin konsantrasyonunun artması ile adsorpsiyon artmış ve 2.0 mg/ml değerinden sonra platoya ulaşılmıştır. Maksimum albumin adsorpsiyon kapasitesi 128 mg BSA/g polimer'dir. Maksimum protein adsorpsiyonu albuminin izoelektrik noktası olan pH 5.0 değerinde gözlenmiştir. İnsan plazması ile çalışıldığında ise adsorpiyon kapasitesinin daha da arttığı bulunmuştur (215 mg HSA/g polimer). Adsorplanan protein moleküllerinin desorpsiyonu için 1.0 M NaSCN tuzu kullanılmış ve desorpsiyon oranlarının oldukça yüksek olduğu görülmüştür (% 90). ABSTRACT Affinity dye-ligand Cibacron Blue F3GA, was covalently coupled with the poly(EGDMA- HEMA) microbeads via the nucleophilic reaction between the chloride of its triazine ring and the hydroxyl groups of the HEMA under alkaline conditions. The microbeads carrying 16.5 umo l Cibacron Blue F3GA per gram polymer was incorporated with Zn(ll) ions. Zn(ll) loading was 189.6 umol/g. Cibacron Blue F3GA-Zn(ll) attached affinity sorbent used to albumin adsorption from aqueous solutions and human plasma in a packed-bed column. BSA adsorption capacity of the microbeads decreased with an increase in the recirculation rate. High adsorption rates were observed at the beginning, then equilibrium was gradually achieved in about 60 min. The BSA concentration in the mobile phase was also effective on adsorption. BSA adsorption was first increased with BSA concentration, then reached a plateau which was about 128 mg BSA/g. The maximum adsorption was observed at pH 5.0 which is the isoelectric pH of BSA. Higher human serum albumin adsorption was observed from human plasma (215 mg HSA/g). High desorption ratios (over 90 % of the adsorbed albumin) were achieved by using 1.0 M NaSCN (pH 8.0) in 30 min. 47

özet ÖZET Bu çalışmada yüksek molekül ağırlığında glikolik/laktik asit homo ve kopolimerler sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve enjeksiyon ile fiber formuna getirilmiştir.îlk basamakta glikolik/laktik asit monomerlerinden glikolat/laktat dimerlerinin sentezlenmiştir. Bu proses laktik/glikolik asitten antimon trioksit katalizörü varlığında düşük molekül ağırlıklı glikolik asit/laktik asit polimerinin eldesi ve elde edilen polimerin depolimerizasyon yoluyla laktat/glikolat dimerlerini oluşturması şeklinde tanımlanan iki basamaklı bir proses ile gerçekleştirilmiştir. Dimer oluşumu DSC, Kl'lK. ve polarimetre ile gösterilmiştir. Sentezlenen dimerlerin yapısal ve termal analizleri literatürde verilen değerlerle benzerlik göstermektedir. Bu dimerler kullanılarak laktat/glikolat homo ve kopolimerleri halka açılması polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Polimerizasyon katalizörü olarak kalay oktoat ve katalizör aktivatörü olarak lauril alkol kullanılmıştır. Sentezlenen polimerler FTIR, DSC ve TGA ile karakterize edilmiştir. Molekül ağırlıkları GPC ve viskozimetrik bulunmuştur. Yüksek molekül ağırlığındaki polimerler elde edebilmek amacıyla polimerizasyon sıcaklığı, katalizör ve katalizör aktivatörünün miktarları ve polimerizasyon süresi değiştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, polimerizasyon sıcaklığı dimerlerin erime sıcaklığına yalan olduğunda ve polimerizasyon süresi arttırıldığında, optimum kalay oktoat ve lauril alkol konsantrasyonunda yüksek molekül ağırlıklarına ulaşıldığı tesbit edilmiştir. Bu çalışmada ulaşılan en yüksek molekül ağırlığı PDLLA için 480000' dir. Sentezlenen ve karakterize edilen polimerler enjeksiyon ile fiber formuna getirilmiştir. Fiber çekme çalışmaları PDLLA ile yapılmıştır. Çekme sıcaklığı 60°C'ta sabit tutulmak üzere çekme hızı değiştirilerek farklı çaplarda fiberler elde edilmiştir. Fiber kalınlığı mikrometre ve mekanik dayanıklılığı germim ölçer (ekstensometre) ile ölçülmüştür. Fiberlerde molekül ağırlığı arttıkça kopma noktasındaki uzama miktarının azaldığı ancak kopma noktasındaki yük miktarının arttığı gözlenmiştir. Fiber çapı arttıkça gelinimin azaldığı tesbit edilmiştir. Bu uzatma işleminin mekanik dayanıklılık üzerindeki etkisini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Laktat/glikolat homo ve kopolimerler, Sentez, Ameliyat İplikleri, Fiber çekme Summary SUMMARY In this study, we attempted to synthesize high molecular weight poly(glycolide/lactide) homo and copolymers for use as suture materials. Firstly, lactide/glycolide dimers were synthesized from lactic/glycolic acid monomers. This proses consists of two steps: synthesis of low molecular weight polymers and depolymerization by heat treatment Dimer formation was confirmed by FTIR, DSC and polarimetry. Poly (lactide/glycolide) homo and copolymers were synthesized by ring opening polymerization of cyclic dimers. Stannous octoate was used as catalyst and laurly alcohol was used as chain control agent Formation of polymers were confirmed by TGA, FTIR and DSC. Molecular weight of polymers were determined by GPC and viscosimetry. In order to obtain high molecular weight polymers, polymerization temperature, polymerization time, concentration of catalyst and catalyst activator was changed. Results showed that polymerization is completed within 24 hours. Molecular weight increased with decrease the initiator concentration. In this study we able to reach high molecular weights up to 480000. This polymers were injected as monofilament fibers, then fibers were collected on a glass bobbin. Fiber drawing proses was realized when the temperature was maintained at 60 °C. Fibers having different diameters were obtained by changing the drawing rate. Fiber diameter was measured by micrometer and mechanical strength was measured by extensometer. When molecular weight of PDLLA was increased, amount of load at break increased but elongation at break decreased. When the diameter of fiber increased, mecanical strength of fibers were decreased. This result was showed the effect of drawing. Key Words: Poly(lactide/glycolide) homo and copolymers, Synthesis, Sutures, Fiber formation 59

özet ÖZET Bu çalışmanın amacı değerli biyolojik moleküllerin immobilizasyonu ve izolasyonu için akrilat bazlı biyospesifik sorbentlerin sentezi ve uygulamalarının araştırılmasıdır. Bu amaçla mikron boyutta eşboyutlu polimetilmetakrilat (PMMA) mikroküreler seçilmiştir. Çalışmamn ilk kısmında, mikron boyutta eşboyutlu polimetilmetakrilat mikroküreler dispersiyon polimerizasyonu prosesi ile üretilmiştir. Dispersiyon polimerizasyonu etil alkol/su ortamında, başlatıcı ve stabilizör olarak sırasıyla azobisizobutironitril ve polivinilpirolidon kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Seryum amonyum nitrat, uygulanan polimerizasyon yönteminde yardıma stabilizör olarak kullanılmıştır. Polimerizasyon parametrelerinin, PMMA mikrokürelerinin ortalama boy ve boy dağılımı özelliklerine ve mikroküre verimine etkileri çalışılmıştır. Bu amaçla; başlaücı derişimi, birincil ve yardımcı stabilizör derişimleri, monomer/dağıtma ortamı ve alkol/su hacimsel oranlan değiştirilmiştir. Başlaücı derişimi ve alkol/su oranının artmasıyla, birincil ve yardımcı stabilizör dterişimlerinin azalmasıyla oluşan mikrokürelerin ortalama boyunun arttığı gözlenmiştir. Eşboyutlu PMMA mikroküreler, stabilizör olarak polivinil alkol varlığında da üretilmiştir. Bu mikroküreler, seçilmiş biyolojik moleküllere karşı hassas olan spesifik ligandlann immobilizasyonunda uygulanan aktivasyon prosesi için daha iyi yüzey özellikleri göstermiştir. Stabilizör olarak PVAL ile üretilmiş PMMA mikroküreler, periodat yöntemiyle sulu ortamda aktive edilmiştir. Optimum sodyum periodat derişimi 1 mg/ml olarak bulunmuştur. Farklı alkil zincir uzunluklarında çeşitli diamino bileşikleri (amonyum hidroksit, etilen diamin, hekzametilen diamin) uzatma kolu olarak seçilmiş ve aktive mikrokürelerle etkileştirilmiştir. Son olarak, mikroküre yüzeyine kovalent olarak takılmış diamin bileşiğinin serbest amin gruplarına glutaraldehit bağlanmıştır. Aktive PMMA mikrokürelerin yüzeylerine immobilize edilecek model protein olarak Glukoz oksidaz (GOD) enzimi seçilmiştir. Optimum immobilizasyon sıcaklığı, pH'sı ve süresi sırasıyla 30°C, 6.0 ve 60 dakika olarak bulunmuştur. Uzatma kolu türü ve derişimi ile glutaraldehit derişiminin, immobilize enzim miktarına ve aktivitesine etkileri çalışılmıştır. PMMA mikroküreler üzerinde immobilize GOD miktarı, sulu immobilizasyon ortamında GOD derişiminin artmasıyla artmıştır. Ancak immobilize GOD için en yüksek aktivite, belli bir immobilizasyon miktarında elde edilmiştir. Immobilize enzim miktarında daha fazla bir artış, aktivitede belirgin bir düşüşe neden olmuştur. En yüksek immobilize enzim aktivitesi 30°C'de ve pH 6.0 ortamındaözet gözlenmiştir. Immobilize enzimin kinetik davranışı Michaelis-Menten bağıntısı ile tanımlanmıştır. Km ve Vmak değerleri serbest enzim için sırasıyla 7.9 mM ve 66.29 mM/dak iken immobilize enzim için aynı değerler 12.1 mM ve 21.09 mM/dak olarak bulunmuştur. Çalışmanın son bölümünde değerli bir biyolojik molekül olan protein A, uzatma kolu ve glutaraldehit takılmış, aktive PMMA mikrokürelere kovalent olarak bağlanmıştır. Aktivasyon koşullan, enzim immobilizasyon çalışmalarından elde edilen bilgilere göre belirlenmiştir. Aktive PMMA mikrokürelere protein A'nın kovalent olarak bağlanması pH 9.5 borat tamponu ortamında gerçekleştirilmiştir. Protein A'nm sulu faz derişiminin kovalent bağlanma üzerine etkisi, protein A derişiminin 0.05-0.40 mg/ml aralığında değiştirilmesi ile incelenmiştir. PMMA mikrokürelere kovalent olarak bağlanan maksimum protein A miktarı, 0.615 mg protein A/g polimer olarak bulunmuştur. Immobilize protein A, PMMA mikrokürelere HlgG bağlanması için spesifik ligand olarak kullanılmıştır. Protein A taşıyan PMMA mikrokürelere, insan kan plazmasından alman HlgG kovalent olarak bağlanmış ve maksimum bağlanma miktarı 32.1 mg HlgG/ g polimer olarak bulunmuştur. Son olarak Protein A takılı PMMA mikroküreler, kolesterolün insan kan plazmasından seçici olarak uzaklaştırılması amacıyla spesifik sorbent olarak kullanılmıştır. însan kanıyla yapılan spesifik adsorbsiyon deneyleri, Protein A takılı PMMA mikrokürelerin maksimum adsorbsiyon kapasitesinin 4.2 mg kolesterol/g polimer olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler. Dispersiyon Polimerizasyonu, Yüzey modifikasyonu, Protein îmmobilizasyonu Abstract ABSTRACT Hie aim of this study is the synthesis of the acrylate based biospesific sorbents for the isolation and immobilization of valuable biological molecules and to investigate the possible applications of these materials. Monodisperse poly(methylmethacrylate) (PMMA) microspheres in micron-size range were selected as the polymeric base material for the realisation of this purpose. In the first part of the study, monodisperse poly(methylmethacrylate) microspheres in micron size range were produced by dispersion polymerization process. The dispersion polymerizations were carried out in ethyl alcohol-water media by using azobisizobutironitrile and polyvinylpyrollidone as the initiator and the stabilizer, respectively. Cerium amonnium nitrat was proposed as the auxiliary stabilizer in the developed polymerization method. The effect of polymerization variables on the average size and size distribution properties of the PMMA microspheres and on the microsphere yield were studied. Initiator, primary and auxiliary stabilizer concentrations monomer/dispersion medium and alcohol/water volumetric ratios were changed for this investigation. The results indicated that, the average size of the resultant microspheres increased with the increasing initiator concentration and alcohol/water ratio and the decreasing concentrations of primary and auxiliary stabilizers. The monodisperse PMMA microspheres were also produced in the existence of polyvinyl alcohol) as the stabilizer. This kind of microspheres exhibited better surface properties for the activation process applied for immobilization of specific ligands sensitive to the selected biological molecules. The PMMA microspheres produced with PVAL as the stabilizer were activated by periodate method in an aqueous medium. The optimal sodium periodate concentration was determined as 1 mg/ml. Various diamino compounds with different alkyl chain lengths (i.e` amonnium hydroxide, ethylene diamine and hexamethylene diamine) were selected as spacer-arm and introduced onto the activated microspheres. Finally, glutaraldehyde was coupled onto the free amine groups of the diamine compounds covalently attached onto the microsphere surface. An enzyme, glucose oxidase (GOD) was selected as the model protein to be immobilized on the surface of activated PMMA microspheres. The optimal immobilization temperature, pH and time were found as 30°C, 6.0 and 60 minutes, respectively. The effects of the type and concentration of spacer-arm and the concentration of glutaraldehyde on the immobilized amount of enzyme and the activityAbstract of immobilized GOD were studied. The immobilized amount of GOD on the PMMA microspheres increased with increasing GOD concentration in the aqueous immobilization medium. But, the highest activity for immobilized GOD was obtained at a certain immobilized amount. The further increase in the immobilized amount of enzyme resulted a significant decrease in the activity. The highest activity of the immobilized enzyme was observed at 30°C and in the medium having pH 6.0. The kinetic behavior of the immobilized enzyme was described by Michaelis-Menten relation. Km and Vmax values were estimated as 12.1 mM and 21.09 mM/min, respectively, while the corresponding values for free enzyme were 7.9 mM and 66.29 mM/min. In the last part of the study, a valuable biomolecule, protein A was covalenüy attached onto the activated, spacer-arm and glutaraldehyde attached PMMA microspheres. The activation conditions were determined according to the information obtained by the enzyme immobilization studies. The covalent attachment of protein A onto the activated PMMA microspheres were conducted in borate buffer medium having pH 9.5. The effect of aqueous phase concentration of protein A on the covalent attachment was investigated by changing protein A concentration in the range of 0.05-0.40 mg/ml. The maximum amount of protein A covalently attached onto the PMMA microspheres was found as 0.615 mg protein A/g polymer. Immobilized protein A was utilized as a specific ligand for HIgG attachment onto the PMMA microspheres. The maximum amount of HIgG covalently attached onto the protein A carrying PMMA microspheres from human plasma was determined as 32.1 mg HIgG/ g polymer. Finally protein A attached PMMA microspheres were used as specific sorbent for selective removal of cholesterol from human plasma. The specific adsorption experiments with human blood indicated that 4.2 mg cholesterol/g polymer was obtained as the maximum adsorption capacity of the protein A attached PMMA microspheres. Key words : Dispersion Polymerization, Surface Modification, Protein Immobilization 89

özet ÖZET Sunulan çalışmanın amacı, ilaç (rifampicin) yüklü poli(D,L-laktat) (PDLLA) homo ve bunun poli(etilenglikol) (PEG) ile kopolimerlerinden oluşan mikrokürelerin hazırlanmasıdır. PDLLA homopolimerleri D,L-laktat dimerinin katalizör olarak kalay klorür (SnCİ2-2H20) katalizörü kullanarak, zincir açılması polimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Farklı molekül ağırlığındaki, PDLLA homopolimerleri ile ticari olarak temin edilen PEG ile reaksiyona sokulmuş ve transesterifikasyonla PDLLA/PEG kopolimerleri sentezlenmiştir. PDLLA ve PDLLA/PEG homo ve kopolimerlerin ortalama molekül ağırlıklan ve molekül ağırlığı dağılımları, viskozimetrik ve GPC yöntemleriyle bulunmuştur. Polimerler FTIR ve DSC ile de karakterize edilmiştir. PDLLA ve PDLLA/PEG polimerlerinin sayıca ortalama molekül ağırlıklan 9500 ile 23500 arasında değişmektedir. PDLLA ve PDLLA/PEG'lerin camsı geçiş sıcaklıkları, sırasıyla 54-57°C ve 45-50°C aralığındadır. PDLLA ve PDLLA/PEG homo ve kopolimerlerinden, `çözücü buharlaştırma` yöntemiyle mikroküreler hazırlanmıştır. Mikrokürelere, partikül oluşumu sırasında bir model ilaç (rifampicin) yüklenmiştir. Mikrokürelerden ilaç salımı ve mikrokürelerin degredasyonu 37°C ve pH: 7.4'de sulu ortamlarda incelenmiştir. Mikroküre boyutları ve ilaç yüklemesi çözücü/polimer oranının ve kopolimer PEG içeriğinin artması, ve ilaç/polimer oranı ve kullanılan PDLLA molekül ağırlığının azalmasıyla azaldı. Buna karşın, salman ilaç miktarı, çözücü/polimer oranının ve kopolimer PEG içeriğinin artması, ve ilaç/polimer oram ve kullanılan PDLLA molekül ağırlığının azalmasıyla arttı. Mikrokürelerin sulu ortamda degredasyonu yığın degredasyon ile oldu. PDLLA molekül ağırlığının azalması ve PEG içeriğinin artmasıyla degredasyon hızlandı. Abstract 11 ABSTRACT The aim of this study is to prepare drug (i.e., rifampicin) loaded microspheres made of poly(D,L-lactide) (PDLLA) homopolymers or PDLLA/PEG (polyethylene glycol) copolymers. PDLLA homopolymers were synthesized by the ring opening polymerization of the dimer (i.e., D,L-lactide) with SnCİ2.2H20 as the catalyste. PDLLA/PEG copolymers were produced by transesterification of PDLLA homopolymers with different molecular weights with commercial PEG. Average molecular weights and the molecular weight distributions were obtained by viscosimetry and by GPC. Polymers were also characterized by FTIR and DSC. PDLLA and PDLLA/PEG homo and copolymers with different molecular weights ranging from 9500 to 23500 (number average) were synthesized. The glass transition temperatures of PDLLA and PDLLA/PEG were in the range of 54-57°C and 45-50°C, respectively. Microspheres were prepared by a `solvent evaporation` technique from both PDLLA and PDLLA/PEG homo and copolymers. A model drug (rifampicin) was loaded within the microspheres during particle formation. Drug release and degradation of the microspheres were investigated in aqueous medium at 37°C and pH:7.4. Both microsphere size and drug loading were decreased by an increase in the solvent/polymer ratio and PEG content, and by a decrease in the drug/polymer ratio and PDLLA molecular weight. However, drug release was decreased by a decrease in the solvent/polymer ratio and PEG content, and by an increase in the drug/polymer ratio and PDLLA molecular weight. Degredation of the microspheres in aqueous medium was bulk-degredation. 84

ÖZET Bu araştırmanın amacı, kandaki glikoz derişiminin ölçümünde kullanılacak sandviç türü bir glikoz oksidaz elektrot geliştirilmesidir. Pt-Ag/AgCİ amperometrik esaslı bir elektrod kullanılmıştır. Tanıyıcı tabaka, sandviç benzeri bir yapıda, yangeçirgen iki membran araşma yerleştirilmiş bir enzim tabakasından oluşturulmuştur. Araştırmanın ilk bölümünde çözücü döküm yöntemiyle değişik gözenek yapısında, poliüretan, polietersülfon, selüloz asetat membranlar üretilmiştir. Selüloz asetat membranlar, KOH ile deasetillenerek modifiye edilmiştir. Satin alınma yoluyla değişik gözenek yapısında polikarbonat membranlar temin edilmiştir. Bu membranlar, plazma polimerizasyonuyla HMDS ile veya PVAL adsorpsiyonu ve çapraz bağlanması ile kaplanarak modifiye edilmiştir. PVAL kaplı membranlara, CNBr aktivasyonuyla heparin immobilize edilmiştir. Tüm bu membranlar, SEM, FTIR-ATR ve temas açısı ölçümleriyle karakterize edilmiştir. Farklı miktarlarda enzim (GOD), seyreltici protein (BSA) ve çapraz bağlayıcı (glutaraldehit) kullanılarak hazırlanan enzim tabakaları, bu membranlar araşma değişik kombinasyonlarda yerleştirilerek, seçicilik, doğrusallık, cevap süresi, duyarlılık ve kanla uyuşabilirlik yönünden en uygun sandviç yapısı araştırılmıştır. Bulunan önemli sonuçlar şu şekilde özetlenebilir: (i) Elektrod seçiciliği, iç membran olarak kullanılan membranın hem yapısı (gözenek boyutları ve yükü) hemde elektroaktif maddelerin boyut ve yükü ile ilgilidir. Araştırma kapsamında denenen membranlardan seçicilik yönünden en uygun membran, çözücü döküm yöntemiyle hazırlanan PES membrandır; (ii) enzim elektrodun substrat derişimi yönünden kullanılabileceği derişim aralığını gösteren doğrusallık sınırı, sandviç türü elektrodda dış membran kütle transfer özellikleri değiştirilerek kontrol edilebilir. Hasta kanında ulaşılan en yüksek glikoz derişimi 30 mM civarındadır. Bu doğrusallık sınırına, polikarbonat membranın modifiye formlarıyla ulaşılabilmektedir. HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile modifiye edilmiş PC membranlarda doğrusallık üst sınırı 60 mM'dır; (iii) elektrod cevap süresi, kullanılan sandviçin hem kütle transfer hemde tepkime hızlarıyla ilgilidir. Sunulan araştırma kapsamında test edilen sandviçlerde cevap süresi 46 ile 225 s arasında değişmektedir. Doğrusallık sının da göz önüne alınırsa, cevap süresi 48 s olan HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile modifiye edilmiş PC membranın en uygun dış membran olduğu söylenebilir; (iii) araştırmada incelenen sandviçlerle oluşturulan elektrodların, doğrusallık sınırlan ile duyarlılıklan ters yönde değişmektedir. PC membran dış membran olarak kullanıldığında doğrusallık sının ve duyarlılık 10 mM ve 54.05 nA/mM iken, HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile modifiye edilmiş PC memoranda aynı değerler sırasıyla 60 mM ve 8.96 nA/mM'dır. Modifiye PC'm11 doğrusallık sının ve cevap süresi de göz önüne alındığında, duyarlıklık yönünden de yeterli, dolayısıyla dış membran olarak en uygun olduğu söylenebilir; (iv) enzim tabakası, hem kütle transfer hemde tepkime hızlan dolayısıyla elektrod performansım etkilemektedir. Elektrod cevap süresi ve doğrusallık sının yönünden en uygun büeşimin (30 mg GOD+200 mg BSA)/ml tampon olduğu söylenebilir; (v) kanla uyuşabilirlik, dış membran yüzey özellikleri ile ilgilidir. Kullanılan membran yüzey alam düşük olduğundan, membranlann hiçbiri önemli bir kan hücresel eleman kaybına yol açmamıştır. En yüksek protein adsorpsiyonu, HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile modifiye edilmiş PC membranda gözlenmiştir. Ancak albumin ön adsorpsiyonu, bu membrandaki protein adsorpsiyonunu önemli miktarda azaltmıştır. Tüm membranlar kanın pıhtılaşmasına yol açmaktadır, dolayısıyla antikoagülant kullanımına ihtiyaç vardır. Heparin immobilizasyonu yeterli etkinlikte yapılamadığı için, pıhtılaşma süresi uzatılmasına rağmen tamamen önlenememiştir; (vi) geliştirilen elektrodlar ile kandan doğrudan glikoz ölçümü yapmak mümkündür. Diğer yöntemlerle korelasyon en iyi HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile modifiye edilmiş PC membramn dış membran olarak kullanıldığı durumda elde edilmiştir. Seçicilik, doğrusallık, cevap süresi, duyarlılık ve kanla uyuşabilirlik yönünden en uygun sandviç yapısı şöyledir: (i) iç membran: PES, (ii) enzim tabakası: (30 mg GOD+200 mg BSA)/ml tampon derişiminde protein karışımı ve (iii) dış membran: HMDS kullanılarak plazma polimerizasyonu ile yüzeyi modifiye edilmiş PC membran. Ill ABSTRACT The aim of this study is to develop a sandwich type glucose oxidase electrode to measure the blood glucose level. The amperometric electrode utilizes Pt anode and Ag/AgCl as reference. The recognition system is in the form of sandwich made up of two semipermeable membrane with an enzyme layer placed in between them. In the first part of the study, polyurethane, polyethersulphone and cellulose acetate membranes with different pore structure were prepared by solvent casting method. Cellulose acetate membranes were modified by deacetylation with KOH. Polycarbonate membranes with different pore sizes were purchased from the manufacturer. The surfaces of those membranes were modified either by HMDS utilizing plasma polymerization technique, or by PVAL adsorption and cross-linking. PVAL coated surfaces were further modified by heparin immobilization via CNBr activation. All membranes were characterized by SEM, FITR-ATR and Contact Angle measurements. The enzyme layers were prepared by using different amount of enzyme (GOD), inactive protein (BSA) and crosslinking agent (gluteraldehyde). Those enzyme layers were placed in between different combinations of membrane layers to investigate the performance of electrode on the basis of; selectivity, linearity, response time, sensitivity and blood compatibility. The results may be summarized as follows; (i) The selectivity of the electrode is directly proportional with the physical and physicochemical structure (pore size, charge density, etc.) of the inner membrane and chemical properties and sizes of electroactive compounds. Only the PES membrane is totally satisfies the requirements of the selectivity, (ii) The linearity of the electrode can be described as the upper limit of the linear response of electrode through the substrate concentration, which can be controlled by changing the mass transfer properties of the outer membrane. The upper limit of the glucose concentration of the blood in diabetic patients is approximately 30 mM. The sanwich type enzyme electrode can reach to that limit by utilizing modified polycarbonate membranes. The linearity of the electrode was extended to 60 mM by employing the HMDS modified PC membranes, (iii) The response time of the electrode is related to the mass transfer and reaction rates in the sandwich. In this study, the response time of the sandwiches varies between 46-225 s. Including the linear range of the membrane, the HMDS modified PC membranes with 48 s of response time can be considered as the most convenient outer membrane, (iv) TheIV sensitivity and the linearity of the sandwiches are generally inversely proportional to each other. In the case of utilizing PC membrane as outer layer in the sandwich, the linearity and sensitivity becomes 10 mM and 54.05 nA/mM, however, in the case of HMDS-PC membrane, those values becomes 60 mM and 8.96 nA/mM. Considering the linearity, response time, and acceptable sensitivity, Plasma polymerization modification of PC membranes with HMDS, can be evaluated as the most suitable membrane as an outer layer, (v) The enzyme layer affects the electrode performance by mass transfer and reaction rate. The best combination of enzyme and inactive protein was found to be (30 mg GOD+200 mg BSA)/ml buffer, for better linearity and response time, (vi) Blood compatibility is directly related to the surface characteristics of the outer membrane which faces the biologic environment including substrate, and blood components. Due to the very small contact area utilization in the electrode sandwich, not a significant change in blood cells were observed. The highest protein adsorption was observed on HMDS-PC surfaces. The treatment with the albumin pre- adsorption to that surface significantly decreased the plasma proteins adsorption. All membranes were coagulated the blood, so the requirement for the usage of anticoagulation reagent is arised. The immobilisation of heparin to the surfaces has extended the coagulation time, but could not eliminate completely, (vii) The direct measuring of glucose concentration from blood showed a good agreement with the `conventional hospital laboratory findings`. The best correlation was achieved by employing HMDS-PC membrane. The best sandwich structure on the basis of selectivity, linearity, response time, sensitivity and blood compatibility is: (i) inner membrane: PES (ii) enzyme layer: the mixture of (30 mg GOD+200 mg BSA)/ml buffer (iii) outer membrane: Plasma polymerization modification of PC membranes with HMDS. 159

ÖZET Bu çalışmanın amacı 50-200 lt/dak kapasite aralığında %25-50 oksijen içeren oksijence zengin hava üretecek bir `Basınç Salınımlı Adsorpsiyon` (`PSA`) sistemi geliştirmektir. `Laboratuvar Boyutlu` ve `Endüstriyel Boyutlu` olarak adlandırılan iki PSA sistemi kurulmuştur. Her iki sistemde 4 eşdeğer adsorpsiyon kolonundan oluşmaktadır. Laboratuvar ve endüstriyel boyutlu sistemlerde her kolonda, sırasıyla 7 kg ve 70 kg Zeolit 5A kullanılmıştır. Her kolona dönüşümlü olarak 4 basamaklı bir proses (basınçlandırma, ürün alma, basınç eşitleme ve vakumla sıyırma uygulanmıştır. Adsorpsiyon basıncı, ürün alma süresi ve toplam döngü süresinin üretim kapasitesi ve ürün bileşimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Adsorpsiyon basıncıyla üretim kapasitesi artmış, oksijen yüzdesi ise önce artmış belli bir basınçtan (laboratuvar boyutlu sistem için 6 atm, endüstriyel boyutlu sistem için 5 atm) sonra azalmıştır. Ürün alma süresi artınca, üretim kapasitesi artmış fakat oksijen yüzdesi düşmüştür. Laboratuvar boyutlu sistemde, toplam döngü süresi artışı ile üretim kapasitesi azalmış, oksijen yüzdesi ise önce artmış sonra azalmıştır. Endüstriyel boyutlu sistemde ise, toplam döngü süresi artışı ile üretim kapasitesi azalmış, oksijen yüzdesi ise kısa ürün alma süreleri için azalmış, uzun ürün alma süreleri için ise artmıştır. Laboratuvar boyutlu sistemde ulaşılan en yüksek oksijen yüzdesi %70 olup (üretim kapasitesi: 2 lt/dak) bu değerler 6 atm adsorpsiyon basıncında, 3 san ürün alma süresinde ve 120 san toplam döngü süresinde bulunmuştur. Endüstriyel boyutlu sistemde ulaşılan en yüksek oksijen yüzdesi ise %80 olup (üretim kapasitesi: 87 lt/dak) bu değerler 5 atm adsorpsiyon basıncında, 5 san ürün alma süresinde ve 370 san toplam döngü süresinde bulunmuştur. Anahtar Kelimeler; Oksijence Zengin Hava, Basınç Salınımlı Adsopsiyon, Moleküler Elek, Zeolit 5A 11 ABSTRACT The aim of this study is to develop a `Pressure Swing Adsorption` (PSA) process which will produce oxygen-enriched air at a capacity range of 50- 200 liters/min with an oxygen content of 25-50%. Two PSA systems, the so-called `Laboratory Scale` and `Industrial Scale` were constructed. Both systems consist of 4 identical adsorption columns. Each column contains 7 kg and 70 kg Zeolite 5A in the laboratory scale and in the industrial scale systems, respectively. A four-step process (i.e., pressurization, removal of the product, pressure equlization and stripping by vacuum) was applied to each column in a cyclic regime. The effects of the `adsorption pressure` and `product removal period` and `period of one cycle` on the production capacity and the product composition were investigated. The production capacity increased by increasing the adsorption pressure, while oxygen content of the product first increased and then decreased after a certain pressure (6 atm for the laboratory scale and 5 atm for the industrial scale). The production capacity increased, but the oxygen content decreased when the period of product removal was increased. When the period of one cycle was increased, the production capacity decreased, while the oxygen content first increased then decreased, in the laboratory scale system. When the period of one cycle was increased, the production capacity decreased while the oxygen content production capacity decreased at the short periods of the product removal, but increased at the long periods of the product removal, in the industrial scale system. The maximum oxygen content achieved in the laboratory scale system was 70% (the production capacity: 2 liters/min), in which the adsorption pressure, product removal period and the period of one cycle were 6 atm, 3 sec and 120 sec. The maximum oxygen content achieved in the industrial scale system was 80% (the production capacity: 87 liters/min), in which the adsorption pressure, product removal period and the period of one cycle were 5 atm, 5 sec and 370 sec. Key Words; Oxygen Enriched Air, Pressure Swing Adsoption (PSA), Molecular Sieve, Zeolite 5A, 77

Özet ÖZET Sunulan çalışmada yara ve yanık tedavisinde kullanılmak üzere kloramfenikol taşıyan PDLLA homopolimer fiberlerinden oluşan süngerimsi yapılar hazırlanmıştır. PDLLA, dimerin (DL-laktat) kalay klorür (SnCİ2.2H20) katalizörlüğünde, halka açılması polimerizasyonuyla sentez edilmiştir. Polimer oluşumu FTIR ve DSC ile gösterilmiştir. Sentezlenen PDLLA amorf yapıda olup, 54-57°C civarında bir camsı geçiş sıcaklığına sahiptir. Farklı molekül ağırlığına sahip PDLLA polimerleri elde edebilmek amacıyla polimerizasyon süresi, polimerizasyon sıcaklığı ve dimer/katalizör oram, sırasıyla, 30-360 dak, 160-200°C ve 5.000-30.000, aralığında değiştirilmiştir. Polimer ortalama molekül ağırlıkları ve molekül ağırlığı dağılımları, vizkozite ölçümleri ve GPC ile bulunmuştur. Düşük polimerizasyon sıcaklıklarında (160°C) polimerizasyon süresinin artmasıyla ortalama molekül ağırlığı ve heterojenlik indeksi artarken, yüksek sıcaklıklarda (180°C ve 200°C) ilk yarım saat içinde artış olmakta daha sonra çok az artmakta veya değişmemektedir. Dimer/katalizör oranının artması ile molekül ağırlığı belirli bir değere kadar (D/K: 15.000) çok fazla değişmemekte, daha sonra önemli miktarda artmakta ve yaklaşık 20.000 değerinden sonra ise azalmaktadır. Polimerizasyon sıcaklığının azalması ile bu davranış daha belirgin hale gelmektedir. PDLLA homopolimerlerin organik çözücülerdeki %8'lik çözeltilerinin sulu ortama yavaş bir hızla akıtılmasıyla, PDLLA fiberler, ve bunların yumak şekle getirilmesiyle süngerimsi yapılar oluşturulmuştur. PDLLA süngerimsi yapıların sulu ortamlardaki degredasyonu farklı pH (3, 7.4 ve 9) ve sıcaklıklarda (4°C, 20°C ve 37°C), ortalama molekül ağırlığındaki azalma izlenerek araştırılmıştır. Kullanılan polimer molekül ağırlığının artması, ve pH ve sıcaklığın azalması ile degredasyonun yavaşladığı gösterilmiştir. Süngerimsi formdaki PDLLA'nın hazırlanması sırasında yapıya kloramfenikol yüklenmiştir. Kullanılan PDLLA molekül ağırlığının artmasıyla ilaç yüklemesi artmıştır. En yüksek yükleme çözücü olarak asetonitril kullanıldığında elde edilmiştir. Başlangıç polimer derişiminin artması ile yüklenen ilaç miktarı ve yükleme oranı artmıştır.Özet ii Başlangıç ilaç deri siminin artırılmasıyla ise yüklenen ilaç miktarında belirgin artış olmuş, ancak yükleme oranı önce artmış sonra azalmıştır. Kloramfenikol yüklü süngerimsi formdaki PDLLA homopolimer yapılardan değişik pH (3, 7.4 ve 9) ve sıcaklıklarda (4°C, 20°C ve 37°C), ilaç salımı incelenmiştir. Başlangıçta yüksek salım hızı gözlenmiş daha sonra ise sabit salım hızına ulaşılmıştır. En yüksek salım hızı pH:9'da elde edilmiştir. Sıcaklığın artması ile ilaç salım hızı artmıştır. Summary iii SUMMARY In this study, sponge type matrices formed from PDLLA homopolymer fibers carrying chloroamphenicol for the treatment of burns and wounds were prepared. PDLLA homopolymers were synthesised by ring opening polymerization of the dimer (DL-lactide) by using stannous chloride (SnCİ2-2H20). Polymer formation was confirmed by FTIR and DSC. PDLLA synthesised was amourphous with a glass transition temperature of 54-57°C. In order to obtain PDLLA with different molecular weights, the polymerization time and temperature, and dimer/catalyst ratio was changed in the the range of 30-360 min, 160°-200°C and 5,000-30,000, respectively. Average molecular weights and heterogenity indices were found by viscosimetric measurements and by GPC. At low polymerization temperatures (160°C), average molecular weights and hetereogenity indices increased with the polymerization time, while at higher temperatures (180°C ve 200°C) they did increase first and then did not change significantly. The average molecular weights did not significantly changed with the increase in the ratio of dimer/catalyst until a certain ratio (15,000), a prounced raise was then observed, however they decreased after the ratio of 20,000 once again. This behaviour was more noticable at low polymerization temperatures. Sponge type PDLLA matrices were obtained by droping of the PDLLA solutions (8% in organic solvents) into aqueous media. Degradation behaviour of the PDLLA sponges was investigated in aqueous media at different pH (3, 7.4 and 9) and temperatures (4°C, 20°C and 37°C), by following the decrease in the average molecular weight. Degredation rates were slow when the PDLLA homopolymers with higher molecular weights were used, and also at lower pH and temperatures. Chloroamphenicol was loaded within the PDLLA sponges during fiber formation. The drug loading was increased with the increase in the molecular weight of PDLLA used. The highest drug loading was achieved with acetonitrile as the solvent. Drug loading was increased by increasing both the initial polymer and drug concentrations. Chloroamphenicol release from the PDLLASummary İV sponges were investigated in aqueous media with different pH (3, 7.4 and 9) and temperatures (4°C, 20°C and 37°C). Drug release rate was high at the beginning (`burst effect`), however, constant release rates were observed after this initial period of release. The highest release rate was observed at pH:9. The release rate increased with the increase in the temperature. 77

SZEı IV Silikon kauçuğa ile kapiansış veya çıplak şekilde olan îsikrogSzenekli poiiprcpiisn kapiier tüplerin kullanımı ils inal e d i 1 rî i ş küçük ölçek- li bir gaz perasstörö özerin d s, perneatör performanslarını beilrleyi- ci catesnat iksel aodel tanısı vs bu sodelin deneysel testleri yapılmış tır. Tanını yapılan a o d e 1, kapiier tüp içi s k s e Jt s 1 basınç düşaeieri, radyaî ve eksene! rieforsasyon, gaz persssasyonları vs kompozisyon de ğişişlerini tsrs akısslı ve tıpa tipi akışiı bir ortanda incelemekte dir. Deneysel veriler 10 adet kapiier t Sp içeren 300-1000 ma boyla rındaki perseatS rler is yapılan deneysel çalışmalardan toplanmıştır. Kullanılan kapiier iç çapları 0.200 ıs ıs, dış çapları 0.250 x h ' d İ r. Si likon ile kaplasa 100 fi civarında gerçekleşmiştir. Perssatör. saf haldeki S, 0_ vs CG_ gazları ile N_-Ö` vs N`-CG` gaz karışımları ile test edilmiştir. Testlerden side edilen veriler içten bası nçian sır 1 1 ? as ı ş kapiier toplar için geniş bir basınç ve akış hızı aralığını kap samaktadır. S3KKAS* A a o d e 1 describing the per foraance of a ssall-scale capillary gas perraeator has been developed ana confirmed experimentally. The capillary hello »-fibers used for the construction of the gas perseator, ars sade fren isicrcporous poiy-propyiene. In addition, thss® hollow- fibers are used by coating with silicone rubber, k plazsa poiiaerization coating technique is used to coat the cappiiary tubes. The ssodei incorporates axial pressure loss within the capillaries, radial and axial capillary deformation, permeability of gases, and composition changes daring operation in the countsrearrent plug-fiov a o d e - Experiaentsl data «ere obtained using perseators composed of 13 cappiiary tubes (0.200 n:is 1.0. and 0,250 aıa S.D.). îhe silicone coating thickness Is realized about 100 I. ?sre nitrogen, oxygen and carbon dioxide were used in experimentally establishing the pressure loss relationships. Mixtures of S`- C` and S-- CC_ «ere employed in the gas separation studies. The data cover internal pressisrization of the capillaries over a xide range of flow conditions. 119

VI ÖZET Bu çalışmanın amacı, selülozik karakterli dial iz zarlarının üretim yöntemlerinin ve hemodializ sistemi için uygunluğun araştırıl masıdır. Bu amaçla selüloz ve selüloz asetat bazlı zarlar, çözelti dö küm yöntemi ile üretilmiştir. Zar gözenekliliğinin arttırılması için hazırlama yönteminde formamid kullanılmış ve/veya zarlar KOH çözelti si ile muamele edilmiştir. Zarların kütle aktarım performanslarının bulunması için izle yici olarak kreatininin kullanıldığı sürekli sistem deneyleri yapıl mış, temizleme hızı ve geçirgenlik değerleri elde edilmiştir. Zarların kanla etkileşmesinin incelenmesi için in-vitro sürekli kan çalışmala rı yapılmıştır. Bununla ilgili olarak sürekli düzende zarla temas eden kan hücresel elemanları kaybı araştırılmıştır. Ayrıca SEM (Scanning Electron Microscope) fotoğrafları ile çıplak ve kanla kesikli düzende temas etmiş zar yüzey yapıları araştırılmıştır. Araştırma kapsamında hazırlanan dializ zarlarının mekanik özelliklerinin saptanması için, gerilme-esneme eğrilerini verecek, testler yapılmıştır. Deneyler Cup- rophane.EX 25 - HD zar kullanılarak tekrarlanmıştır. Deneylerde zarların temizleme hızlarının ve geçirgenlikleri nin, formamid katkısı ile gerçekleştirilen fiziksel ve/veya KOH çö zeltisi ile kimyasal gözeneklendirilmesi sonucu önemli ölçüde arttı ğı saptanmıştır. Kan ile yapılan deneylerde, şekilli kan hücreleri kaybının müsaade edilebilir sınırlar içinde kaldığı gözlenmiştir, SEM fotoğrafları zar yüzeyinde önemli bir fibrin birikimi olmadığım göstermiştir. Bu çalışmada üretilen izotropik karakterdeki zarların mekanik özellikleri uluslararsı standartlara uygun olup., kopma geri- o Timleri 224-359 kg/cm, kopma anındaki uzamaları % 2.4-6,92, Ypung ? modülleri 12604-22916 kg/cm aralıklarında bulunmuştur. 74

ÖZET Bu çalışmacım amacı, aktif karboa dolgulu hemoperfüzyon koloa tasarımına etkiye a parametrelerin bulunması ve bunların ışığı altında genel bir hemoperfüzyon kolon ve sistem tasarım yönteminin oluşturulmasıdır. Çalışmanın ilk bölümünde Norit ve Bac Mu® karbonlarının adsorpsiyon kapasiteleri, yüzey alanları, kül miktarları, kırılganlıkları, aşınma dayanımları, temizlik, yıkanabilme, sterillenme ve ince partikül salınımları incelenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında Bac Mu® karbonu selüloz nitratla kaplanmış ve adsorpsiyon hızı. toplam yüzey alanı, kırılganlık ve ince partikül salınımındaki değişmeler incelenerek polimerik kaplama ve kalınlığının hemoperfüzyon sistemine uygun olup olmadığı saptanmıştır. Son olarak da çıplak ve kaplanmış Bac Mu® aktif karbonları ile sulu ve in-vitro kan fazlarında yapılan deneylerle bir hemoperfüzyon kolon ve sisteminin tasarımı gerçe kleştirilmiştir. Yapılan ilk grup deneyler sonucunda, çeşitli özellikleri ile Bac Mu® aktif karbonunun, hemoperfüzyona daha uygun olduğu belirlenmiştir. Kaplama basamağında tarafımızdan geliştirilen yöntemle, ağırlıkça % 0.4 selüloz nitratla kaplanmış Bac Mu® karbonlarının, çıplak karbona göre adsorpsiyon hızında önemli bir değişme yaratmadan, ince partikül salın ımını azalttığı, dolayısıyla hemoperfüzyona uygunluğu gösterilmiştir. Sulu faz deneylerinde, kesikli karıştırmak- kapalı devreli dolaşımlı sistemler arasında bir ilişki olduğu bulunmuş ve bu ilişkinin kolon ve sistem tasarımında kullanıldığı bir yöntem önerilmiştir.11 Boyut büyütme çalışmalarında, iki kademeli bir işlemle, mini kolon verileri kullanılarak, intravasküler ve ekstraselüler sıvı hacimlerinin toksik maddelerden temizlenmesinde kullanılacak bir tasarım yöntemi geliştirilmiştir. In-vitro kan deneyleriyle sulu faz deneyleri karşılaştırılarak ilgili ilişkiler belirlenmiş, sulu faz verilerinin kullanılması ile kanda istenilen adsorpsiyon hız ve kapasitesine ulaşabilecek bir kolon ve sistem tasarım yöntemi oluşturulmuştur. Kan hücresel eleman kaybı göz önüne alınarak yapılan kolon çapı optimizasyon deneyleri sonucunda, çapı D- 62 mm, boyu L= 103 mm olan. 136 gram % 0.4 selüloz nitrat kaplanmış Bac Mu® aktif karbonu içeren kolon, uygun `Hemoperfüzyon Kolonu` olarak seçilmiştir. Çalışmanın genel sonucu olarak.tüm bulguların ışığı altında, kapalı devreli dolaşıml t adsorpsiyon sistemlerinin tasarımında da kullanılabilecek, yeni bir `Hemoperfüzyon Kolon ve Sistem Tasarım Yöntemi` geliştirilerek önerilmiştir. ill SUMMARY The aim of this study is to find the design parameters of an activated carbon hemoperfusion column and to develop columa plus system design procedure by taking these data into account. In the first part of the study, the adsorptive capacities, the total surface areas, the ash contents, the attrition resistance, the cleanliness, washabilities, the sterilizabilities and the fine particle generation characteristics of Norit plus Bac Mu® activated carbons were investigated. Bac Mu® activated carbons were coated with cellulose nitrate in the second part of the study and the variation of the adsorption rate, the total surface area, fragmentation and fine particle generation characteristic were investigated in order to determine the suitability of the polymeric coating and thethickness of thecoating the hemoperfusion system. In the last part of the study, the design of a hemoperfusion column and system was realized by using uncoated and coated Bac Mu® activated carbons in the experiments that were made in the aqueous and in-vitro blood phases. It was shown in the coating step, which was modified in the study, that, 0.4 % cellulose nitrate coated Bac Mu® activated carbons are suitable for hemoperfusion as they exhibits low fine particle generation without causing significant adsorption rate lost in comparision with the uncoated Bac Mu® activated carbon. A relation found between mixed batch and recycle batch reactor systems is used in the proposed hemoperfusion column plus system design procedure.tv A scale up procedure which has two steps was developed for the detoxification of intravascular and extracellular fluids by using the data obtained from the mini hemoperfusion column. The relations, determined by the comparison of the adsorption test results of the aqueous and in-vitro blood phases/were used in the development of a hemoperfusion column and system design procedure in order to reach the desired adsorption rate and capacity in the blood phase by using aqueous phase data. The hemoperfusion column developed by the optimization of the column diameter by taking lost percent of the blood cells into account, has a diameter of 62 mm length of 103 mm and contains 136 gram of 0.4 % cellulose nitrate coated Bac Mu® activated carbon. By taking of the influence of the factors and data into account, a `Hemoperfusion Column and System Design Procedure`, which can also be used in the design of recycle batch adsorption systems, was developed and proposed as the general result of the study. 212

tj if I A SUMMARY There are two ainis of this study. First is; to obtain the parameters which are effective on the ©2 and COg transfer through porous polypropylene membrane; mathematical modelling of gas transfer through these membranes and to investigate the applicability of these to the design of membrane oxygenators. The second purpose is to coat the surface of polypropylene membranes with a very thin, blood- compatible and non- porous film without reducing the gas transfer rates., therefore, to eliminate the side effect, such as cell deposition on the iTienibrane surface, micro- emboli and ultrafiltration which are observed in clinical applications of membrane oxygenators. in this study Celgard® 2400 porous FP membranes were used. For surface modification blood side sui-f&c&s of the membranes were coated with a silicone based film by plasma polymerisation technique. The surface properties of the coated and uncoated meinhr&n&s were investigated by SEM, İR and ESC A techniques. To test the bioodcompatibiiity of the membranes, in vitro bloodcompatibiiity studies, i.e. both in continuous and in batch fashion were performed with heparinised fresh human blood for two different coating thickness (26,2 and 69,0 jig/cm2) and two different blood flow rates (25 and ÎOÖcmVmin). On the other hand, in order to de termine effect of coating on physical properties of mem brane, mechanical tests were applied to both the uncoated and coated membranes. In this research, the effects of coating film and film thickness on gas transfer were also investi gated. The gas flow rate, the gas side O2 partial pressure, the liquid flow rate, the liquid flow channel depth and the coating thickness were varied in the range of 250-2500 cm5 /min.668,2-883,0 mrnHg, 50-400 crnVrnin, 0,018-0,144 cm and 0,0- 69,0 jig/cm2, respective! >~. Gas-gas and liquid-gas experiments ?were performed at 37°C in order to obtain the Gg and COg transfers, the effects of the gas flow rate, the gas side O2 partial pressure, the liquid flow rate and the liquid flow channel depth on the gas transfer. In gas-gas experiments, the O2 side gas flow rate, the Oj partial pressure and the CÖ2 partial pressure were varied in the range of 7,2-1388,9 cm/s, 700-1000 mmHg and 50-700 mm Kg, respectively. Same ex periments were repeated with membranes which have different coating thickness, i.e. C-6Sjig/cra2, and thus, the effect of film thickness on the gas transfer were examined, in liquid- gas experiments, the gas flow- rate, the gas side O2 partial pressure, the water flow rate, the water flow chan nel depth were varied in the range of 250-2500 crnVmin, 669,2-887,1 mmHg, 50-1600 cm3 /min and 0,018-0,288 cm, respectively. A mathematical model -was proposed for 0g transfer through the porous membranes and availability of this model -was evaluated by comparing experimental and model results. The results obtained in this study were summarised as given below. î. By applying coating procedure, a cross-linked polymeric film containing Si, O and C atoms have formed on the surface. 2. The presence of PîsP(HîVîDS) film increases the membranes ' bioodcompatibiii ty. 3. The mechanical stability of membrane decreases in plas ma media. However, coating film avoids partially the membrane from the effect of electrical discharge. 4. Gas-gas experimental results showed that, the gas side ressistance is not an important parameter -which affects the transfer rate. 186

ÖZET Bu çalışmanın amacı, toz aktif karbonun polimer j ellerde immobilizasyonu için yöntem geliştirilmesi ve elde edilen parti- küllerin hemoperf vizyon sistemlerinde kullanılma olanağının araştırılmasıdır. Aktif karbon içeren polimer partiküllerin elde e- dilmesi için, önce, hidroksietilmetakrilat (HEMA), polietilenglikol (PEG) ve toz aktif karbondan (AK) oluşan karışım sıvı azot ile soğutulmuş petrol eteri içerisine damlatılmıştır. Oluşan küresel partiküllere fflCo ykaynağında radyasyon verilerek HEMA'nın polimerleşmesi sağlanmıştır. Daha sonra, polimer jel partiküller su ile yıkanarak petrol eteri ve çapraz bağlanmamış PEG molekülleri uzaklaştırılmış ve jeller, oda sıcaklığında, su ile şişirilmiştir. Değişik oranlarda HEMA, AK ve değişik molekül ağırlığın da PEG (M. A = 1000 ve M. A. = 35000) kullanılarak ve farklı rad yasyon miktarları uygulanarak hazırlanmış immobilize karbon sis temlerinin, sürekli ve kesikli düzende adsorbsiyon özellikleri araştırılmıştır. Test maddesi kreatinin kullanılmıştır. Hazırla nan aktif karbon-polimer jel sistemlerinin biokompatibilitesinin belirlenmesi için in-vitro kan çalışmaları yapılmış ve kanın hüc resel elemanlarının kaybı ölçülmüştür. Ayrıca, partiküllerin yü zey ve gözenek yapıları Scanning elektron mikroskobu (SEM) fotoğ raflarıyla incelenmiştir. Başlangıç maddelerinin oranlarının ve radyasyon doz süresinin değiştirilmesiyle çok değişik özelliklere sahip polimer jel sistemlerinin elde edilebileceği gösterilmiştir. PEG, sistem11 özelliklerini önemli ölçüde değiştiren bir bileşendir. Düşük molekül ağırlığında PEG kullanılarak hazırlanan partiküllerin adsorbsiyon performansları ve biokompatibllitelerinin diğer örneklere göre yüksek olduğu gözlenmiştir. Yüksek molekül ağırlıklı PEG kullanımının adsorbsiyon hız ve kapasitesini azalttığı bulunmuştur. PEG kullanılmadan hazırlanan partiküller ise diğerlerine nazaran düşük biokompatibilite göstermişlerdir. Radyasyon dozunun artışıyla da adsorbsiyon performansının önemli miktarda azaldığı gözlenmiştir. Şişirilmiş partiküllerin adsorbsiyon hız ve kapasiteleri artmıştır. Sonuç olarak; elastik ye hidrofilik yapıdaki, başka bir deyişle, yüksek biokompatibilite gösteren polimerik jel partiküllerinin, çıplak granül karbona göre yüksek adsorbsiyon hız ve kapasitesine sahip oldukları, dolayısıyla başka bir işleme tabi tutulmadan hemoperfüzyon kolonlarında etkin olarak kullanılabi leceği gösterilmiştir. 86

XV ÖZET Bu çalışmada polimer jel partiküllerinden oluşan ye ni bir enzim tutuklama sistemi geliştirilmesi amaçlanmıştır, Başlangıç maddesi olarak metilmetaakrilat (MMA), Akrilik asit (AA) ve Polietilenglikol (PEG 1000) den oluşan bir karışım kullanılmıştır, örnek enzim olarak üreaz seçilmiştir, Polimer jel partikülleri üreaz içeren karışımların süper soğutulmuş petrol eteri içerisine damlatılması ile elde edilmiştir, Poli* merleştirme ve çapraz bağlama ise y radyasyonu ile sağlanmış tır. Hazırlama işleminin son basamağında çapraz bağlanmayan PEG molekülleri suda çözülerek uzaklaştırılmış ve böylece gö zenekli bir jel yapısına ulaşılmıştır. Değişik karışım oranlarında ve değişik doz sürelerin de çalışılarak hazırlanan tutuklanmış enzim sistemlerinin per formansları, serbest üreaz ile karşılaştırmalı olarak, ince lenmiştir. Bu amaçla, sistemlerin aktiviteleri, enzim sızdır maları, enzim tutuklama kapasiteleri ve iki farklı sıcaklıkta (4°C ve 20°C) kararlılıkları bulunmuştur. Sonuç olarak, başlangıç maddeleri oranı MMA = 40/AA = 40/PEG = 20, olan karışımla, 15 saat radyasyon 6 0 doz süresi ile ( Co, y kaynağı kullanılarak, 0.15 MRad/saat) hazırlanan sistemin, aktivite ve sızdırma yönünden en uygun sistem olduğu kanısına varılmıştır. V SUMMARY The aim of this study is to developed a new enzyme immobilization system which constist of polymer gel particles. A mixture of methy metacrylate (MMA), Acrylic acid (AA) and polyethyleneglycol were used. Polymer gel particles were obtained by dropping the mixture of MMA + AA + PEG + urease into super cooled petroleum ether followed by y radiation. The non crosslinked PEG molecules were dissolved in water in order to achive a porous gel structure, The performance of immobilized enzyme systems which were prepared by changing the ratio of ingredients and the radiation dose, were analysed, The enzyme activities, enzyme leakage, immobilization capacity and stability (at 4 C and 20 C) of these systems were obtained. As a result, it was concluded that system which was obtained by using 40 parts of MMA, 40 parts of AA and 20 parts of PEG, and 15 hours radiation period (dose rate of Co, y source is 0,15 MRad/hr) is suitable support system for enzyme immobilization. 80

V ÖZET Bu çalışmada vücut dışına yakın bölgelerdeki tümörlerin lokal kemoterapisinde kullanılmak üzere bir polimer- ilaç kompozit sisteminin hazırlanması amaçlanmıştır. Anti- kanser ilaç olarak 5-Fluorouracil, polimerik taşıyıcıyı oluşturmak üzere de 2-Hidroksietilmetakrilat (HEMA) ve Bisglikol akrilat (BGA) kullanılmıştır. Kontrollü çapraz bağlamayı sağlamak ve salınım hızını kontrol edebilmek amacıyla BGA' lar yapıya ilave edilmiştir. Bu doymamış BGA esterleri, Polietilen glikol (PEG) ve Akrilik asit' in es terleşmesi ile elde edilmiştir. Küresel partiküller halin deki polimer-ilaç kompozitleri ise soğutulmuş petrol ete rine damlatma ve bunu takiben y-radyasyonuyla soğukta polimerizasyon ve çapraz bağlanma yöntemleri izlenerek ha zırlanmıştır. Araştırmada farklı yapılarda hazırlanan hidrojel partiküllerin şişme özellikleri, kesit ve yüzey yapıları, bu yapılardan ilaç salınım kinetiği çeşitli tekniklerle incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda varılan sonuçlar şöyle özetlenebilir. a. Küresel ilaç-polimer kompclerin oluşturulması için en uygun damlatma ortamı petrol eteri olup, damlatma esnasında ve polimerizasyon sırasında ortam soğukluğu, -30°, -40°C arasında olmalıdır.VI b. Polimer-ilaç kompozitlerin hazırlanmasında y - radyasyonu kullanılmış olup, polimerizasyon ve ilaç deaktivasyonu açısından en uygun dozun 2-4 saat arasında olması gerekmektedir. c. Hazırlanan polimerik partiküller suda şişerek 4-6 saat arasında dengeye ulaşmaktadır. Şişme hızı ve % şişme kesri radyasyon dozu, bileşenlerin oranı, ester türü ve ilaç yüklemesine bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca BGA-1000 ile hazırlanan PHEMA-BGA matriksi daha gözenekli bir yapıya sahip olup daha fazla şişmektedir. d. Değişik özelliklerde hazırlanan polimer-ilaç kompozitlerden ilaç salınım hızı radyasyon dozu, es ter türü, ilaç yükleme -.oranı ve bileşim ile değişmektedir. i. Radyasyon dozunun artması ile ilaç salınım hızı düşmektedir, ii. Ester miktarı arttıkça ilaç salınım hızı artmaktadır, iii. Ester türüne bağlı olarak BGA-1000 ile ha zırlanan örneklerde salınım daha hızlı olmak tadır, iv. İlaç yükleme oranı arttıkça salınım hızı artmaktadır. Bu değişimler BGA-1000 ile hazırlanan Örneklerde daha belirgin olmaktadır.VII e. Hazırlanan polimer-ilaç kompozitlerinde salınım eğrileri kullanılarak salınım mekanizmasının türünü gösteren `n` üsteli bulunmuş, buradan ilacın matrikste difüzyon mekanizmasının non-Fickian olduğu sonucuna varılmıştır. VIII SUMMARY The aim of this study is to prepare polymer-drug composite systems for local chemotherapy of malignant tumors. 5-Fluorouracil was selected as a model anticancer drug and polymeric carriers were prepared by using 2-Hydroxyethylmethacrylate (HEMA) and Bisglycolacrylate (BGA) mixtures. BGA was added into the structure to adjust release rate and crosslinking density. These unsaturated esters (BGAs) were prepared from acrylic acid (AA) and PEG* s with different molecular weights by following standart esterification reaction. Polymer- drug composites that in the form of spherical beads were obtained by dropping the mixtures of comonomers and the model drug into the precooled petroleum ether. Polymerization and crosslinking were then achieved by Y-irradiation, thus spherical hydrogel beads were obtained with different structures. Swelling properties, surface and bulk structures, release rate mechanisms of these particles were examined by following different techniques. The results obtained in this study c»n be summarized as follows. a. Petroleum ether is the most suitable medium to obtain spherical polymer-drug composites withIX unit size and shape, and temperature of the medium must be -30, -40°C during dropping and polymerization. b. Polymerization is achieved by y-irradiation, and it was found that, 2-4 hours radiation dose is most suitable for both polymerization and drug deactivation. c. Polymeric beads swell in water and reach to equilibrium in between 4-6 hours. Swelling rate and % swelling ratio change with radiation dose, ingredients ratios, ester type and drug loading. In addition, it was observed that BGA-1Q00 leads to more porous and swellable structures than BGA-4360, d. Release rate from polymer-drug composites changes with radiation dose, the type of BGA, drug loading ratio and the ratio of ingredients. (i) If radiation dose increases, release rate decreases, (ii) If amount of ester in structure increases, iöiease rate increases ` (iii) Release rates of samples which prepared by using BGA-1000 are rapid than samples prepared with BGA-4360oX (iv) If drug loading increases, release rate increases. e) The nn values` which were calculated by using release curves showed that diffusion mechanism of the drug in the polymer matrix is non-Fickian, 126

ÖZET Çalışmada süspansiyon ile klasik ve modifiye emülsiyon polimerizasyonu yöntemleriyle küresel polistiren mikro-taşıyıcıların üretilmesi ve bu amaçla kullanılabilecek polimerizasyon yöntemlerinin istenilen özellikte taşıyıcı eldesine yönelik uygun koşullarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Biyolojik taşıyıcı üretiminde yaygın olarak kullanılan yöntemler olmaları nedeniyle öncelikle referans yöntemler olarak süren monomerinin kesikli sistemde emülsiyon ve süspansiyon polimerizasyonu incelenmiştir. Bütün polimerizasyon deneyleri silindirik geometride, dıştan ceketli, manyetik sürücülü ve sızdırmaz özelliğe sahip polimerizasyon reaktöründe / yürütülmüştür. Süspansiyon polimerizasyonu deneylerinde başlatıcı, stabilizör, çapraz bağlayıcı konsantrasyonu, karıştırma hızı, /monomer/su oranı incelenen deney değişkenleri olarak seçilmiş ve süspansiyon polimerizasyonu için optimum koşullar belirlenmiştir.. Süspansiyon polimerizasyonu için optimum başlatıcı ve stabilizör konsantrasyonları sırasıyla 0.02 g BPO/ml monomer ve 0.01 g TCP/ml su, karıştırma hızı 380 rpm, polimerizasyon sıcaklığı ise 82`C olarak belirlenmiştir. Klasik emülsiyon polimerizasyonu deneylerinde ise başlatıcı ve emülsiyon yapıcı madde ve çapraz bağlayıcı konsantrasyonu, monomer/su oranı ve reaksiyon sıcaklığının polimerizasyon kinetiğine etkisi incelenmiştir. Klasik emülsiyon polimerizasyonunun en uygun koşulları ise başlatıcı için 0.0013 g PPS/ml su, emülsiyon yapıcı madde için 0.0044 g SDS/ml su, 1/3 monomer/su oranı, 260 rpm karıştırma hızı ve 7Ö°C reaksiyon sıcaklığı olarak bulunmuştur. Son yıllarda biyolojik amaçlı uygulamalara yönelik olarak geliştirilen ve şişirilmiş emülsiyon polimerizasyonu adı verilen yöntemle ilgili olarak yapılan çalışmalarda, değişik emülsiyon yapıcı madde/partikül büyütme ajanı türlerinde ve konsantrasyonlarında polimerizasyon kinetiği ve partikül boy dağılım özellikleri incelenmiş ve yeni bir partikül büyütme ajanı olarak lauril alkolün varlığı belirlenmiştir. Lauril alkol ile yapılan polimerizasyon deneylerinde tekbasamaklı şişirilmiş emülsiyon polimerizasyonu için literatürde verilen partikül boyutunun üzerine çıkılmıştır. Lateks partikül boyutunun büyütülebilmesi amacıyla kullanılan diğer bir yöntem olan çok basamaklı emülsiyon polimerizasyonu kapsamında yapılan deneylerde monomer besleme rejimi ve partikül büyütme ajanı türü değiştirilerek, klasik emülsiyon polimerizasyonu boyutunun üzerinde lateks partikül eldesi gerçekleştirilmiştir. Tek basamakta büyük boyutlu lateks partikül eldesini sağlayabilmek amacıyla partikül başlatıcılı emülsiyon polimerizasyonu adı verilen yeni bir polimerizasyon yöntemi oluşturulmuş ve bu yöntem ile herhangi bir büyütme ajanı veya ardışık monomer ekleme tekniği kullanılmaksızın tek basamakta 20 mm'lik lateks partikül eldesi gerçekleştirilmiştir. Lateks kararlılığı açısından büyük önem taşıyan yüzey yük özellikleri şişirilmiş emülsiyon polimerizasyonu ile üretilen lateks örnekleri için incelenmiş latekslerin kütlesel ve yüzey yük yoğunluğu değerleri tayin edilmiştir. Klasik emülsiyon polimerizasyonu reçetesinde dioktil adipat kullanılmasıyla lateks yük yoğunluğunun klasik reçeteye göre önemli oranda arttığı gösterilmiştir. Böylece yeni bir yük yoğunluğunu arttırıcı ajan olarak dioktil adipat belirlenmiştir. Klasik ve şişirilmiş emülsiyon polimerizasyonu için kurulan kinetik model üç her iki polimerizasyon türü için monomer etkin difüzyon katsayıları ve büyüme reaksiyonu hız sabitleri belirlenmiş ve ilk kez emülsiyon polimerizasyonu için bağıl hız faktörü-Thiele modülü diyagramları oluşturulmuştur. 199

ii ÖZET Bu çalışmanın amacı, süspansiyon polimerizasyonu ile tanecik stiren-divinilbenzen üretimi ve bunların karbonizasyonu ile heraoperfüzyon sistemlerinde kullanılmak üzere -tanecik (300-800p aralığında küresel) aktif karbon hazırlanmasıdır. Süspansiyon polimerizasyonu, damıtma ortamı olarak su,başlatıcı olarak BPOf stabilize ve süspanse edici olarak po- livinilalkol, jelatin, bentonit kullanılarak 80°C'da ger¬ çekleştirilmiştir. Monomer(stiren)/su, başlatıcı/monomer, çapraz bağlayıcı (divinilbenzen)/monomer oranları, toplam sıvı hacmi ortam pH'sı ve karıştırma hızı değiştirilerek, değişik boy ve boy dağılımında stiren-divinilbenzen kopolimer tanecikleri elde edilmiştir. Bu taneciklerin uygun bir ısıtma programı uygulanarak değişik gaz atmosferlerin¬ de karbonizasyon ve aktivasyonu ile tanecik aktif karbon¬ lar hazırlanmıştır. Gaz atmosferi olarak CO^N^ ve N2+su buharı kullanılmıştır. Elde edilen aktif karbonların performansı iki test maddesi, kreatinin ve vitamin B kullanılarak kesikli düzende incelenmiştir, Ayrıca elde edilen polimer ve aktif karbon taneciklerin poroziteleri ölçülmüş, yüzey yapıları Scanning Electrone Microscope (SEM) tekniğiyle gözlenmiştir, Süspansiyon polimerizasyon basamazında istenilen boy dağılımında stiren-divinilbenzen tanecik üretimi için süs¬ pansiyon reaktöründeki toplam hacmin 120 mi, karıştırma hızının 280 rpm, monomer/su oranının 1/3, başlatıcı miktarının %1 (ağırlıkça), stabilize ve süspanse ediciler po- livinilalkol, jelatin ve bentonit miktarlarının ise sırasıyla 2.0xlO~2g/mlsu, 2,3x10 g/mlsu ve 1.0x10 3g/mlsu olması gerektiği belirlenmiştir.İİİ Karbonizasyon ve aktivasyon için polimer taneciklerde di- vinilbenzenin oranının ^ %40'dan fazla olması, gerektiği saptanmıştır, Karbonizasyon ve aktivasyon basamağı için en uygun gaz atmosferinin N~+su buharı karışımı olduğu bulun¬ muştur. Divinilbenzen konsantrasyonunun artmasıyla çapraz bağ yoğunluğunun arttığı buna bağlı olarak porozitenin azaldığı ve adsorbsiyon kapasitesinin düştüğü gösterilmiş¬ tir. Hem karbonizasyon işlemi öncesinde», hem de bu işlem sonrasında çekilen SEM fotoğrafları divinilbenzenin yüzeyde yoğunlaştığını ve böylece por dağılımını etkileyerek adsorbsiyon kapasitesini düşürdüğü sonucuna varılmıştır. Adsorbsiyon deneyi sonuçları hemoperfüzyon kolonlarında kullanılan ticari örnek, BACMU (Kureha, Japonya) karbon- 1arıyla karşılaştırılınca adsorbsiyon kapasitesinin bu örneğe göre düşük olduğu gözlenmiştir. IV SUMMARY The aim of this study is to produce grannular styrene- diviny Ibenzene by using suspension polymerization technique, then by carbonising it to get activated carbon (size range 300-800vif spherical) which can be used in hemoper fusion systems. Suspension polymerization is accomplished at 80 C by using water as dispersion media BPO as initiator, polyvinylal- cohol, gelatine and bentonite as suspender and stabilizing agents respectively. Different sizes of styrene-diviny 1- benzene copolymers, hence a size distribution, were obtained by changing the ratios of monomer ( styrene) /water, initiater/ monomer, crossiinker (diviny Ibenzene ) /monomer j the volume of total liquid; the pH of the medium; and the rate of mixing. Carbonisation and activation of these particles was carried out in different (N`,N`+steam,CO?) gas atmos pheres using a suitable heating program. The performances of activated carbon particles were examined using batch process and creatinine and vitamin B.. _ as test material, The porosity of produced polymer and active carbon particles were measured. Their surface structure were examined using Scanning Electron Microscope. In the suspension polymerization step the following para meters were found to be suitable to get the desired size particles; the total liquid volume in the s us pan s ion reactor was 120 ml ; the mixing rate found to be 280 rpm ; monomer/ water ratio was 1/3; the amount of initiater was 1% by weighty the amount of stabilizing and suspending agents - 2 polyvinylalcohol, gelatxne and bentonite were 2.0x10, 2.3x10 and 1.0x10 g/mlwater respectively. Ratio of diviny Ibenzene in polymer particles was found toV be more than 40% to obtaine carbonisation and activation. The N_+steam mixture was found to be the suitable atmos phere for carbonisation and activation. It was shown that by increasing divinyibenzene concentration the cross-link density increases and related to this effect the porosity and adsorbtion capacity decreases. SEM pictures taken before and after the carbonisation process showed that the divinyl benzene concentrates at the surface and drops the adsorbtion capacity by upsetting porosity. Results of adsorbtion experiment showed lower adsorbtion capacity compared to commercially available BACMU (Kureha, Japan) carbon which is used in hemoperf us ion columns. 95

Bu araştırmanın iki isine» amacı vardır. Birincisi tıbbi uygulamalarda kullanılan poliüretan biyomateryallerin, yüzey özelliklenin plazma poîimerizasyonu ile modi fi ye edilmesidir. İkincisi ise biyomateryal yüzeylerin kanla etkileşimini belirlemek için radyoaktif izleyicilerin kullanıldığı bir uyan -cevap tekniğinin geliştirilmesi ve sonuçların moment tekniği ile analizidir. Çalışmanın ilk bölümünde, poliüretan yüzeyler, kanla uyuşabil iri iği yüksek olduğu bilinen, tıidrofobik (silikon bazlı) ve hidrofilik (hidroksietilmetakrilat bazlı) polimerlerle plazma poîimerizasyonu tekniği ile ince bir film ile kaplanmıştır. Elde edilen yüzeylerin fiziksel ve kimyasal yapısı Polarizasyon Mikroskopu ve ESCA yöntemleri ile incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, kan-rneteryai etkileşmesinin araştırılması için, radyoaktif işaretli kon proteinleri, albümin ve fibrinojen ve taze sığır kanı kullanılarak uyan-cevap yöntemi uygulanmıştır. Deneylerde kaplı ve/veya kaplanmamış poliüretan küreler ile dolgulu kolonlar kullanılmıştır. Kolon girişine impals veya basamak şeklinde yapılan uyanların cevaplan çıkışta alınarak sonuçlar moment tekniği kullanılarak da değerlendirilmiştir. İkinci bölümün sonunda ise, uyan- cevap tekniğinin canlı sistemde uygunluğunu göstermek amacı ile, eK-vivo hayvan örnek deneyleri yapılmıştır. Polarizasyon Mikroskopu ve ESCA deneyleri ile, poliüretan yüzeylerde, plazma polimerizasyonunun fiziksel modifikasyonu gerçekleştirdiği ve yüzeyde ince bir polimerik filmin varlığı gösterilmiştir İkinci grupta, uyan-cevap deneyleri ve moment analizi, plazma poîimerizasyonu ile kaplamanın, albümin ve fibrinojen adsorpsiyonun azalttığı; yüzeyde albümin ön adsorpsiyonu ile fibrinojen adsorpsîyonunun önemli ölçüde azaltılabileceği; fibrinojen ve albüminin beraber adsorpsiyonunda yüzey seçiciliğinin önemli olduğu ve aibümine seçici yüzeylerde yüksek kan uyuşabiliriiğine yol açacağı belirlenmiştir. Ex-vivo çalışmalarla, uyan-cevap tekniğinin canlı sistemde kullanılabileceği vurgulanmıştır.IV İn-vitro kan çalîşmalonnds plazma ile mcdifiye edilen yüzeylerde, eritrosit ve trombosit kaybının kaplanmamış poliüretan yüzeylere göre daha az olduğu, başka bir ifade ile kan hücre! eri -materyal etkileşmesi yönünde modifikasyonun gerçekleştiği gösterilmiştir. The sim of this study can be classified in two main groups. First one is to improve the surface properties of polyurethane biomaterials by depositing hydrophllic and/or hydrophobic entities on the surface by plasma pollmerization. The latter is the dynamic investigation of blood- material Interaction, by stimulus-response technique using radioiabelled human serum albumin and human serum fibrinogen tracers. Than, the results were evaluated via analysis by cybernetic moment technique. in the first part of the results, spherical polyurethane beads have been coated with thin layer of silicon or hydroxyethylmetacrylate based polymer films by plasma politzerization. The physical and chemical properties of modified surfaces were characterized by polarization microscopy and ESC A. techniques. For the investigation of coated and uncoated were subject to a series of tests by stimulus-response technique utilizing radioiabelled HSA and/cr HSF and bovine blood. The tests were performed In a column packed with PU/PizP(HEHA) coated PU/PlzPCHMDS) coated PU beads. The column was ?impulse or step stimulated and the response of column was evaluated by cybernetic moment technique. Second part of experiments were terminated with ex- vivo studies, in order to show the applicability of stimulus-response analysis to live systems. Polarization microscopy and ESCA results showed the presence of thin layer of polymeric film on polyurethane surfaces. Stimulus-response technique and moment analysis prove that; © albumin and fibrinogen deposition declines by surface coating using plasma poll meri zati on 9 preadsorption of albumin on the blomaterlal surfaces lead to decrease fibrinogen adsorption. simultaneous adsorption of albumin and fibrinogen depends upon the surface characteristics and selectivity hence surface more selective to albumin is more biocompatible. Ex-vivo studies denoted that the stimulus-response technique was suitable for live systems.`i în-vitro blood studies resulted in the fsct that the interaction of blood- material was Improved by plasma polimerization due to decrease in the depletion rate of platelets and red cells. 151

î ÖZET Sunulan çalışma, mikrotesîyıcı-destekli kültür sistemlerinde kullanılan ticari olarak mevcuUasıyıcılara alternatif olabilecek yeni poîirnerik mlkroleşıyıcıiann geliştirilmesi ve bunların sap virüsüne âıysrn `Baöy Harasîer Kidnsy` (8HK) hücrelerinin üretiminde kullanımını amaçlamıştır. Çalışmanın fîk bölümündö, uygun yüzey vs yığın özeîîîklar'ne sahip hldrofiîsk karakterli PHtMA ve hıdrofobik karakterli PS m îkrotasıyıcıiar tarafımızdan çeliştir;Jen yöntemlerle hazırlanmıştır. Çatışmanın ikinci aşamasında, hazırlanan mıkrotasıyıcîlann çeşitli fiziksel özelliklen (yoğunluk, sedimantasyon hızı» vb.) saptanmış, yüzey yapıları uygun yöntemlerle snaliz edilmiştir. Osîismanîn üçüncü bassra^sncfe, durgun ve süspanse kültür koşyiisrında mikrotasıyıcılarîn hücre yapışma, yayılma ve üremesi üzsrfîideki etkisi incelenmiştir. Mlkrctasîyıcı-destekii kültür sistem parametreleri (mikrotasîyıcı konsantrasyonu, hücre inokülasyon yo$unîu§u, karıştırma nızı, vo.) deçıstınlerek nücrs verimi için optimum kcsuHar Deürienmıştır. Calisrnalsr, klasik hücre kültür sistemleriyle ve ticari olarak mevcut mikrotasıyıcsSarla tekrarlanmış ve sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Aynca, hücre yapışma ve üreme kinetikleri, araştırma kapsamında geliştirilen matematikse! modellerle değerlen¬ dirilmiştir. Çalışmanın son bölümünde ise. PH£MA mlkrotasıyıcı destekli sistemlerde üretilen BHK2Î hücrelerinin A22 tipi sap virüsüne duyarlılıklar; incelenmiştir. ilk bölümde gerçekleştirilen çalışmalar,, araştırma kapsamında çeliştirilen süspansiyon polimerizasyonunu yönteminin istenilen boy (100-200 p.) ve boy dağılım aralığına sahip.Dseffaf ve düzgün kürsse? yapıdaki csprsz sa^îî PHEı'lA mikrütasıyıcıların hazırlanması acısından uygun olduğunu ve yapıya ilave edilen MMA ve DHAEHA mono- merlerıyle yüzey ve yığın özelliklerinin istenilen düzeye getirilebileceğini göstermiştir. 8u çölümde diğer çalışmalar, çapraz öağh PS psrüküllerln (Biobeads 5X2) yüzey özelliklerinin, bu çalışmada geliştirilen piazma polîfr.erizîsyon tekniği kuüamlarsk modifiye edilebileceğini göstermiştir. Yüzey modifikasyonu çeşitli alkilaminterle (EDA,fi ALAM vs TEA) gerçekleştirilmiş vs elkUsmia türüne plazma reaksiyon koşullarının (plazma gücü ve süresi) farklı yüzey özelliklerine ulaşılmasında stken olduğu saptanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında hazırlanan mikroraşıyıcîlann optimum mikrotasıyıcı Özelliklerinin g^una sattip oldukları analiz sonuçlarıyla saptanmıştır. Üçüncü bölümde gerçekleştirilen hücre kültür, çalışmalarıyla, PHEMA mikrGîaşıyîcılarda hücre yapışması ve üremesinin olabilmesi için MMA vs OHAEMA yapılarının ^rskli oldugy, 0.13 mol MMÂ/mcı HEilA, 0.15 moî DrtA£îWmoî HEMA trilsşirnins sahip PHEÎ1A îîîtkro- tasıyıcfisnn Cytetex-1 ve Cyt^fes-3 mikroîaşıyıcfıera alternatif olarak kullanılabileceği saplanmıştır. Yüzeyi modlfîye sHImîş FS mikrotaşıyrcrt^la durgun koşullarda yapılan çalışmalar, TEA kaplı yüzeylerde hücre veriminin, EDA ve ALAM kaplı yüzeylere göre dsha yüksek olduŞuny vsyöz^i TEA ptemasında, 10 dakika sürsyîe vs 10 Watt güçte Kaplanan mikrctaşıyıcılarla sn yüksek hücre yapışma vs üreme sfe^rîsrine uisşıldığınî göstermiştir. Mikrotaşıyıcı-ttesteklî sistemlercfe höcre yapışma ve üremesini tanımlamak sm^ıyls iliştirilen matematiksel modellerden elde edilen ferler toysel veriler Is karşılaştınl- dıgınds, aralarındaki uyumun oldukça iyi olduğu, bcylelikls bu îür sistemlerde kuîlanîla- öilecekieri belirlenmiştir. C3l»şnî'3n«n son bölümünde, PHEMA »îîikrotaşîyîcı-desteikîi sistemde üretilen BHK hücrelerinin sap virüsüne duyarSî'nkiannın saplanması SÎHXÎ ile yapılan csîısmsisr» söz konusu hücrelerin A22 tipi sap virüsüne cfoysdî oîöu^uny göstermiştir. Bu sonuciann ışığı altında, araştırma kapsamında hazırlanan PHEMA ve PS mikrctdşıyjciiarın kiiJlanılmasıyla, BHK hücrelerinin üretim kapasitesinin kfeslic yöntemierdekine oranla arttınisöflec^i vs virüs üretiminde kullanılabilecek sonucuna uiaşîtaıştsr. SUMMARY The study presented tere, alms the development of the novel polymeric microcarners as.alternatives to the coîYîraerciaî mlcrocarners used in microcarner culture systems, In order to facilitated the production of `Baby Hamster Kidney*` { BBIO cells which are sensitive to the `Foot and Mouth Disease` (RID) virus. in the first part of this study, fiydrophillc pcly( hydroxyethylmetterylats) (PHEMA) and hydrophobic polystyrene (PS) fflicrocarriers in suitable surface and bulk properties were prepared by the novel methods developed by us. in tie second part of the study, the physical characteristics (i.e., density, sedimentation velocity, etc) of the microcarrlers were determined and their surface structures investigated fry means of the appropriate methods. In the third part of the study, the cell attachment, spreading and growth characteristics of the îracrccarriers were investigated In stationary and aisc submerged culture conditions. 8y changing üne microcarrier-facilitated culture system parameters, (i.e., roicrocarner concentration, cell Inoculation density, stirring speed, etc.) the optical conditions were determined in Qruzr to achieve higher cell yields. The studies were repeated with the traditional culture systems and also commercial microcarrlers ( i.e., CytoSex- İ. Cytodex-3) and thus, the results were compared. On the other hand, the ceil attachment and growth kinetics ^ere evaluated fry means of the mathematical models proposed In this study. in the last part of the stilly, the virus susceptibilities of BHK cells produced on the PHEMA microcarrlers were investigated. The studies were performed In the first part showed that, the novel suspension polymerization technique is much suitable in order to obtain spherical and transparent erossllnked PHEMA mlcrocarriers In desired size ( 120-200 p.) and size distribution, and their surface and bulk structures were adjusted by including hydrophobic and charged co^onoraers, MMA and DMAEMA. The PS microcarrlers were csvbu&*qu by the surface modification of the commercial crosslinked PS particles (Biobesds SX2). The surface treatment of Ihs mlcrocarrlers was carried out by a radiofreqyeney gicw discharge polymerization process. Using this technique the surfaces of the nsicrocarnars ^bpb coatee with plasma polymerized polymeric films formed from primary and tertiary alkylamins ( i.e., EDA, ALAM and TEA). By changing thesv monomer type and plasma reaction conditions, the chemical nature of the roicrccarner's surfaces was varied. The celi culture states indicatedlhat, the presence of MilA and DftAEMA monomers m~ the PHEMA structure are necessary In order to achieve the desired ceil attachment and growth and PHEMA nifcrccarriers which Includes 0. 13 mol MMA/mai KEMA; 0. S 5 mol EGDMA/mol HEMA can used as aa alternative to the Cytodex-I and 3 fîitcrocarries In microcarrler facilitated culture systems. The PS microcarner culture studies showed that while the most rapid attachment occurs on the EDA plasma coaled surfaces., the ceil growth was best on the TEA coated surfaces. A sharp increase on cell yield cccured when the $mer of the TEA plasma was increased to i 0 Watts, at î O m mies. The aggrement between model predictions and the experimental data described the kinetics of the cell attachment and growth are reasonably good. In the last part of the study, it was found that, BHK cells grown on the surface of the PHEfIA microcsrrlers are sensitive to the A22 type f MO virus. 8y taking of these results into account, it can be said that., these PS ana PHEMA mlcrocarrlers may be used In jnicrocarner facilitated ceil culture systems In trâsr to increase the production capacity of BHK cei Is. 181

ÖZET Bu çalışmanın amacı Ca-aljinat jellerin uyarı-cevap karakteristikleri ve buna bağlı jel geçişlerinin, ve bu jellerin ağızdan alman geciktirilmiş (kontrollü) ilaç salım sistemlerinde kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Çalışmada öncelikle, % 1-5 aralığında değişen konsantrasyonlarda Na-aljınat içeren çözeltilerin, % 1-5 aralığında değişen konsantrasyonlarda, çapraz- bağlayıcı olarak CaClo içeren damlatma ortamlarında şeklllendlrllmesiyle, değişik yapıda, 1.5-2 mm boyutlarında küresel Ca-aljinat jeller hazırlanmış ve bu jellerin iki farklı uyarıya (sıcaklık ve pH) karşı cevapları (şişme- büzülme) araştırılmıştır. Sıcaklık 4-37°C ve pH 2-8 arasında değiştirilmiştir. Araştırmanın ikinci bölümünde Ca-aijınat jellerin sıcaklık ve pH'a bağlı olarak değişen şişme özelliklerinden yararlanılarak, bu jellerden örnek ilaç riboflavin salımı incelenmiştir. Değişik konsantrasyonlarda Na-aljinat (% 1-5) ve riboflavin ( 12 mg/ 10 mi) içeren çözeltilerin, % 1-5 C3CI2 içeren damlatma ortamlarında şekillendir ilmesiyle elde edilen küresel Ca-aljınat jellerden değişik sıcaklık ve pH' larda ilaç salımı ölçülmüştür. Ayrıca, bu jellerin ağızdan alınan geciktirilmiş ilaç salım sistemlerinde kullanılabilirliğinin araştırılması için yapay mide ve bağırsak ortamlarında, model sistemlerde riboflavin salımı belirlenmiştir. Sonuçların karşılaştırmalı olarak incelenmesi ve jellerden 1İ3Ç salım kinetiğinin mevcut matematiksel ifadelerle de değerlendirilmesiyle su sonuçlar elde edilmiştir:. Başlangıç polimer çözeltisindeki Na-aljinat ve şekillendirme ortamındaki çapraz- baglayıcı C8CI2 konsantrasyonlarının azalması, sıcaklığın ve pH'ın artmasıyla Ca- alj inat jellerin hem şişme hızları hem de sonuç sışme değerlen önemli oranda artmaktadır.. Ca-aljınat jeller pH = 2.6- 2.8 aralığında bir jel geçişi (atlaması) göstermektedir.. Ca-aljinat jellerden ilaç salımı jel geçiş pH'sı üzerinde, hem difüzyon nemde gevşeme, bu pH'nın altında ise yalnızca dıfuzyon kontrollüdür.. Ca-aljinat jellerin şişme hızını etkileyen Na-aljinat ve CaCİ2 konsantrasyonlarının azalması ve özellikle sıcaklık ve pH'nın artmssı riboflavin salimim önemli oranda hızlanmaktadır.11 Yapay mitte ortamında hiç şişmeyen ve 3 saatlik sürede taşıdıkları riboflavins % 30- 40'ırn salan Ca-aljinat jeller yapay bağırsak ortamında çok kısa sürede (15-30 dakika) sışıp, dağılarak içlerindeki ilacı boşaltmaktadırlar. Bu da aljınat jellerın, özellikle pH ileilgill uyarı-cevap karakteristiklerinden yararlanılarak, mide orta mında bozunan veya aktivitelerini kaybeden ilaçların ağızdan alman geciktirilmiş (kontrollü) salım sistem-lerlrıirı hazırlanmasında taşıyıcı matriks olarak kullanı labileceklerim göstermektedir. Ill SUMMARY The aim of this study is to investigate the stimulus- responsive characteristics and the oral sustained drug delivery applications of the Ca- alginate gels. in.this study, firstly, spherical Ca-algmate gels, 1.5-2.0 mm in diameter were prepared by dropwise addition of the Na-alginate solutionsd; 3; 5 % weight/volume) into the CaCİ2 media. The response of these gels (swelling-compression) against to the two different stimuli (temperature and pH) were Investigated. The temperature and pH were varied In the range of 4-37°C and 2-8 respectively, In the second part of this study, the riboflavin release from these gels was examined by using the swelling properties which were due to the different temperature and pH. Here, the Na- alginate concentrations and CaCİ2 concentrations were changed and thus, the riboflavin release were determined in different temperature and pH conditions. In addition, the experiments were conducted at artificial stomach and intestine medium. The comparative results of the experiments and the evaluation of drug release kinetics from the Ca- alginate gels by using mathematical equations show the following results.. The swelling rates and also the resultant swelling values increase in important degree by decreasing the initial Na-alginate and crosslinker, CaCİ2, concentrations, and increasing the temperature and pH.. The Ca-alginate gels show the `gel-sol transition` in the range of pH=2.6-2.8,. The riboflavin release from Ca-alginate gels is diffusion and also relaxation-controlled above the transition pH value, and only diffusion-controlled under this pH value.. The riboflavin release rate increases significantly with pH and temperature and decreases less significantly with Na-alginate and CaCİ2 concentrations.. The alginate gels are nonswellable in artificial stomach media and they release only 30 % of the total drug in 3 hours. These gels release all the drug in intestinal medium as a result of the degradation of gels in this medium. This result also shows that, these gels can be used in oral sustained drug release systems as the carrier matrix for the drugs dissolved in stomach, by using their stimulus-responsive characteristics related especially with pH. 91