PMMA-ko-VFBA nanoparçacık sentezi ve karakterizasyonu

Boronik asit fonksiyon grupları ihtiva eden PMMA nanoparçacıkları yüzey aktif madde kullanılmaksızın emülsiyon polimerizasyonu metodu ile elde edildi. Daha önceki araştırmalarda tek aşamada homojen PMMA nanoparçacıklarının başarıyla elde edildiği rapor edilmiştir (Buyukserin ve ark., 2011). Diol duyarlı nanoparçacık elde etmek için ko-monomer olarak vinilfenil boronik asit (VFBA) polimerleşme ortamına enjekte edildi. VFBA kimyasal yapısı incelendiğinde sp2 hibrit orbitaline sahip, düzlemsel boronik asit fonksiyonel grupları taşıdığı görülür (Şekil 3.21.-a) .

Şekil 3.21. a) Vinilfenil boronik asit (VFBA) b) Metil metakrilat (MMA)

Kafeik asit, bitki hücresi yapısında sekonder hücre duvarının ana maddesi olan lignin (Lebo ve ark., 2001) polimerini oluşturan temel bileşiktir (Stuart ve ark., 2001; Boerjan ve ark., 2003). Kafeik asit hem in-vitro hem de in-vivo olarak antioksidan bir bileşiktir (Olthof ve ark., 2001). Rajendra ve ark. (2011) kafeik asitin in-vitro çalışmalarda kanser kültürü hücreleri (human HT-1080) üzerinde hücrelerin çoğalmasını sınırladığını ve kafeik asitin farmakolojik olarak potansiyel bir madde olduğunu rapor etmiştir. Hirose ve ark. (1998) çalışmasında, fare deneylerinde oral olarak verilen yüksek dozdaki kafeik asitin, farelerin karın bölgesinde tümör benzeri doku bozulmasına neden olduğunu belirtmiştir. Aynı çalışmada, kafeik asitin de içinde

olduğu kombine antioksidanların kolon tümörünün büyümesini engellediği rapor edilmiştir. Çeşitli bitkilerde doğal olarak bulunan kafeik asit türevi olan, kafeik asit 2- feniletil esteri in-vitro çalışmalarda, antimitojenik (antimitogenic), antikanserojen (anticarcinogenic), ve antiimflamator (anti-inflammatory) özellikte bir bileşiktir (Huang ve ark., 1996; Natarajan ve ark., 1996; Huang ve ark., 1988; Orban ve ark., 2000, Şekil 3.22.).

Şekil 3.22. a) Kafeik asit b) Kafeik asit 2-feniletil esteri

Metil metakrilat (MMA) ile vinil fenil boronik asit (VFBA) radikal başlatıcılı emülsiyon ko-polimerizasyon reaksiyon şeması Şekil 3.23’de gösterilmiştir.

Şekil 3.23. Boronik asit ile fonksiyonlanmış PMMA nanoparçacık sentezi. APS: Serbest radikal başlatıcısı, VPBA: Vinilfenil boronik asit (100 mg), MMA: Metil metakrilat (900 mg). Çözücü karışımı:

Şekil 3.24. PMMA-ko-VFBA nanoparçacık süspansiyonu (MMA7)

Şekil 3.24’de polimerleşme reaksiyonu sonucu elde edilen PMMA-ko-VFBA süspansiyonunun laboratuvar ortamında çektiğimiz fotoğrafı gösterilmiştir. Çizelge 3.3. polimerizasyon denemelerinde kullanılan monomer, başlatıcı ve çözücü kombinasyonunu göstermektedir. 14 farklı deneme yapılmış ve elde edilen nanoparçacıklar DLS cihazı ile parçacık boyutu ve polidispersite indeksi ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar Çizelge 3.3.’de belirtilmiştir.

Çizelge 3.3. Boronik asit ile fonksiyonlanış PMMA nanoparçacık polmerizasyon parametreleri Deney kodu MMA

(mg) 4-Vinil benzene boronic asit (mg) Aseton (mL) Su (mL) APS (mg) dH (nm)a PDIb (boyutsuz) MMA1 975 25 0 10 25 392 0.035 MMA2 975 25 1 9 25 410 0.081 MMA3 975 25 2 8 25 458 0.111 MMA4 975 25 3 7 25 73 0.064 MMA5 975 25 4 6 25 77 0.056 MMA6 925 75 4 6 25 87 0.077 MMA7 900 100 4 6 25 97 0.119 MMA8 975 25 5 5 25 123 0.173 MMA9 950 50 4 6 25 63 0.065 MMA10 1000 0 4 6 25 86 0.073 MMA11 975 25 4 6 12.5 94 0.048 MMA12 987.5 12.5 4 6 25 67 0.255 MMA13 968.75 31.25 4 6 25 74 0.164 MMA14 800 200 4 6 25 85 0.041 a

Ortalama hidrodinamik çap.

b

Polidispersite indeksi, birimsiz.

Literatür incelendiğinde, boronik asit ile fonksiyonlanmış çeşitli polimerik yapıların elde edildiği görülmektedir. Ancak bunlar arasında boronik asit ile fonksiyonlanmış nanoparçacık eldesi nadiren görülmektedir (Larpent ve ark., 1997; Larpent ve ark., 2003; Cannizo ve ark., 2005). Bilim insanları, boronik asit ile fonksiyonlanmış materyal elde etmek için genellikle, polimer zincirine bağlı amin grupları olan polimer sentezlemişler, ikinci bir işlem ile polimer zincirindeki amin gruplarını boronik asit ile bağlamak suretiyle boronik asit fonksiyonlu nanomateryal elde etmişlerdir. Fakat bu işlemler fazla işlem basamakları içermekte ve zaman alıcıdır (bazen 5 gün, Cannizo ve ark. 2005). Ayrıca polimerin ne ölçüde boronik asit ile fonksiyonlandığı kontol edilememektedir. Bu çalışmada, boronik asit ile fonksiyonlanma işlemi ve nanoparçacık oluşumu tek aşamada olmaktadır. Emülsiyon polimerizasyonlarında, nanoparçacığı korumak ve belli bir büyüklükte kalmasını sağlamak için genellikle yüzey aktif maddeler (surfactant) kullanılır. Bu çalışmada, yüzey aktif maddeye ihtiyaç duyulmaksızın PMMA nanoparçacıkları elde edilmiştir. Ayrıca, ko-monomer, çözücü bileşim oranlarını değiştirmek suretiyle elde edilen nanoparçacıkların, parçacık boyutu istenilen şekilde kontrol edilebilmektedir. Bütün bu

özellikleri ile bilim literatürüne, bilgimiz dâhilinde, ilk olarak, tek aşamada, yüzey aktif madde kullanılmaksızın, boronik asit ile fonksiyonlanmış, diol duyarlı nanoparçacık eldesi sunulmuştur. Elde edilen PMMA-ko-VFBA nanoparçacıkların hidrodinamik çapları ve polidispersite indeksleri Çizelge 3.3.’de gösterilmiştir. Şekil 3.25.’de gösterildiği üzere, PMMA-ko-VFBA nanoparçacıkları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Nanopaçacıklardaki boron içeriği SEM cihazına bağlı EDX ile ölçülmüştür. EDX spektrası Şekil 3.26’da gösterilmiştir.

Şekil 3.25. PMMA-ko-VFBA nanoparçacıkları taramalı elektron mikroskop mikrofotoğrafı

PMMA-ko-VFBA nanoparçacıklarının elde edilmesinde kullandığımız aseton/su karışım çözücü ortamı uygun bir çözücü olarak tespit edildi. Reaksiyon başlangıçta şeffaf haldedir. Reaksiyon, başlatıcı olarak kullandığımız APS ilavesi ile başlatıldıktan sonra 15 dakika içerisinde süt beyaz hal almaya başlamaktadır. Bu gözlem bize nanoparçacıkların oluşmaya başladığını göstermektedir. Reaksiyon 3 saat devam etmekte ve son ürün süt beyaz halde süspansiyon olarak elde edilmektedir. Reaksiyona girmeyen monomer ve reaktantlar, nanoparçacıkların santrifüj edilip su ile yakanması

ile uzaklaştırıldı. Farklı monomer oranları, çözücü kombinasyonu ve başlatıcı mikarları denenerek uygun nanoparçacık parametreleri araştırıldı.

Şekil 3.26. PMMA-ko-VFBA nanoparçacıkları EDX spektrası

Şekil 3.27’de açıkça görüldüğü gibi, çözücü karışımındaki aseton miktarının (hacimce) su miktarına oranı, PMMA nanoparçacıklarının hidrodinamik çapı üzerinde büyük etkisi olduğu görülmektedir. Çözücü karışımındaki aseton/su oranı 0.0-0.3 aralığından 0.3-0.6 aralığına artırıldığında, ortalama hidrodinamik çap dramatik bir şekilde 350-400 nm’den 50-100 nm’ye düşmektedir. Bu aseton fraksiyonu aralığında, aynı zamanda, PDI değerinin düşük olması monodispers parçacık oluştuğunu göstermektedir. Çözücü karışımındaki aseton oranının artması sürekli fazdaki (continuous phase) dielektrik sabitinde düşüşe sebep olmakta ve böylelikle monemerin

çözünürlüğü artmaktadır. Bu özellik 100 nm altında homojen PMMA nanoparçacıkların elde edilmesini sağlamaktadır (Springsteen ve Wang, 2002) .

Şekil 3.27. Aseton oranı değişimine karşılık ortalama hidrodinamik çap ve PDI değişimi

Bu çalışmada diol duyarlı nanoparçacık olarak geliştirilen nanomateryal metil metakrilat (MMA) ve vinilfenil boronik asit (VFBA) ko-polimeridir. Polimer içeriğindeki boronik asit miktarı (ve dolaysıyla oranı) değişimine karşı oluşan nanoparçacıkların ortalama hidrodinamik çapları ve PDI değerleri Şekil 3.28.’de gösterilmiştir. Boronik asit miktarı 0 mg’dan 50 mg’a artırıldığında parçacık çapında azalan bir değişim gözlenmektedir. Boronik asit miktarı 50-100 mg arasında ise parçacık çapı artmaktadır. PDI değerindeki dalgalanma ile parçacık boyutundaki dalgalanmanın biribirine paralel olduğu görülmektedir.

Şekil 3.28. Boronik asit miktarına karşılık ortalama hidrodinamik çap ve PDI değişimi

Şekil 3.27. ve Şekil 3.28.’de gösterilen sonuçları bir arada yorumladığımızda MMA7, düşük parçacık boyutu ve monodispers yapısı ile ileriki işlemler için uygun aday olarak değerlendilmektedir.

SEM cihazından alınan MMA7 deneyine ait mikrofotoğraf, image J programı ile analiz edildi ve ortalama parçacık boyutu 58 nm, varyasyon katsayısı % 5.6 olarak hesaplandı. Bu varyasyon katsayısı ile parçacık boyut dağılımı monodispers olarak değerlendirilmektedir (Nie ve ark., 2005; Xu ve ark., 2005; Choi ve ark., 2007; Choi ve ark., 2009). SEM mikrofotoğrafından hesaplanan ortalama parçacık boyutu (58 nm), DLS cihazından elde edilen ortalama parçacık boyutundan (87 nm) daha küçük olduğu görülmektedir. Bu durum DLS ölçümünde sulu ortamda parçacıkların difüzyon tabakası dağılımından kaynaklandığı öngörülmektedir (dosSantos ve ark., 1997; Duracher ve ark., 1999; Goldshtein ve Margel, 2009).