3. MATERYAL ve YÖNTEM
3.3 Analizler
3.3.10 Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) analizi
Analizler Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümünde HPLC Spectra System ve HPLC Shimadzu cihazlarında gerçekleştirilmiştir. Analiz koşulları ifosfamit içinODS-3 kolon 4.6 x 250 mm, mobil faz asetonitril / su (% 30:70), akış hızı 1.5 ml / min, kolon sıcaklığı 40 oC, enjeksiyon hacmi 20 µL, UV dedektör dalga boyu 195 nm;
taksol içinODS-3 kolon 4.6 x 250 mm, mobil faz asetonitril / su (% 50:50), akış hızı 1.5 ml / min, kolon sıcaklığı 40 oC, enjeksiyon hacmi 20 µL, UV dedektör dalga boyu 227 nm şeklindedir (Mu ve Feng 2001, Pandit vd. 2011).
59 4. BULGULAR ve TARTIŞMA
Tez çalışması kapsamında Fe3O4 nanotaneciklerinin sentezi, Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzey modifikasyonu, atmosfer koşullarında yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin PLGA ile kaplanması, süperkritik akışkan ortamında PLGA sentezi, süperkritik akışkan ortamında Fe3O4 nanotaneciklerinin PLGA ile kaplanması, Fe3O4 -PLGA nanokompozitleri üzerine ilaç yüklenmesi, Fe3O4 - PLGA nanokompozitleri üzerinden ilaç salımının in vitro olarak incelenmesi ve sitotoksisite deneyleri sonucunda elde edilen bulgular bu bölümde verilmiştir.
4.1 Fe3O4 Nanotaneciklerinin Sentezi ve Karakterizasyonu
Alkali ortamda birlikte çöktürme ile sentezlenmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin FTIR spektrumu şekil 4.1 ile verilmiştir.
Şekil 4.1 Alkali ortamda sentezlenen Fe3O4 taneciklerinin FTIR spektrumu
Alkali ortamda sentezlenen Fe3O4 nanotaneciklerinin FTIR spektrumu incelendiğinde Fe-O bağı karakteristik pikinin 580 cm-1, 3600-3200 cm-1 aralığında geniş bir pik şeklinde beklenen –OH fonksiyonel grubuna ait karakteristik pikin ise 3400 cm-1 civarında olduğu saptanmıştır. –OH grubuna ait karakteristik pikin nemden değil de
60
Fe3O4 nanotaneciklerinden kaynaklı olduğunu kanıtlayabilmek için örnekler etüvde kurutularak analiz edilmiştir. Fonksiyonel grubun alkali ortam nedeni ile Fe3O4
yüzeyinden (Şekil 4.2) kaynaklandığı belirlenmiştir (Dilnawaz vd. 2010). Ayrıca ticari olarak satın alınmış Fe3O4 nanotaneciklerinin (< 50 nm) FTIR analizi (Şekil 4.3) ile bu çalışmada sentezlenen manyetik nanotaneciklerin FTIR spektrumlarının birbiri ile uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır. Süreli yayınlarda (Nguyen vd. 2011, Lu vd. 2010) Fe3O4’e ait FTIR spektrumlarında Fe-O bağı karakteristik pikinin 570 cm-1, 3600-3200 cm-1 aralığında geniş bir pik şeklinde beklenen -OH fonksiyonel grubuna ait karakteristik pikin ise 3330 ve 3398 cm-1 civarında olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki bulgular ile uyumludur.
Şekil 4.2 Fe3O4 nanotaneciklerinin şematik gösterimi (Dilnawaz vd. 2010)
Şekil 4.3 Ticari Fe3O4 nanotaneciklerinin FTIR spektrumu
61
Fe3O4 nanotaneciklerinin TEM görüntüleri ve büyüklük dağılımları literatür çalışmalarıyla (Gu vd. 2005, Liang vd. 2011) karşılaştırmalı olarak şekil 4.4 ile verilmiştir.
Şekil 4.4.a.b.c Sentezlenen Fe3O4 nanotaneciklerinin farklı bölgelerden elde edilen TEM görüntüleri, d. büyüklük dağılımları, e. Gu vd. 2005, f. Liang vd.
2011
62
Fe3O4 nanotaneciklerinin TEM görüntüleri incelendiğinde taneciklerin kısmen de olsa aglomere oldukları saptanmıştır. Fe3O4 nanotaneciklerinin büyüklük dağılımlarından ortalama tanecik büyüklüğünün 8.8 ± 1.8 nm olduğu belirlenmiştir (Şekil 4.4.d) ve süreli yayınlara benzer özeliklerde sentezlendiği belirlenmiştir (Şekil 4.4.e.f.).
Fe3O4 nanotanecikleri elementel analiz yapılması amacı ile SEM-EDS görüntüsü elde edilmiştir. Fe3O4 nanotaneciklerinin şekil 4.5’te verilen SEM-EDS görüntüsünde yeşil bölgeler Fe, kırmızı bölgeler O ve mavi bölgeler ise C elementini ifade etmektedir.
Örnekler karbon bant üzerinde analizlendiği için analiz sonucunda örnek içerisinde yer almayan C elementi saptanmıştır.
Şekil 4.5 Fe3O4 nanotaneciklerinin SEM-EDS analiz sonucu
a. analiz için taranan bölge, b. bölgenin boyalı gösterimi, c. grafiksel gösterim
63
Sentezlenen Fe3O4 nanotaneciklerinin süreli yayınlarla karşılaştırmalı şekilde XRD analiz sonucu şekil 4.6’da verilmiştir.
Şekil 4.6.a. Sentezlenen, b. süreli yayınlarda (Wu vd. 2011) elde edilmiş Fe3O4
nanotaneciklerinin XRD analiz sonuçları
Sentezlenen Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD kırınım pikleri incelendiğinde karakteristik piklerin standart Fe3O4 kristal yapısını (Şekil 4.7) gösterdiği ve süreli yayınlarla uyumlu olduğu belirlenmiştir (Şekil 4.6).
Şekil 4.7 Fe3O4 kristal yapısının şematik gösterimi (Teja vd. 2009)
XRD analiz sonucuna göre sentezlenen taneciklerin kristal çapları Sherrer eşitliğine (Wu vd. 2011) göre hesaplanmış (EK 1) ve sonuçlar çizelge 4.1'de verilmiştir.
64
Çizelge 4.1 XRD analiz sonucuna göre hesaplanan kristal çapları
Kristal düzlemi 2-theta(deg) Kristal çapı (nm)
220 30.34 8.8
311 35.38 8.4
400 43.36 13
422 53.84 13.5
511 57.16 8.7
440 62.73 9.4
622 74.37 7.3
Fe3O4 nanotaneciklerinin manyetik özelikleri oda sıcaklığında VSM ile analiz edilmiştir (Şekil 4.8.a). Analiz sonucunda görülen zorlayıcı alanın (koersivite) sıfır “0” olması süperparamanyetik maddelerde beklenen bir özeliktir (Şekil 2.2). Sentezlenen Fe3O4
nanotaneciklerinin doygunluk mıknatıslanması süreli yayınlara (Wei vd. 2012) benzer şekilde 58.87 emu/g olarak belirlenmiştir (Şekil 4.8.a.b).
Şekil 4.8.a. Sentezlenmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin, b. süreli yayınlarda sentezlenmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin VSM analiz sonucu (Wei vd. 2012)
65
4.2 Fe3O4 Nanotaneciklerinin Yüzey Modifikasyonu
Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzey modifikasyonunda üç farklı silanlı bileşik (3-(Trimetoksi) propil metakrilat (MPTMS), 3-(Trietoksi) propil metakrilat (MPTES) ve Trietoksivinilsilan (VS) kullanılmıştır. Bu çalışmada Fe3O4 nanotaneciklerinin MPTES ile modifikasyonu ilk defa gerçekleştirilmiştir.
Yüzeyi silanlı bileşiklerle modifiye taneciklerin FTIR analiz sonuçları Fe3O4
nanotaneciklerinin FTIR spektrumu ile karşılaştırmalı olarak şekil 4.9’da verilmiştir.
Şekil 4.9.a. Fe3O4, b. Fe3O4-MPTMS, c. Fe3O4-MPTES, d. Fe3O4-VS nanotaneciklerinin FTIR spektrumları
Süreli yayınlarda (Arsalani vd. 2010, Nguyen vd. 2011) Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzeyi 3-(Trimetoksi) propil metakrilat ile modifiye edildiğinde FTIR spektrumlarında C = O : 1700-1719 cm-1, C = C : 167-1648 cm-1, C-O : 1172 cm-1, Si-O : 996-1017 cm-1, Fe-O : 580 cm-1 karakteristik pikleri belirlenmiştir. Bu çalışmada toluen ortamında
66
sentezlenen 3-(Trimetoksi) propil metakrilat ile modifiye Fe3O4 spektrumlarında karakteristik pikleri literatüre benzer olarak C = O : 1705 cm-1, C = C : 1635 cm-1, C-O : 1165 cm-1, Si-O : 1064 cm-1, Fe-O : 578 cm-1 dalga sayılarında saptanmıştır (Şekil 4.9.b).
Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzeyi trietoksivinilsilan ile modifiye edildiğinde elde edilen FTIR spektrumlarında karakteristik pikler C = C : 1635 cm-1, = CH2 : 1411 cm-1, Si-O : 1080 cm-1 (geniş bir pik olduğu için bazı piklerin bir arada oldukları düşünülmektedir), Fe-O : 586 cm-1 olarak belirlenmiştir (Şekil 4.9.d). Akbarzadeh vd. (2012) çalışmalarında Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzeyi trietoksivinilsilan ile modifiye edildiğinde FTIR spektrumlarında C = C : 1648 cm-1, = CH2 : 1411 cm-1, Si-O :1116, 1041, 962 cm-1, Fe-O : 568 cm-1 karakteristik piklerini saptamışlardır.
Bu çalışmada FTIR spektrumları değerlendirildiğinde genel olarak karakteristik piklerin süreli yayınlarla uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır. Fe3O4 nanotaneciklerinin 3-(Trietoksi) propil metakrilat (MPTES) ile modifiye edildiği çalışmaya şimdiye kadar rastlanmamıştır; ancak bileşiğin yapı olarak 3-(Trimetoksi) propil metakrilata benzerliği göz önünde bulundurularak pikler incelenmiş ve yüzey modifikasyonunun gerçekleştirildiği belirlenmiştir (Şekil 4.9.c).
MPTMS, MPTES ve VS ile yüzeyi modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin TEM görüntüleri ve büyüklük dağılımları süreli yayınlarla karşılaştırmalı olarak şekil 4.10-4.12 ile verilmiştir.
67
Şekil 4.10.a.b. MPTMS ile yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin farklı bölgelerden elde edilen TEM görüntüleri, c. büyüklük dağılımları, d. süreli yayınlarda sentezlenmiş nanotanecikler (Nguyen vd. 2012)
68
Şekil 4.11.a.b. MPTES ile yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin farklı bölgelerden elde edilen TEM görüntüleri, c. büyüklük dağılımları
69
Şekil 4.12.a.b. VS ile yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin farklı bölgelerden elde edilen TEM görüntüleri, c. büyüklük dağılımları
Silanlı bileşiklerle yüzeyi modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin TEM görüntüleri incelendiğinde beklenildiği gibi taneciklerin aglomerasyonunun azaldığı ve daha düzenli bir hale geçtikleri belirlenmiştir. Fe3O4 ve MPTMS, MPTES ve VS ile yüzeyi modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin ortalama büyüklük ve büyüklük dağılımları çizelge 4.2'de verilmiştir. VS ile yüzeyi modifiye nanotaneciklerin 7.8 ± 1.0 nm ile en küçük ortalama tanecik büyüklüğüne sahip olduğu belirlenmiştir.
70
Çizelge 4.2 Fe3O4 ve yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin ortalama tanecik büyüklüğü ve büyüklük dağılımları
Örnek Ortalama tanecik
büyüklüğü (nm)
Tanecik büyüklük dağılımı
Fe3O4 8.8 ± 1.8 10 nm (71.7 %)
Fe3O4-MPTMS 8.7 ± 1.8 10 nm (74.5 %)
Fe3O4-MPTES 8.1 ± 1.8 10 nm (78.7 %)
Fe3O4-VS 7.8 ± 1.0 10 nm (83.3 %)
Yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin SEM-EDS sonuçları şekil 4.13-4.15’te görülmektedir. Sonuçlar, analiz için taranan bölge ve grafiksel gösterim ve elementel % dağılım şeklinde verilmiştir.
Şekil 4.13 MPTMS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin SEM-EDS analiz sonucu
a. Analiz için taranan bölge, b. Grafiksel gösterim ve % elementel dağılım
71
Şekil 4.14 MPTES ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin SEM-EDS analiz sonucu
a. Analiz için taranan bölge, b. Grafiksel gösterim ve % elementel dağılım
Şekil 4.15 VS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin SEM-EDS analiz sonucu
a. Analiz için taranan bölge, b. Grafiksel gösterim ve % elementel dağılım
Fe3O4 ve silanlı bileşiklerden kaynaklı Fe, O, C ve Si elementleri EDS analizleri sonucunda belirlenebilmiştir. % elementel dağılımlar incelendiğinde, örnekler karbon bant üzerinde analizlendiği için fazla miktarda “C” elementi ve ortamdan kaynaklı olarak da fazla miktarda “O” elementi olduğu düşünülmektedir. Si elementini miktarının farklı silanlı bileşikler için % 0.15-0.40 aralığında değiştiği saptanmıştır.
72
Yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD analiz sonuçları ve Sherrer eşitliğine (EK 1) (Wu vd. 2011) göre hesaplanan kristal çapları şekil 4.16-4.18 ve çizelge 4.3-4.5 ile verilmiştir.
Şekil 4.16.a. Yüzeyi MPTMS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD analiz sonucu, b. süreli yayınlarda sentezlenmiş MPTMS ile modifiye nanotaneciklerin XRD pikleri (Arsalani vd. 2010)
Çizelge 4.3 MPTMS ile yüzeyi modifiye edilmiş nanotaneciklerin XRD analiz sonucuna göre hesaplanan kristal çapları
Kristal düzlemi 2-theta(deg) Kristal çapı (nm)
220 30.18 8.2
311 35.63 9.5
400 43.37 11.9
422 53.53 9.2
511 57.17 9.3
440 62.68 10.4
622 74.51 8.5
73
Şekil 4.17 Yüzeyi MPTES ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD analiz sonuçları
Çizelge 4.4 MPTES ile yüzeyi modifiye edilmiş nanotaneciklerin XRD analiz sonucuna göre hesaplanan kristal çapları
Kristal düzlemi 2-theta(deg) Kristal çapı (nm)
220 30.41 10.7
311 35.40 10.4
400 43.27 10.7
422 53.65 7.6
511 57.26 8.4
440 62.86 9.5
622 74.07 9.2
74
Şekil 4.18 Yüzeyi VS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD analiz sonuçları
Çizelge 4.5 VS ile yüzeyi modifiye edilmiş nanotaneciklerin XRD analiz sonucuna göre hesaplanan kristal çapları
Kristal düzlemi 2-theta(deg) Kristal çapı (nm)
220 30.21 10.1
311 35.61 9.1
400 43.15 9.4
422 53.4 4.8
511 57.33 8.5
440 62.76 9.5
622 74.39 6.7
Yüzeyi modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin XRD kırınım pikleri incelendiğinde (220), (311), (400), (422), (511), (440), (622) kristal düzlemlerine ait karakteristik piklerin değişmediği, dolayısı ile modifikasyon sonrasında nanotaneciklerin kristal yapısında herhangi bir değişim olmadığı saptanmıştır (Şekil 4.16-4.18). Kristal piklerinin sadece şiddetinde azalmalar görülmüştür. Sherrer eşitliğine göre hesaplanan
75
kristal çapları MPTMS, MPTES ve VS ile modifiye Fe3O4 nanotanecikleri için sırasıyla 8-12, 7.5-11, 4.8-10 nm olarak belirlenmiştir (Çizelge 4.3-4.5).
MPTMS, MPTES ve VS ile yüzeyi modifiye edilen Fe3O4 nanotaneciklerinin manyetik özelikleri oda sıcaklığında VSM ile analiz edilmiştir (Şekil 4.19). Analiz sonucunda yüzeyi modifiye edilen Fe3O4 nanotaneciklerinin süperparamanyetik özelik göstermeye devam ettikleri belirlenmiştir. Doygunluk mıknatıslanmaları sırasıyla 59.49 emu/g, 57 emu/g ve 48.54 emu/g’dır. Analiz sonuçları Fe3O4 nanotaneciklerinin modifiye edilmeden önceki doygunluk mıknatıslanma değerinin (58.87 emu/g, Şekil 4.8) değişmediğini göstermiştir. Yüzey modifikasyonu nanotaneciklerin manyetik özeliklerinde belirgin bir azalmaya yol açmamıştır.
Şekil 4.19.a. MPTMS, b. MPTES, c. VS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin VSM analiz sonuçları
76
Yüzeyi silanlı bileşiklerle modifikasyon işleminden önce ve sonra Fe3O4
nanotaneciklerinin hidrofilik ya da hidrofobik özeliklerini belirlemek amacı ile kontakt açıları ölçülmüştür. Görüntüler şekil 4.20-4.23 ile verilmiştir.
Şekil 4.20 Fe3O4 nanotaneciklerinin damlatma işleminden sonraki görüntüsü
Şekil 4.21 MPTMS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin damlatma işleminden sonraki görüntüleri
77
Şekil 4.22 MPTES ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin damlatma işleminden sonraki görüntüsü
Şekil 4.23 VS ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin damlatma işleminden sonraki görüntüleri
Kontakt açısı 90o’den düşük olduğunda yüzey hidrofilik, 90o - 150o aralığında hidrofobik ve 150o - 180o aralığında ise süperhidrofobik özelik taşımaktadır (Bhushan ve Jung 2007). Fe3O4 nanotanecikleri için kontakt açısı ölçülememiş, yapıdaki –OH grubu nedeniyle nanotaneciklerinin hidrofilik yapıda olduğu saptanmıştır. MPTMS, VS ve MPTES ile kaplanmış nanotanecikler için ortalama kontakt açı değerleri sırası ile 116.6o, 137.2o ve 36.4o olarak belirlenmiştir. Kontakt açılarından MPTMS ve VS kaplı nanotaneciklerin hidrofobik yapıda oldukları saptanmıştır.
78
Yüzeyi MPTMS, MPTES ve VS ile modifiye Fe3O4 nanotanecikleri için elde edilmiş TGA analiz sonuçları şekil 4.24’de verilmiştir.
Şekil 4.24 Yüzeyi modifiye edilmiş Fe3O4 nanotaneciklerinin TGA analiz sonuçları
a. MPTMS, b. MPTES, c. VS
TGA analiz sonuçlarına göre MPTMS, MPTES ve VS kaplı nanotanecikler için toplam kütle kayıpları sırasıyla % 8.70, % 4.3 ve % 2.8 olarak belirlenmiştir. Organik kütle kaybı nanotanecikleri çevreleyen silanlı yapı miktarıyla doğru orantılıdır. Molekül ağırlıkları da değerlendirildiğinde (MMPTMS = 248.35, MMPTES = 290.43, MVS = 190.31) MPTMS ve VS ile Fe3O4 nanotaneciklerinin yüzey modifikasyonunun daha etkin bir şekilde gerçekleştirildiği saptanmıştır.
79
4.3 Atmosfer Koşullarında Fe3O4 Nanotaneciklerinin PLGA ile Kaplanması
O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu I yöntemi ile sentezlenmiş manyetik nanoyapılar TEM ile analiz edilmiştir. Yüzeyi modifiye edilmemiş Fe3O4 nanotanecikleri ile elde edilmiş polimer kaplı nanoyapıların görüntüleri şekil 4.25-4.26’da, yüzeyi modifiye Fe3O4
nanotanecikleri ile sentezlenen nanoyapıların görüntüleri ise şekil 4.27-4.30'da süreli yayınlarla karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Şekil 4.25.a.b.c. 1/10 Fe3O4 sentez / PLGA, 8 ml DCM, % 3 PVA, d. Fe3O4 - PLGA nanoyapıları (Koneracka vd. 2008)
Şekil 4.26 1/10 Fe3O4 ticari / PLGA, 8 ml DCM, % 3 PVA
80
Şekil 4.27.a.b.c.d. 1/7 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 8 ml DCM, % 1 PVA, e. Fe3O4-PLGA nanoyapıları (Ling vd. 2011)
Şekil 4.28.a.b.c.d. 1/7 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 8 ml DCM, % 1 PVA, e. Fe3O4 -PLGA nanoyapıları (Lv vd. 2013)
81
Şekil 4.29.a.b.c. 1/7 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 8 ml DCM, % 3 PVA, d. Fe3O4-PLGA nanoyapıları (Astete vd. 2007)
Şekil 4.30.a.b.c. 1/7 Fe3O4 – VS / PLGA, 8 ml DCM, % 3 PVA, d. Fe3O4 - PLGA nanoyapıları (Ashjari vd. 2012)
82
O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu II ve II-a yöntemleriyle sentezlenmiş manyetik nanoyapıların TEM görüntüleri şekil 4.31-4.35 ile süreli yayınlarla karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Şekil 4.31 1/10 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 4 ml DCM, % 3 PVA (MA = 13000-23000)
Şekil 4.32 1/10 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 4 ml DCM, % 3 PVA (MA = 31000-50000)
83
Şekil 4.33 1/15 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 4 ml DCM, % 3 PVA
Şekil 4.34 1/20 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 4 ml DCM, % 3 PVA
Şekil 4.35.a.b. 1/7 Fe3O4 – MPTMS / PLGA, 8 ml DCM, % 3 PVA, c.d. Fe3O4-PLGA nanoyapıları (Ashjari vd. 2012, Zhou vd. 2014)
84
O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu III yöntemiylesentezlenmiş manyetik nanoyapıların TEM görüntüleri şekil 4.36 ile süreli yayınlarla karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Şekil 4.36.a.b.c. Sentezlenen Fe3O4 – MPTMS – PLGA nanotaneciklerinin, d. Fe3O4 - PLGA nanoyapılarının TEM görüntüleri (Lee vd. 2005)
Atmosfer ortamında O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu I, II ve II-a yöntemleriyle sentezlenen Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin TEM analiz sonuçlarına göre 60-140 nm aralığında tek tanecikler ya da aglomere olmuş manyetik nanotaneciklerin etrafında 1-2 nm kalınlığında PLGA kaplaması görülmektedir (Şekil 4.25-4.32). Manyetik nanotanecik / PLGA oranının 1 / 7’den küçük olduğu durumda oldukça viskoz emülsiyon elde edilmiş ve tanecik oluşumu zorlaşmıştır. Oranın 1 / 15 ve 1/ 20 olduğu durumda ise polimer oranı fazla olduğundan tanecikler, polimer tarafından çok fazla sarılmıştır (Şekil 4.33-4.34). Teorikte PVA yüzdesi % 3 olduğunda daha az aglomere
85
nanotaneciklerin elde edileceği düşünülmesine rağmen, analiz sonuçlarına göre PVA yüzdesinin (% 1 - % 3) nanoyapı üzerinde belirgin bir etkisi olmadığı saptanmıştır.
Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin sentezinde manyetik nanotaneciğin organik çözücüiçerisinde dağıtılmasının yöntemi etkin hale getirdiği belirlenmiştir. Uygulanan bu sentez yöntemlerinde nanotanecik veriminin oldukça düşük olduğu ve emülsiyon oluşumunun etkin olmadığı sonucuna varılmıştır.
PVA miktarının fazla oranda kullanıldığı O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu III yönteminde nanotanecik veriminin arttığı ve emülsiyon oluşumunun etkin bir şekilde gerçekleştiği belirlenmiştir. TEM analiz sonuçlarına göre 117-246 nm aralığında Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin sentezlendiği saptanmıştır (Şekil 4.36). Manyetik-polimer nanokompozitlerinin XRD analiz sonucu ve Sherrer eşitliğine (EK 1) göre hesaplanan kristal çapları şekil 4.37 ve çizelge 4.6 ile verilmiştir.
Şekil 4.37 Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin XRD analiz sonucu
86
Çizelge 4.6 Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin XRD analiz sonucuna göre hesaplanan kristal çapları
Kristal düzlemi 2-theta(deg) Kristal çapı (nm)
220 30.26 11.3
311 35.60 8.2
400 43.6 9.9
422 53.5 3.4
511 57.14 8.7
440 62.65 9.8
622 74.41 7.3
Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin XRD kırınım pikleri incelendiğinde (220), (311), (400), (422), (511), (440), (622) kristal düzlemlerine ait karakteristik piklerin değişmediği ve polimer kaplama sonrasında nanotaneciklerin kristal yapısında herhangi bir değişim olmadığı saptanmıştır. Sherrer eşitliğine göre hesaplanan kristal çapları 3.4-11.3 nm aralığında belirlenmiştir.
Fe3O4-MPTMS-PLGA nanotaneciklerinin manyetik özeliği VSM analizi ile belirlenerek Fe3O4-MPTMS nanotanecikleri ile karşılaştırılmıştır (Şekil 4.38). Analiz sonucunda polimer kaplı manyetik nanotaneciklerin süperparamanyetik özelik göstermeye devam ettikleri belirlenmiştir. Doygunluk mıknatıslanmaları ise 13.4 emu/g değerine düşmüştür. Polimer kaplanması nedeniyle gerçekleşen bu düşüş beklenilen bir sonuç olup süreli yayınlarla uyumludur (Liu vd. 2007).
87
Şekil 4.38.a. Fe3O4-MPTMS, b. Fe3O4-MPTMS-PLGA nanotaneciklerinin VSM analiz sonuçları c. süreli yayınlarda farklı kaplama miktarına göre elde edilen VSM analiz sonuçları (Liu vd. 2007).
Elde edilen bulgular ışığında ilaç yükleme ve salım çalışmalarında nanotanecik miktarı verimi yüksek olan O/W (yağ/su) tekli emülsiyonu III yöntemi ile sentezlenmiş Fe3O4 -MPTMS-PLGA nanotaneciklerinin kullanılmasına karar verilmiştir.
4.4 Süperkritik Akışkan Ortamında PLGA Sentezi 4.4.1 Yüzey aktif madde (YAM) sentezi
Süperkritik akışkan ortamında PLGA sentezinde ilk kez kullanılmak üzere, sentezlenmiş olan yüzey aktif maddenin 1H-NMR deneysel bulguları şekil 4.39-4.40 ile verilmiştir.
88
Şekil 4.39 1. Basamak ürününe ait 1H-NMR analiz sonucu
Şekil 4.40 2. Basamak ürününe ait 1H-NMR analiz sonucu
1H-NMR sonuçlarından yüzey aktif maddenin (C33H33F17N+I- ) başarı ile sentezlendiği ve florlu bileşiğin 1. basamak ürününe bağlandığı saptanmıştır (Dağlar 2010).
Ticari PLGA 50:50 polimeri, D-L Laktid, glikolid monomerleri ve süperkritik ortamda sentezlenmiş olan PLGA polimerinin FTIR spektrumları şekil 4.41-4.42'de verilmiştir.
89
Şekil 4.41.a. Glikolid, b. D-L Laktid monomerleri, c. PLGA 50:50 ticari polimerinin FTIR spektrumlarının karşılaştırılması
Şekil 4.42.a. Ticari, b. 110 oC’de sentezlenmiş PLGA polimerinin FTIR spektrumu ve fiziksel görüntüsü (P: 200 bar, YAM:0.05 g, süre 3 h)
90
Süreli yayınlar incelendiğinde (Hile ve Pishko 1999, Mazarro vd. 2007) PLGA polimeri FTIR spektrumunda C=O grubuna ait pikin 1760 cm-1’de olduğu belirlenmiştir. Ester grubuna ait pikler 1000-1300 cm-1 aralığında, metilen grubuna ait pikin 1422 cm-1 ve metil grubuna ait pikin 1452 cm-1 civarında olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada elde edilmiş polimerin FTIR spektrumlarında C=O grubuna ait pikin 1759 cm-1’de, ester grubuna ait pikler 1000-1300 cm-1 aralığında, metilen grubuna ait pikin 1419 cm-1 dalga sayısında olduğu belirlenmiştir. Monomerlerin erime noktaları göz önünde bulundurularak (glikolid: 83.4 oC; dl-laktid: 124.2 oC) deneylerin 3 h tepkime süresinde ve 110 oC’de gerçekleştirilmesine karar verilmiştir.
Ticari olarak alınan PLGA 50:50 polimerinin 1H-NMR analiz sonucu süreli yayınlar ile karşılaştırılmıştır (Şekil 4.43). Süperkritik akışkan ortamında farklı yüzey aktif madde miktarlarında (0-0.05 g) ve basınç (200-240 bar) değerlerinde sentezlenmiş PLGA polimerinin 1H-NMR ve GPC deneysel bulguları şekil 4.44 ve çizelge 4.7-4.8 ile verilmiştir.
Şekil 4.43 PLGA polimerinin 1H-NMR spektrumları (Zhou vd. 2004)
a. ticari olarak alınan, b. süreli yayınlarda yer alan
91
Şekil 4.44 SK ortamda sentezlenen PLGA polimerlerinin 1H-NMR spektrumları
a. P = 200 bar, T = 110oC, süre = 3 h, YAM: 0.05, b. P = 200 bar, T = 70oC, süre = 48 h Hile ve Pishko 2001, c. P = 200 bar, T = 130oC, süre = 18 h Mazarro vd. 2007
Süperkritik akışkan ortamında farklı işletme parametrelerinde sentezlenen PLGA polimerlerinin 1H-NMR spektrumunda laktide ait –CH grubu pikinin 5.05-5.07 ppm’de, glikolide ait –CH2 grubu pikinin 4.85 ppm’de olduğu, laktide ait –CH3 grubu pikinin 1.7 ppm’de olduğu belirlenmiştir (Şekil 4.44.a). PLGA polimerinin süreli yayınlardaki 1 H-NMR spektrumları incelendiğinde şekil 4.44.b’de (Hile ve Pishko 2001) laktide ait –CH grubu pikinin 5.32 ppm’de, glikolide ait –CH2 grubu pikinin 4.95 ppm’de olduğu; şekil 4.44.c’de (Mazarro vd. 2007) ise laktide ait –CH grubu pikinin 5.1 ppm’de, glikolide ait –CH2 grubu pikinin 4.9 ppm’de, laktide ait –CH3 grubu pikinin 1.6 ppm’de olduğu saptanmıştır. Sonuçların süreli yayınlar ve ticari PLGA ile uyumlu olduğu belirlenmiştir.
92
110 3 200 0.01 38.80 61.20
110 3 200 0.03 22.05 77.95
110 3 200 0.05 18.19 81.81
110 3 220 0.05 17.47 82.53
110 3 220 0.05 11.43 88.57
Çizelge 4.8 SK ortamda farklı koşullarda sentezlenen PLGA polimerinin GPC analiz sonuçları
110 3 200 0 34048 16398 2.08
110 3 200 0.01 6911 4327 1.60
110 3 200 0.03 4185 2536 1.65
110 3 200 0.05 12269 7346 1.67
110 3 220 0.05 5134 3054 1.68
110 3 240 0.05 12571 6208 2.03
93
SK ortamda sentezlenmiş PLGA polimerinin 1H-NMR sonuçları başlangıçta 0.5 mol oranında monomer ile çalışılmasına karşın polimer içeriğinde yaklaşık % 20 laktid ve % 80 glikolid olduğunu göstermiştir. GPC analiz sonuçlarına göre YAM miktarı etkisi incelendiğinde 0-0.03 g aralığında molekül ağırlıklarının azaldığı, 0.05 g YAM değerinde ise molekül ağırlığının arttığı belirlenmiştir. Basınç 200-240 bar arasında çalışıldığında molekül ağırlığının önce azalıp sonra tekrar arttığı belirlenmiştir. Süreli yayınlarda (Mazarro vd. 2007) basıncın PLGA polimerizasyonu üzerine etkisi incelendiğinde basınç arttıkça molekül ağırlığının azaldığı saptanmıştır. Polimerin HI değerlerinin 1.56-1.69 aralığında olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada, YAMsız ve 240 bar dışında sentezlenen PLGA polimerinin HI değerinin süreli yayınlarla uyumlu şekilde 1.60-1.68 aralığında (Çizelge 4.8) olduğu görülmüştür.
SK ortamda sentezlenen PLGA polimerinin analiz sonuçlarına göre elde edilen değerler tam olarak yorumlanamamıştır. Bunun nedeni, sentezlenen polimerin analiz için gerekli çözücülerde (kloroform ve THF) tam olarak çözünememesi ve sağlıklı sonuçların elde edilememesidir. Çözünürlük problemlerini incelemek amacıyla bazı denemeler gerçekleştirilmiştir.
94
4.4.2 Kloroform ve THF (tetrahidrofuran) içerisinde çözünürlük deneyleri
Farklı çözücüler içerisinde çözünme çalışma sonuçları çizelge 4.9-4.11'de verilmiştir.
Çizelge 4.9 THF (Tetrahidrofuran) içerisinde çözünürlük deneyleri
Madde Derişim Süre Sonuç
*Not: Deneylerde Sn(Oct)2: 10 µl, sıcaklık: 110 oC, basınç: 200 bar ve süre: 3 h olarak sabit tutulmuştur.
95
Çizelge 4.10 Kloroform içerisinde çözünürlük deneyleri
Madde Derişim Süre Sonuç
*Not: Deneylerde Sn(Oct)2: 10 µl, sıcaklık: 110 oC, basınç: 200 bar ve süre: 3 h olarak sabit tutulmuştur.
96
Çizelge 4.11 Kloroform ve THF içerisinde çözünürlük deneyleri
Madde Derişim Süre Sonuç
Kloroform THF Kloroform THF
rk_dl-laktid:rk_glikolid
*Not: Deneylerde Sn(Oct)2: 10 µl, sıcaklık: 110 oC, basınç: 200 bar ve süre: 3 h olarak sabit tutulmuştur.
Süperkritik akışkan ortamında PLGA polimerizasyonunda kullanılan kimyasal maddelerin ve farklı koşullarda sentezlenen polimerlerin çözünürlük deneyleri gerçekleştirilmiştir. Monomerlerin saf olmadığı düşünülerek saflaştırılarak kullanılmış, farklı çözücülerde devam eden çözünme probleminin monomer kaynaklı olmadığı sonucuna varılmıştır. Çözünme problemi ortadan kaldırılamamıştır.
4.5 Süperkritik Akışkan Ortamında Fe3O4 Nanotaneciklerinin PLGA ile Kaplanması
Süperkritik akışkan ortamında Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin sentezi denemeleri ticari PLGA ve monomerlerden polimerizasyon ile gerçekleştirilmiştir.Deney öncesi ve farklı miktarlarda Fe3O4-MPTMS (0.03-0.1 g) ve YAM (0-0.05 g) kullanılarak polimerzasyonla sentezlenen maddelerin fiziksel görüntüleri ticari PLGA ile yapılmış olan denemelerin önceki ve sonraki görüntüleri şekil 4.45-4.47 ile verilmiştir. Şekil
97
4.45.a’da yüzeyi modifiye Fe3O4 nanotanecikleri ve polimer başlangıç maddeleri görülmektedir. Şekil 4.45.b.c ve şekil 4.46’da farklı koşullarda polimerizasyon ve kaplama amacıyla elde edilen görüntüler verilmiştir.
Şekil 4.45.a. Süperkritik ortamda Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin polimerizasyonla sentezinde deney öncesi maddelerin görüntüsü, b. Fe3O4-MPTMS: 0.1 g, YAM miktarı: 0 g, c. Fe3O4-MPTMS: 0.05 g, YAM miktarı: 0.01 g (monomer oranı (molce) 85:15, P : 200 bar, T : 110 oC, süre : 3 h) koşullarında elde edilen görüntüler
Şekil 4.46 Süperkritik ortamda Fe3O4-PLGA nanokompozitlerinin sentezi amacıyla gerçekleştirilen deneylerin sonuç görüntüleri
a. Fe3O4-MPTMS: 0.05 g YAM miktarı: 0.03 g, b. Fe3O4-MPTMS: 0.03 g YAM miktarı: 0.03 g
a. Fe3O4-MPTMS: 0.05 g YAM miktarı: 0.03 g, b. Fe3O4-MPTMS: 0.03 g YAM miktarı: 0.03 g