ÖZET ELEKTROSPİNNİNG YÖNTEMİ İLE MANYETİK NANOPARTİKÜL YÜKLÜ POLİ (Ɛ-KAPROLAKTON) (PCL) NANOFİBERLERİN ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU Bu tez çalışmasının amacı, özellikle doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere, elektrospinning yöntemiyle demir oksit (Fe3O4) manyetik nanopartikül (MNP) yüklü poli (ε-kaprolakton) (PCL) nanofiber membranların üretilmesi ve karakterizasyonudur. Elektrospinning yöntemi ile üretilmiş nanofiber yapıdaki doku iskeleleri doğal hücre dışı matriksi son derece iyi taklit etmektedir. PCL; biyobozunur, biyouyumlu ve düşük toksisiteye sahip olması ve birçok ilaç için yüksek geçirgenlik özelliklerinden dolayı kontrollü ilaç salım teknolojisinde tercih edilen bir polimerdir. Manyetik nanopartiküller, nanoteknolojideki ilerlemeler sayesinde kontrollü ilaç salım sistemleri, doku mühendisliği ve yenileyici tıptaki uygulamaları ile dikkat çekmektedir. Biyomedikal uygulamalarda, polimer-manyetik nanopartikül kompozitlerinin hazırlanmasında en çok kullanılan nanopartiküller, düşük toksisitelerinden dolayı demir oksit (Fe2O3 veya Fe3O4) nanopartikülleridir. Fe3O4 nanopartiküller; manyetik rezonans görüntüleme, ilaç taşıma sistemleri, biyosensör ve manyetik ayırma gibi biyolojik uygulama alanlarında araştırılmaktadır. MNP’ler geleneksel birlikte çökeltme yöntemiyle sentezlenmiş olup hidrofobik yapı özelliği kazanması için oleik asit ile muamele edilmiştir. Farklı konsantrasyonlardaki (%4, %8, %16, %32, %64 ve %128, w/v) MNP’ler elektrospinning öncesi PCL çözeltisine eklenmiştir. Nanofiber membranların kimyasal yapısı Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrofotometre (FTIR) ile incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), optik ve konfokal mikroskoplarla yapılan morfolojik analizler, MNP'lerin PCL nanofiber membran içerisine homojen olarak dağıldığını göstermiştir. MNP'lerin konsantrasyonunda artış oldukça fiber çapı değişmiş ve boncuk oluşumu meydana gelmiştir. Farklı MNP konsantrasyonlarının; ilaç yükleme verimi ve ilaç salım özellikleri üzerindeki etkisi MNP içermeyen PCL nanofiber membranlara kıyasla hidrofilik (Rhodamine-B) ve hidrofobik (Nile red) boyalar kullanılarak araştırılmıştır. Bu boyalar, MNP yüklü PCL (MNP@PCL) nanofiber membranlardan ilaç salımını simüle etmek için model ilaç bileşikleri olarak kullanılmıştır. MNP içermeyen PCL nanofiber membranlardan Rhodamine-B salım oranının MNP@PCL nanofiber membranlara göre daha hızlı olduğu gözlenmiştir. Sonuçlar, model molekülün salınmasında ilacın hidrofilik/hidrofobik karakterinden etkilendiğini göstermiştir. Bu çalışma, MNP@PCL nanofiberlerin, doku mühendisliği uygulamaları için hedeflenmiş ilaç salım araçları olarak kullanılma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir.

ABSTRACT PRODUCTION OF MAGNETIC NANOPARTICLE LOADED POLY Ɛ-CAPROLACTONE) (PCL) NANOFIBERS BY ELECTROSPINNING METHOD AND CHARACTERIZATION The aim of this thesis is the production and characterization of poly (ε-caprolactone) (PCL) nanofiber membranes loaded with iron oxide (Fe3O4) magnetic nanoparticle (MNP) by electrospinning method for use in tissue engineering applications. The nanofiber scaffold structure produced by the electrospinning mimics the natural extracellular matrix. Poly (εcaprolactone) is a synthetic polymer for controlled drug release technology due to its biodegradability, biocompatibility, low toxicity and high permeability properties for many drugs. Magnetic nanoparticles have advances in nanotechnology area with controlled drug delivery systems, tissue engineering and renewable applications. In biomedical applications, nanoparticles most commonly used in the preparation of polymer-magnetic nanoparticle composites are iron oxide (Fe2O3 or Fe3O4) nanoparticles due to their low toxicity. Fe3O4 nanoparticles are investigated in biological applications such as magnetic resonance imaging, drug delivery systems, biosensors and magnetic separation. MNP were synthesized by a conventional co-precipitation method and treated by oleic acid in order to obtain hydrophobic moities. In this thesis, MNPs were added to PCL solution before electrospinning at varying concentrations (4, 8, 16, 32, 64 and 128%, w/v). The chemical structure of the nanofibrous membranes was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Scanning electron microscopy (SEM), and morphological analyses by optical and confocal microscopes demonstrated that MNPs were homogeneously distributed in the MNP loaded PCL nanofiber (MNP@PCL) membranes. Fiber diameter changed and bead formation occurred as the concentration of MNP increased from 4 to 128%. The effect of MNP concentration on drug loading capacity and the release properties of the MNP@PCL nanofiber membrans were investigated by using hydrophilic (Rhodamine-B) and hydrophobic (Nile red) dyes, compared with plain PCL nanofibers. The dyes were used as model drug compounds in order to simulate drug release from MNP@PCL nanofibers. The release rate of Rhodamine-B from the plain PCL nanofiber mats was faster compared to the composite materials. The results showed that the release of the model molecule was affected by the hydrophilic/hydrophobic character of the drug. MNP@PCL nanofibers may have the potential for use as a targeted drug delivery vehicle for tissue engineering applications. Keywords: Electrospinning, Magnetic Nanoparticles, Poly (Ɛ-Caprolactone), Nanofiber, Drug Delivery Advisor: Assoc. Prof. Nimet KARAGÜLLE, Department of Chemical Engineering, University of Mersin, Mersin.