Preparation and characterization of boron nitrate reinforced polymeric hydrogel nanobiocomposites using microfluidics

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı; doku mühendisliğinde (DM) kullanılması hedeflenen bor nitrür (BN) katkılı kitosan nanobiyokompozit hidrojel doku iskelelerinin (Dİ) mikroakışkan metotla üretilmesi ve karakterizasyonlarının yapılmasıdır. DM, Dİ ile hasar görmüş dokuların yenilenmesini amaçlamaktadır. İdeal olarak Dİ, biyouyumlu, biyobozunur, biyoadhesiv ve gözeneklidir. Dİ üretiminde yaygın yöntemlerin uygulanabilirliği basittir fakat eş düzey porlu yapıdan yoksundurlar. Bundan dolayı mikroakışkan sistemler kullanılmaya başlanmıştır. Mikroakışkan sistemle üretilen polimerik baloncukların bir çapraz bağlayıcıyla tepkimesi sağlanarak üretilen hidrojel, ideal Dİ olarak kullanılabilir. Her ne kadar kitosan, antimikrobiyal, antikanserojen ve antioksidan özelliklere sahip olsa da, mukavemeti zayıftır. Literatürdeki geleneksel çalışmalar yüksek biyouyumluluk, biyoadezyon, antimikrobiyal, termal ve mekanik kabiliyetli BN'e kitosan hidrojel Dİ'ne eklenmesinin basınç mukavemetini ve hücre çoğalmasını arttırdığını göstermektedir. Fakat, mikroakışkan yöntem kullanılarak kitosan Dİ üretiminde BN'lerin kullanıldığı bir çalışma literatürde bulunmamaktadır. Bu çalışmada BN ekleyerek nanobiyokompozit hidrojel Dİ'nin mikroakışkan sistemle üretilmesi ve karakterizasyonlarının yapılıp, bu sonuçların geleneksel bir yöntemle (çözücü dökümü) üretilen kitosan hidrojeller ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bunun için kitosan ve BN ilaveli kitosan hidrojeller hem geleneksel yöntem ile hem de mikroakışkan sistemle elde edilip, FTIR, DSC, TGA, XRD, SEM karakterizasyonları yapılmıştır. Tüm bu karakterizasyon sonuçlarına göre BN ilavesinin kitosan hidrojelinde termal ve kristal yapı özelliklerini geliştirdiği gözlemlenmiştir. Bulgularımız, Dİ alanında kullanımı açısından BN katkılı kitosan nanobiyokompozit hidrojellerin mikroakışkan metodun kullanılması ile üretilmesinin umutlandırıcı olduğunu göstermektir.

The main purpose of this study is to produce boron nitrate (BN) added chitosan (CS) nanobiocomposite hydrogel tissue scaffolds (TS) that aim to be used in tissue engineering (TE) with the microfluidic method and their characterization. TE aims to regenerate damaged tissues with TS. A TS is biocompatible, biodegenerative, bioadhesive, and porous, ideally. The feasibility of popular methods in the production of TS is simple, but these methods lack equally dispersed porous structure formation. Hence, the use of microfluidics has been started. Hydrogel can be produced as a microfluidic bubble with a cross-linker reaction and can be used as an ideal TS. Even though CS has antimicrobial, anticancer, and antioxidant properties to produce hydrogel, its mechanical endurance is weak. Conventional works in the literature show that the addition of BN to CS hydrogel TS increases the compressive strength. However, there is no work in the literature that has been used BN in production of CS and TS via microfluidics. In this study, while BN adding, producing nanobiocomposite hydrogel TS with microfluidic, and characterizing them, comparing this result of characterization with the produced CS hydrogel with both microfluidic and conventional method was aimed. For the realization of these aims, the hydrogels were produced both with traditional methods and microfluidics; FTIR, DSC, TGA, XRD, and SEM characterizations were performed. According to these characterization results, BN adding developed to thermal and crystal structure of CS hydrogel. Our findings show that the novel microfluidic BN-CS hydrogel is promising as a TS in TE.