Işığa duyarlı hidrojellerin sentezi ve yüzeylerinde reaktif mikrokuyuların oluşturulması

Abstract

Işığa duyarlı hidrojeller, uygun dalga boyunda ışığa maruz bırakıldıklarında yapılarındaki fonksiyonel grupların ışığa bağlı dönüşümleri nedeniyle fiziksel ve/veya kimyasal değişikliklere uğramaktadırlar. Bu hidrojellerde bulunan fotokromik birimler, optik sinyali yakalar ve bunu bir fotoreaksiyon (izomerizasyon, bölünme vb.) yoluyla kimyasal bir sinyale dönüştürür. Böylece hidrojeller ışık etkisiyle genişleyebilir, büzülebilir, bozunabilir veya işlevsellik kazanabilirler. Literatürde yaygın olarak kullanılan ışığa duyarlı gruplardan biri, biyo-uygulamalar için uygun UV dalga boyu gereksinimi (365 nm) ve yüksek duyarlılığı sebebiyle orto-nitrobenzil (ONB) grubudur. ONB grubu UV ışık altında, nitrosobenzaldehit (veya nitrosoketon) ve bir karboksilik asit (veya alkol) oluşturmak üzere parçalanmaktadır. Bu çalışmada, ışığa duyarlı ONB grubu içeren bisakrilat monomer ve yeni dört kollu tiyol çapraz bağlayıcı sentezlenmiş ve bu bileşenler ile UV ışığı etkisi sonucunda parçalanabilme özelliğine sahip hidrojel filmler hazırlanmıştır. Hidrojel filmler, fotomaske kullanılarak UV (365 nm) ışığa maruz bırakılmış ve sadece fotomaskenin ışık geçiren bölgelerinde hidrojelin çapraz bağlarında parçalanma gerçekleştirilmiştir. Bu parçalanma jel yüzeyinde aşınmaya sebep olmuş ve iç kısımlarında amin reaktivitesine sahip nitrosobenzaldehit bulunan mikrokuyular elde edilmiştir. Bu şekilde aktifleştirilmiş hidrojel kuyularına amin grupları taşıyan moleküllerin bağlanabildiği gösterilmiş ve bu bağlanma FTIR analizi ve floresan mikroskop görüntüleme ile doğrulanmıştır. Proje kapsamında uygulanan bu yaklaşımın, biyosensör ve doku mühendisliği gibi biyomedikal alandaki çalışmalarda uygulama bulacağı düşünülmektedir.

Photosensitive hydrogels undergo physical or chemical changes due to light-dependent transformations of functional groups in their structures when exposed to light at the appropriate wavelength. Photochromic units in these hydrogels capture the optical signal and convert it into a chemical signal through a photoreaction (isomerization, cleavage, etc.). Thus, photosensitive hydrogels can expand, contract, degrade or gain functionality under the influence of light. The photosensitive group commonly used in the literature is the ortho-nitrobenzyl (ONB) group due to its UV wavelength requirement (365 nm) and high sensitivity for biological applications. The ONB group decomposes under UV light to form nitrosobenzaldehyde (or nitrosoketone) and a carboxylic acid (or alcohol). In this study, bisacrylate monomer containing photosensitive ortho-nitrobenzyl (ONB) group and a novel four-armed thiol crosslinker were synthesized and hydrogel films with UV degradability were prepared by using those components. Hydrogel films were exposed to UV light (365 nm) through a photomask, and spatially controlled photodegradation took place on the hydrogel surfaces. Photodegradation caused erosion on the gel surface and microwells with amine functionality were obtained. It was demonstrated that biomolecular immobilization can be carried out in these reactive wells. Conjugation of amine-containing molecules, to the reactive microwells was verified by FTIR and fluorescence microscopy. This approach is expected to be find application in biomedical area such as biosensing and tissue engineering.