Magnetic cellulose-based composite as a new effectively reusable biosorbent for cationic dye removal: Batch and fixed-bed column studies

Bu çalışmada, önemli bir selüloz kaynağı olan Arenga Pinnata'dan ekstrakte edilen selüloz nanofibrillere TEMPO modifikasyonunun ardından manyetik özellik kazandırıldı. Sonrasında ise katyonik boya uzaklaştırılmasında kullanılması için karboksilik asit fonsiyonel grupları taşıyan metakrilik asit monomeri aşı kopolimerizasyonu yöntemi ile aşılandı. Üretilen manyetik özelliklik kazandırılmış kompozit fibrillarin karekterizasyonu, XRD, SEM, FTIR ve TGA gibi teknikler kullanılarak yapıldı. Kesikli sistemde ve sürekli sabit yataklı sistemde adsorpsiyon ve desorpsiyon davranşı isotherm ve kinetic modellerle değerlendirildi. Manyetik selüloz temelli kompozit malzemenin model boya olarak seçilen MB adsorsiyonuna karşı yüksek afinite segilediği ve maksimum adsorpsiyon kapasitesinin 201 mg/g olduğu belirlendi. Bununla birlikte, malzemenin onbeşinci adsorpsiyon/desorpsiyon döngüsünde hala %75 kapasite ile kullanılabilir olduğu belirlendi. Sürdürülebilir kaynaktan elde edilen, model kirletici olarak seçilen katyonik MB'ya karşı yüksek afinite sergileyen, manyetik özelliği sayesinde de ortamdan hızlı geri kazanılabilir bir malzeme olan polimetakrilik asit aşılı manyetik selüloz fibrillarin, etkin, ucuz, ve en önemlisi yüksek rejenerasyon/tekrar kullanılabilir özelliği sayesinde, atık sulardan kirleticilerin uzaklaştırılmasında ucuz ve etkin bir adsorbent olarak kullanılabileceği önerilmektedir.In this study, cellulose nanofibrils extracted from Arenga Pinnata, an important cellulose source, gained magnetic properties with TEMPO modification. Then methacrylic acid monomer carrying carboxylic acid functional groups was grafted with graft copolymerization method to be used in cationic dye removal. Characterization of the magnetically enhanced composite fibrils was performed using techniques such as XRD, SEM, FTIR, and TGA. Adsorption and desorption behavior in the batch and continuous fixed bed systems was evaluated with isotherm and kinetic models. It was determined that the magnetic cellulose-based composite material exhibited a high affinity for the MB adsorption selected as the model dye, and the maximum adsorption capacity was 201 mg/g. However, it was determined that the material was still usable at 75% capacity in the fifteenth adsorption/desorption cycle. Polymethacrylic acid grafted magnetic cellulose fibrillarin, which is obtained from sustainable sources, exhibits a high affinity for cationic MB selected as a model pollutant, and is quickly recoverable from the environment thanks to its magnetic property, is effective, inexpensive, and most importantly, thanks to its high regeneration/reusability feature. It is suggested that it can be used as a cheap and effective adsorbent to remove pollutants from wastewater

Design of the new acrylate based affinty beads and the use of adsorption and purification of protein

YÖK Tez ID: 237048Bu tez çalışmasının ilk bölümünde, afinite kromatografisi uygulamalarında dolgu maddesi olarak kullanılabilecek farklı özelliklere sahip, monodispers p(glisidil metakrilat-etilenglikoldimetakrilat), p(GMA-EGDMA), partikülleri dispersiyon polimerizasyon tekniği ile hazırlandı. Farklı özellikteki ligandların IgG'ye karşı afinitesini belirlemek üzere glutarikdialdehit kullanılarak modifiye edilen p(GMA-EGDMA) partiküllerine L-histidin amino asidi (L-his), Kongo Kırmızısı (CR) boya ligandı ve Cu(II) iyonlarının şelatlanması amacı ile üç dişli iminodiasetik asit (IDA) ligandı yüzeye kovalent olarak bağlandı ve modifiye partiküllerin sulu çözeltiden IgG adsorpsiyonu araştırıldı. Hazırlanan üç farklı özellikteki monodispers afinite partiküllerin karakterizasyon çalışmaları (spesifik yüzey alanı, yoğunluğu, şişme oranı, mikroskop görüntüsü, FT-IR spektrumu, DSC ve TGA analizi ve yüzey aktif grupların tayini) tamamlanarak sulu çözeltilerden IgG proteininin adsorpsiyon davranışı araştırıldı. Adsorpsiyon koşullarının (pH, adsorpsiyon denge süresi, iyonik şiddet, sıcaklık, başlangıç protein derişimi gibi) monodispers partiküllerin IgG adsorpsiyon performansına etkileri incelendi. Bununla birlikte, adsorpsiyon kinetiği ve izoterm modeli ile monodispers afinite partiküllerin yeniden kullanılabilirliği gibi parametreler de belirlendi. Monodispers p(GMA-EGDMA)-L-his, p(GMA-EGDMA)-CR ve p(GMA-EGDMA)-İDA-Cu(II) partikülleri için maksimum adsorpsiyon kapasitesi sırası ile pH 7.0, 6.0 ve 7.5'de gözlendi. En yüksek adsorpsiyon kapasitesi, p(GMA-EGDMA)-İDA-Cu(II) partiküllerinin kullanıldığı sistemde 32.87 mg/g olarak belirlendi. Afinite partiküllerin adsorpsiyon kapasitesinde önemli bir azalma olmadan adsorpsiyon-desorpsiyon işlem döngülerinde yeniden kullanılabilirliği belirlendi.Tez çalışmasının ikinci bölümünde, biyolojik molekül ile etkileşimini incelemek üzere yeni manyetik özellik kazandırılmış akrilat kökenli afinite polimerik partikülleri hazırlandı. Bu doğrultuda, afinite kürelere farklı bir monomerin kopolimerizasyonu ve/veya monomerin yüzeyde aşılanması ve manyetik özellik kazandırılması gibi işlemlerle farklı özellikler kazandırılarak adsorpsiyon tekniği ile tripsin enzimi immobilizasyonu çalışmaları gerçekleştirildi. Manyetik p(glisidilmetakrilat-metilmetakrilat), mp(GMA-MMA), polimerik destek materyali süspansiyon polimerizasyon tekniği ile hazırlandı. p(GMA-MMA) mikrokürelerinin epoksi grupları, magnetizasyon reaksiyonu sırasında amin gruplarına dönüştürüldü. p(GMA-MMA) mikrokürelerinin yüzeyine metakrilik asit (MAA) monomeri aşı kopolimerizasyon reaksiyonu ile aşılandı ve manyetik p(glisidilmetakrilat-metilmetakrilat)-g-(metakrilik asit), mp(GMA-MMA)-g-MAA, mikroküreleri elde edildi. Yüzeyine metakrilik asit aşılanmış manyetik kürelere tripsin enzimi adsorpsiyon yoluyla immobilize edildi. Manyetik kürelere tripsin adsorpsiyonuna sistem parametrelerinin (başlangıç tripsin konsantrasyonu, ortam pH ve sıcaklığı) etkisi ve immobilize enzimin aktivitesindeki değişim belirlendi.Maksimum adsorpsiyon pH 7.0'de elde edildi. Maksimum immobilizasyon kapasitesinin 2.0 mg/ml enzim konsantrasyonunda 123.2 mg/g olduğu ve başlangıç aktivitesinin yaklaşık %84.2'sini koruduğu belirlendi. İmmobilize tripsinin desorpsiyonu, 1.0 M NaCl çözeltisi içeren 1.0 M formik asit çözeltisiyle gerçekleştirildi. Sonuçlar, manyetik p(GMA-MMA)-g-MAA küreleri üzerine adsorplanan tripsinin aktivitesinde kayıp olmaksızın tekrar tekrar kullanılabileceğini gösterdi. Belirlenen optimum adsorpsiyon koşullarında manyetik p(GMA-MMA)-g-MAA mikrokürelerine immobilize edilen tripsin enziminin sitokrom c ve insan serum albümini (HSA) proteinlerini parçalama etkisi HPLC yardımıyla belirlendi.At first chapter in this thesis, monodisperse poly(glycidylmethacrylate-ethyleneglycoldimethacrylate), p(GMA-EGDMA), particles will be used as packing materials in affinity chromatography applications were prepared by dispersion polymerisation. In order to determine specifity of the different properties of affinity ligand to IgG, L-histidine (L-his) amino acid, Congo Red (CR) dye ligand and Cu(II) metal ions subsequently derivatized iminodiacetic acid (IDA) chelating were then covalently immobilised on monodispers p(GMA-EGDMA) particles using glutaricdialdehyde as a coupling agent. The performance of modified particles on IgG adsorption from solution was investigated. Furthermore, characterizations of monodispers affinity particles (specific surface area, density, swelling ratio, microscopic picture, FTIR spectrum, DSC and TGA analysis and determination of surface active groups) were determined and adsorption behavior of IgG was invastigated from solutions. Adsorption conditions (such as pH, equilibrium adsorption time, ionic strength, temperature, initial protein concentration) were search on performance of IgG adsorption. However, parameters such as adsorption kinetics, isotherm models and reuse of affinity particles were determined.The monodisperse p(GMA-EGDMA)-L-his, p(GMA-EGDMA)-CR, p(GMA-EGDMA)-İDA-Cu(II) affinity particles maximum adsorption capacity of IgG was found at pH 7.0, 6.0 and 7.5 respectively. The highest adsorption capacity was obtained with p(GMA-EGDMA)-İDA-Cu(II) particles and maximum adsorption capacity was found 32.87 mg/g. The IgG molecules could be repeatedly adsorbed and desorbed with monodisperse affinity particles without noticeable loss in their IgG adsorption capacity.At the second chapter in this study, in order to invastigate of interaction with biological molecule, a new acrylate based polymeric affinity beads were synthesized. For this purpose, magnetic poly(glycidylmethacrylate-methylmethacrylate), mp(GMA-MMA) beads were prepared via suspension polymerization in the presence of ferric ions. The epoxy groups of the poly(GMA-MMA) beads were converted into amino groups during magnetization reaction, and then were grafted with methacrylic acid (MAA) via graft copolymerization. Magnetic mp(GMA-MMA)-g-MAA microbeads were found. The enzyme trypsin was immobilized on the magnetic beads via adsorption. The effect of system parameters (initial trypsin concentration, pH and temperature of media) of trypsin adsorption on magnetic beads and change of immobilized enzyme activity were determined.The maximum adsorption was obtained at pH 7.0. At 2.0 mg/mL initial trypsin concentration, the maximum immobilization capacity was 123.2 mg trypsin/g beads and retained about 84.2% of its initial activity. The immobilized trypsin could be desorbed by 1.0M formic acid solution containing 1M NaCl. The usability and efficiency of the immobilized trypsin for protein digestion were tested with two different model proteins (i.e.,HSA and cytochrom c) with HPLC

Yeni akrilat kökenli afinite kürelerin tasarlanması : protein adsorpsiyonu ve saflaştırılmasında kullanılması

Tez (Doktora) -- Kırıkkale ÜniversitesiKaynakça var.78388

Fabrication of mechanically advanced polydopamine decorated hydroxyapatite/polyvinyl alcohol bio-composite for biomedical applications: In-vitro physicochemical and biological evaluation

Bu çalışmada kemik dokusu rejenerasyonu gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere polidopamin (PDA) kaplı hidroksiapatit (HA) takviyeli polivinil alkol (PVA) filmler üretilmiştir. pDA, yalnızca interstisyel sıvılarla karşılaştığında HA'nın topaklanmasını önlemek için değil, aynı zamanda mekanik performansın daha kararlı hale gelmesi için malzemeler arasındaki etkileşim için PVA'yı güçlü bir şekilde bağlamak için kaplanmıştır. Radikal polimerizasyon tekniği kullanılarak hidroksiapatit yüzeyine pDA kaplandı ve güçlendirilmiş PVA, pDA kaplı HA (pDA-HA/PVA) nanoparçacıkları ile üretildi. pDA-HA/PVA nanokompozit filmlerin temel karakteristik özellikleri morfolojik/kimyasal (SEM-EDS), mikroyapısal (XRD, Ft-IR ve Raman), termodinamik (TGA ve TM), mekanik performans (Vickers mikrosertliği) ve biyolojik olarak incelenmiştir. aktivite analizi (MTT, genotoksisite ve antimikrobiyal etkinlik araştırmaları). Fizikokimyasal analizler, çalışılan tüm örneklerin ana yapılarında homojen mineral dağılımları sergilediğini göstermiştir. TGA, TMA ve sertlik testlerine göre yeni kompozit yapı saf PVA'dan daha yüksek mekanik özelliklere sahip olmuştur. Ayrıca, pDA-HA/PVA nanokompozitleri, Acinetobacter Baumannii (A.Baumannii), Staphylococcus aureus (S. aureus) ve Streptococcus mutans'a (S.mutans) karşı yüksek antibakteriyel kapasiteler sergilemiştir. Ayrıca, yeni nanokompozitlerin fibroblast (L929) hücreleri için iyi biyouyumluluk sunduğu ve dikkate değer ölçüde MCS hücrelerini desteklediği kaydedildi. Sonuç olarak, bu kapsamlı çalışma, termo-mekanik olarak geliştirilmiş pDAHA/PVA filmlerinin, kaplama, dolgu veya oklüzyon amaçlı diş-kemik tedavileri başta olmak üzere biyomedikal alanlarda PVA'nın uygulama alanlarını artıracağını göstermektedir.In this study, polydopamine (PDA) coated hydroxyapatite (HA) reinforced polyvinyl alcohol (PVA) films were produced to be used in biomedical applications such as bone tissue regeneration. pDA is coated not only to prevent the agglomeration of HA when encountering interstitial fluids but also to strongly bind the PVA for the interaction between materials so that the mechanical performance becomes more stabilized. pDA was coated on the hydroxyapatite surface using a radical polymerization technique, and the reinforced PVA were produced with pDA-coated HA (pDA-HA/PVA) nanoparticles. Fundamental characteristic properties of pDA-HA/PVA nanocomposite films were examined by morphological/chemical (SEM-EDS), microstructural (XRD, Ft-IR, and Raman), thermodynamic (TGA and TM), mechanical performance (Vickers microhardness) and biological activity analysis (MTT, genotoxicity and antimicrobial efficacy investigations). Physicochemical analysis showed that all the samples studied exhibited homogeneous mineral distributions through the main structures. According to TGA, TMA and hardness tests, the new composite structure possessed higher mechanical properties than neat PVA. Further, pDA-HA/PVA nanocomposites exhibited high antibacterial capacities against Acinetobacter Baumannii (A.Baumannii), Staphylococcus aureus (S. aureus), and Streptococcus mutans (S.mutans). Moreover, the new nanocomposites were noted to present good biocompatibility for fibroblast (L929) cells and to support remarkably MCS cells. All in all, this comprehensive work shows that the thermo-mechanically improved pDA-HA/PVA films will increase the application fields of PVA in biomedical fields especially tooth-bone treatments for coating, filling, or occlusion purposes

Evolution of dynamics of physico-chemical and mechanical properties of hydroxyapatite with fluorine addition and degradation stability of new matrices

Bu multidisipliner çalışma, hidroksiapatit (HAp) biyomedikal malzemelerinin temel mekanik performans dinamikleri, kristal yapının kararlılığı, kristallik kalitesi, mukavemeti, korozyon direnci, biyouyumluluk, yapısal bozulmaya/ayrışmaya karşı direnci ve mekanik dayanıklılık özelliklerindeki değişimi hassas bir şekilde inceledi. Gelecekteki tıbbi ve diş tedavisi çalışmalarına rehberlik etmek için flor ekleme ve bozunma süreci. Çalışmada flor iyonları, biyolojik veya sentetik olarak üretilen kemik mineralleri için diş kaplama, dolgu ve destek malzemesi olarak kullanılmıştır. Genel karakteristik özellikler, RAMAN, SEM-EDS, TEM, Vickers mikro indentasyon sertliği ve yoğunluk ölçümlerini içeren standart spektroskopik, yapısal ve mekanik analiz yöntemleri ile incelenmiştir. Bozunma işleminden sonra olası flor iyonu salınımını değerlendirmek için zamana bağlı bir salınım testi yapıldı. HAp kristal sisteminin çok daha stabil hale gelmesi nedeniyle florür seviyesinin %2'ye kadar artmasıyla HAp biyomedikal malzemelerinin temel karakteristik özelliklerinin iyileştiği görülmüştür. RAMAN spektrumları ve toz XRD analizlerinin kombinasyonu, %2 ilave seviyesinin karakteristik HAP fazının oluşum hızını olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, flor katkılı HAp malzemelerinin tümü, bozunma işleminden sonra ana karakteristik pikleri sergiledi. Bu, flor iyonlarının hidroksiapatitin yapısal kaliteyi ve korozyon ortamına karşı kararlılığı artırmasını sağlamasına bağlanır. Bununla birlikte, %3'lük fazla katkı seviyesi durumunda, daha yüksek katkı oranı ve özellikle elektrostatik etkileşimler nedeniyle bozunma oranlarının arttığı elde edilmiştir. Yüzey morfolojisi incelemelerinde ise en yüksek yoğunluğu 3.0879 g/cm3 olan %2 flor katkılı HAp'ın üstün kristallik kalitesi (en küçük tane boyutu, en iyi pürüzsüz yüzey, petek deseni, düzenli şekilli taneler ve en yoğun tane dağılımları) sunduğu belirlenmiştir. numune yüzeyi). Tersine, fazla flor, yüzey morfolojisindeki mikro/makro gözeneklilik derecesini ve kristal sistemdeki mikroskobik yapısal sorunları ciddi şekilde artırmayı tetikledi. Böylece, %3 katkılı HAp bozunma sürecinden en çok etkilenen malzeme olmuştur. Ayrıca salım işleminden sonra okunan flor iyonu değerleri toksik etki yaratabilecek değerlerden oldukça uzaktı. Son olarak, optimum flor ilavesi, matristeki yüzey rezidüel basınç gerilmesi bölgelerindeki (kafes gerinim alanları), amplifikasyon bölgelerindeki ve aktif çalıştırılabilir kayma sistemlerindeki farklılaşmanın bir sonucu olarak en yüksek dayanıklılık, sertlik ve mekanik kırılma mukavemeti özellikleri üzerinde olumlu etkiler sağlar. Bu nedenle, çatlak ilerlemeleri, taneler arası kısımlardan ziyade kristaller arası bölgelerde ilerlemeyi tercih eder. Benzer şekilde Vickers mikro-girinti sertlik testlerinin bozunma işleminden sonra mikrosertlik parametrelerinin arttığını gösterdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, tıp ve diş hekimliği uygulama alanlarındaki ağır hizmet kas-iskelet, ortopedik implant, biyolojik ve terapötik uygulamalar için hidroksiapatit biyomedikal malzemelerinin temel karakteristik özelliklerini geliştirmek için %2'lik flor ilave seviyesinin iyi bir seçim olduğu kaydedildi.This multidisciplinary study examined sensitively the change in the dynamics of main mechanical performance, stability of crystal structure, crystallinity quality, strength, corrosion resistance, biocompatibility, resistance to structural degradation/separations and mechanical durability features of hydroxyapatite (HAp) biomedical materials based on the fluorine addition and degradation process to guide future medical and dental treatment studies. In the study, the fluorine ions were used to be the dental coating, filling and supporting material for biologically or synthetically produced bone minerals. The general characteristic properties were investigated by means of standard spectroscopic, structural and mechanical analysis methods including RAMAN, SEM-EDS, TEM, Vickers micro-indentation hardness and density measurements. A time dependent release test was performed to evaluate possible fluorine ion release after the degradation process. It was found that the fundamental characteristic properties of HAp biomedical materials are noted to improve with the increase in the fluoride level up to 2% due much more stabilization of HAp crystal system. The combination of RAMAN spectra and powder XRD analyzes indicates that 2% addition level affects positively the formation velocity of characteristic HAP phase. Besides, fluorine doped HAp materials all exhibited the main characteristic peaks after degradation process. This is attributed to the fact that the fluorine ions enabled the hydroxyapatite to enhance the structural quality and stability towards the corrosion environment. However, in case of excess dopant level of 3% the degradation rates were obtained to increase due to higher contribution rate and especially electrostatic interactions. As for the surface morphology examinations, 2% fluorine added HAp with the highest density of 3.0879 g/cm3 was determined to present the superior crystallinity quality (smallest grain size, best smooth surface, honeycomb pattern, regular shaped particles and densest particle distributions through the specimen surface). Conversely, the excess fluorine triggered to increase seriously degree of micro/macro porosity in the surface morphology and microscopic structural problems in the crystal system. Thus, the HAp doped with 3% was the most affected material from the degradation process. Additionally, the fluorine ion values read after the release process were quite far from the value that could cause toxic effects. Lastly, the optimum fluorine addition provides the positive effects on the highest durability, stiffness and mechanical fracture strength properties as a consequence of differentiation in the surface residual compressive stress regions (lattice strain fields), amplification sites and active operable slip systems in the matrix. Hence, the crack propagations prefer to proceed in the transcrystalline regions rather than the intergranular parts. Similarly, it was found that Vickers micro-indentation hardness tests showed that the microhardness parameters increased after the degradation process. All in all, the fluorine addition level of 2% was noted to be good choice to improve the fundamental characteristic properties of hydroxyapatite biomedical materials for heavy-duty musculoskeletal, orthopedic implant, biological and therapeutic applications in medicine and dentistry application fields