Elektroeğirme

"Sıvıyı İpliğe Dönüştürme Sanatı" ve Biyotıp Eserleri

Vücutta oluşan bir hasarı tamir etmek için kullanacağınız yapay bir malzemeyi kumaş dokur gibi basitçe dokuyarak elde edebilseydiniz ne yapardınız? Ya da böbrek yetmezliği olan binlerce hastaya umut olabilecek bir filtreyi ucuza üretebilseydiniz? Kökeni 16. yüzyıla dayanan elektroeğirme teknolojisi ile bunlar artık mümkün olabilir.

Hızla gelişen teknolojiyle birlikte biyomalzemeler,vücudun herhangi bir bölümünde, ufak bir doku parçası uygulamasından tüm organ uygulamasına kadar geniş bir yelpazede kullanılabiliyor. Biyomalzemeler yara dolgu malzemesi olabildikleri gibi, ameliyat ipliği ya da sargı bezi gibi destek amaçlı malzemeler de olabiliyor. Ancak bu malzemelerin karmaşık yapısı,üretim aşamalarının zahmetli ve uzun süreli olmasını da beraberinde getiriyor.Son çeyrek asırdır, bilim insanları bu zahmetli ve pahalı süreçlere alternatifolabilecek yeni yaklaşımlar peşinde koşuyor. Bu yaklaşımlardan belki de en umut vaat edeni elektroeğirme tekniği.

Elektroeğirme tekniği:

Kuvvetli bir elektrik alana maruz kalarak artı veya eksi yüklenen sıvı çözelti molekülleri, tıpkı iki mıknatısın benzer uçlarının birbirini itmesi gibi, birbirlerinden uzaklaşmaya çalışır. Bu itme, sıvının elektrik alanı doğrultusunda bir su damlası formu almasına sebep olur. Ancak itme kuvveti öyle bir noktaya ulaşır ki, sıvı damlası tıpkı bir sakız gibi uzar ve incelir. Havada ilerlerken kuruyan çözelti, bir karşı plaka üzerinde tıpkı çözülmüş bir yün yumağı gibi, kesintisiz ipliksi fiberler halinde birikir. Bu yöntemle, günümüzde insan saçından (mikron büyüklüğünde) 20.000 kat daha ince,nano büyüklükte ipliksi yapıların elde edilmesi sağlanabiliyor. Elde edilen bu ipliksi yığın, hem yüzey özellikleri hem de fiziksel özellikleriyle biyotıp alanında birçok uygulamada kendine yer buluyor.

Biyotıp alanında elektroeğirme:

Biyotıp alanında kullanılacak malzemelerden beklenen pek çok özellik vardır. Bu özellikler aslında malzemenin ne kadar biyouyumluyani biyolojik sistemle ne kadar barışık olduğunun bir göstergesidir. Her ne kadar kullanım yerine göre değişiklik gösterse de biyomalzemeden beklenen özelliklerin başında, malzeme yüzeyinin pürüzlülüğü, gözenekliliği (boşlukluoluşu) ve mekanik dayanımı gelir. Araştırmacılar yıllar boyunca, ideal biyouyumluluğu elde etmek için pek çok yaklaşım geliştirse de, çoğu zaman istenilen özelliklerin hepsini birden kolayca elde etmek mümkün olmuyor. İşte bu noktada son yıllarda araştırmacıların imdadına ipliksi yapılar yetişmiş. Yığın halde ki ipliksi yapılar, hem malzeme ile biyolojik çevre arasındaki etkileşim için gerekli yüzey pürüzlülüğünü ve gözenekli yapıyı hem de istenilen mekanik dayanımı ağlayabiliyor. Ancak ipliksi yapıların bu avantajlarından yararlanma çabası beraberinde bazı sorunlar da getiriyor. Öncelikle her malzeme geleneksel yöntemlerle ipliksi hale getirilemiyor, özellikle de canlı hücreler ile etkileşimli olarak kullanılacak olanlar. Ayrıca genellikle biyomalzeme uygulamaları için elde edilen ipliklerin kalınlığının ve son yapının gözeneklerinin nano büyüklükte olması önem taşıdığından, geleneksel yöntemler burada da sınıfta kalıyor. Elektroeğirme tekniği ise canlı hücreyle uyumlu pek çok malzemenin kullanılmasına izin veriyor ve istenilen bu nano özelliklerin elde edilmesini sağlıyor. Bu nedenle yöntem, özellikle nano büyüklükte ipliksi yapı üretiminde önemli bir avantaj sağlıyor.

Elektroeğrilmiş ipliksi yapıların akla gelen ilk özelliği yüzey alanlarının geniş olması. Bu özellik, malzemenin dış ortamla daha fazla temas edebilmesi anlamına geliyor. Parçacık tutucu sistemler için,yani biyofıltre uygulamaları için, elektroeğrilmiş yapıların özellikle elverişli olmasının nedeni bu. Yapılan çalışmalar kanın filtrelenmesinde elektroeğrilmiş polimerik (plastik) ipliksi yapılar kullanılmasının verimli olduğunu gösteriyor. Bu sayede gelecekte böbrek yetmezliği olan hastalar için maliyeti ucuz filtreler, yani bir nevi yapay böbrekler geliştirilebilecek.

Suyu sevmez (hidrofobik) yüzey özelliğine sahip elektroeğrilmiş ipliksi malzemelerin katmanlar halinde bir araya getirilmesiyle elde edilen yara ve yanık örtü malzemeleri, hem dış ortamdan gelen nemi ve mikropları uzak tutuyor hem de derideki yaranın nemli ve besince zengin kalmasını sağlayarak iyileşmeyi destekliyor. Piyasadaki pek çok yara ve yanık örtü malzemelerinde bu ipliksi yapılara gümüş parçacıkları katılarak antibakteriyel özellik de sağlanıyor.

Travma veya hastalık sonucu oluşan doku kayıpları da elektroeğrilmiş ipliksi yapılı malzemelerle giderilebiliyor. İpliksi yapılar,gözenekli oluşları ve yüzey özellikleri bakımından insan dokusundaki hücreleri çevreleyen destek yapıya çok benzediklerinden, yerleştirildikleri hasarlı bölgenin çevresindeki hücrelerin çoğalarak gözenekler boyunca ilerlemesini ve dokunun yenilenmesini destekliyor. Hızlı ve ucuz elektroeğirme tekniğinin kullanılması uygulamada istenilen sonucun başarıyla alınmasını sağlıyor. Elektroeğirme tekniğiyle ipliksi hale getirilebilecek çok sayıda biyouyumlumalzeme bulunduğu için tüm bir dokunun hatta bir organın dahi yapay olarak üretilebilmesi mümkün.

Elektroeğrilmiş ipliklerin ağsı yapısı, piyasadaki damar stentlerine, sinir tedavi kanallarına ve ameliyat ipliklerine benzediği için, elektroeğirme tekniğinin pahalı olan ve uzun zaman alan mevcut üretim süreçlerinin yerini alması muhtemel görünüyor.

Normal vücut etkinlikleri sonucu zararsız bir şekilde bozunarak kana karışabilen yani biyo bozunur malzemeler kullanılarak elektroeğirme tekniği ile üretilmiş ağ yapıların kullanılması, hasarlı bölgenin iyileşmesi gerçekleştikten sonra malzemelerin, geleneksel ürünlerin aksine,ikinci bir ameliyata gerek kalmadan vücuttan zararsızca uzaklaşabilmesinisağlıyor.

Gerek doku kayıplarının tamiri gerekse doku iyileşmesine destek amaçlı kullanılabilen bu elektroeğrilmiş malzemeler,çeşitli ilaçlar katılarak zenginleştirilmiş ve biyolojik ortamda bozunan yapılar kullanıldığında, tedavi edilmesi amaçlanan bölgede düzenli ve belirli miktarda, etkin ilaç salımı sağlayabiliyor. Bu sayede, hem doz aşımının hem de ilaçların yan etkilerinin önüne geçilebiliyor.

Gelecekte elektroeğirme:

Elektroeğirme tekniğinin sağladığı avantajları keşfeden araştırmacılar, bu tekniği kullanarak elde ettikleri farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip malzemelerden oluşan ipliksi yapıları, gofret katmanları gibi üst üste ya da iç içe geçmiş borular halinde tasarlamanın yollarını arıyor. Bunun yanı sıra, uygulanan elektrik alan yönlendirilerek veya iplikleri toplayıcı plaka maskelenerek, elektroeğrilen ipliklerin yönlendirilmesi ve çeşitli desenlerde yapılar elde edilmesi mümkün. Bu sayede hücrelerin üretilen malzeme üzerinde belirli bir yönde üremesi ve yayılması,dolayısıyla ihtiyaca yönelik doku motiflerinin oluşturulması sağlanabiliyor.Gelecekte elektroeğirme tekniğiyle, içi belirli bir hastalığın tedavisini hedefleyen ilaçlarla, gen tedavisi amaçlayan DNA molekülüyle ve hatta canlı kök hücrelerle doldurulmuş kanal şeklinde ipliksi yapılar elde edilebilecek. Bu yapılar tedavi bölgesine nakledildiğinde hem daha hızlı hem de düşük maliyetle daha etkili bir iyileşme gerçekleştirilebilecek.

 

Kaynaklar

SasmazelTurkoglu, H., Biyomalzemeler, Ders Notlan,

AtilimÜniversitesi, 2012.

SasmazelTurkoglu, H., Novel hybrid scaffolds for the cultivation of osteoblast cells,International Journal of

BiologicalMacromolecules 49 (2011) 838-846.

BhardwajN., Kundu S.C., Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique,Biotechnology Advances 28 (2010) 325-347.

WangX., Ding B., Yu J., Wang M., Engineering biomimetic superhydrophobic surfacesof electrospun nanomaterials, Nano Today 6 (2011), 510-530.

GrafahrendD., Heffels K.H., Beer M.V., Gasteier P., Möller M., Boehm G., Dalton P.D.,Groll J., Degradable polyester scaffolds with controlled surface chemistry combining minimal protein adsorption with specific bioactivation, NatureMaterials 10 (2011) 67-73. http://www.ipi-singapore.org

Tarih :26.10.2012

Okuma Sayısı :299