Fıtık ameliyatlarında kullanılan polipropilen yamaların antibakteriyel özelliklerinin amin fonksiyonlu polimer kaplamalarla iyileştirilmesi / Hilal Meva Özaydın; thesis advisor Hatice Duran Durmuş.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Eylül 2025

Polipropilen (PP) yamalar, fıtık onarımı cerrahilerinde mekanik dayanıklılıkları, esneklikleri ve kullanım kolaylıkları nedeniyle yaygın olarak tercih edilmektedir. Ancak, bu yamaların hidrofilik olmayan ve biyolojik olarak aktif olmayan yapısı, bakteriyel adezyona yatkınlık göstererek postoperatif enfeksiyon riskini artırmaktadır. Bu çalışmada, PP yama yüzeyine pozitif yüklü fonksiyonel gruplar kazandırmak amacıyla amin-fonksiyonel polimer kaplamaları ile fonksiyonelleştirme stratejisi geliştirilmiştir. Seçilen polimer, poly[(dimetilaminoetil metakrilat)-co-(etilenglikol dimetakrilat)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA), içerdiği amin grupları sayesinde bakteriyel hücre zarlarıyla elektrostatik etkileşim kurarak zar bütünlüğünü bozabilmekte ve bakteri ölümüne neden olabilmektedir. EGDMA çapraz bağlayıcı olarak kullanılarak kaplamanın stabilitesinin artırılması ve uzun süreli antibakteriyel etki sağlanması hedeflenmiştir. PP yamaların antibakteriyel özelliklerini artırmak amacıyla ardışık yüzey modifikasyonu üç ana aşamada gerçekleştirilmiştir: (i) UV/ozon işlemi ile oksijen içeren fonksiyonel grupların yüzeye kazandırılması, (ii) 3-(Trimetoksisilil)propil akrilat (TMSPA) ile silanlama yapılarak reaktif yüzeylerin oluşturulması ve (iii) poly[(dimetilaminoetil metakrilat)-co-(etilenglikol dimetakrilat)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA) polimeri ile pozitif yüklü kuaterner amin gruplarının immobilizasyonu. Yapılan karakterizasyon çalışmaları, yüzey modifikasyonlarının başarıyla gerçekleştiğini göstermiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri, her bir işlem adımını doğrulayan elementel ve kimyasal bileşim değişimlerini ortaya koymuş, N 1s pikleri kuaterner amin gruplarının varlığını göstermiştir. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR) sonuçları da moleküler düzeyde bu değişiklikleri desteklemiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop analizleri, lif yapısının korunarak yüzeyde homojen bir kaplama tabakası oluştuğunu ve gözeneklerin kısmen kapandığını göstermiştir. Su temas açısı (WCA) ölçümleri, modifikasyon adımlarının yüzey ıslanabilirliğini anlamlı derecede değiştirdiğini ortaya koymuştur: işlem görmemiş PP yüzeyi hidrofobik (117,82°) iken, kuaterner amin kaplama sonrasında ise orta düzeyde hidrofilik (63,51°) karakter kazanmıştır. Termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) verileri, modifikasyonların PP yamanın termal kararlılığını olumsuz etkilemediğini, aksine kuaterner amin kaplamanın ısıya dayanıklılığı artırdığını göstermiştir. Antibakteriyel etkinlik, agar difüzyon yöntemi kullanılarak Gram-pozitif (Staphylococcus aureus) ve Gram-negatif (Escherichia coli) bakterilere karşı test edilmiştir. Modifiye edilmiş yamalar, her iki bakteri türüne karşı da belirgin inhibisyon zonları oluşturarak etkili antibakteriyel performans sergilemiştir. Elde edilen bulgular, geliştirilen yüzey modifikasyon stratejisinin PP yamaların antibakteriyel özelliklerini başarılı bir şekilde artırdığını, yapısal, termal ve morfolojik özelliklerini koruduğunu göstermektedir. Bu yaklaşım, biyouyumlu ve antibakteriyel cerrahi yamaların üretiminde basit, tekrarlanabilir ve endüstriyel ölçekte uygulanabilir bir yöntem sunmakta olup, enfeksiyon riskini azaltarak fıtık onarımı cerrahilerinde klinik başarıyı artırma ve hasta iyileşme sürecini destekleme potansiyeline sahip yeni nesil yama tasarımları için umut vadetmektedir.

Polypropylene (PP) patches are widely preferred in hernia repair surgeries due to their mechanical strength, flexibility and ease of use. However, the non-hydrophilic and non-biologically active nature of these patches predisposes to bacterial adhesion and increases the risk of postoperative infection. In this study, a functionalisation strategy was developed with amine-functional polymer coatings to introduce positively charged functional groups on the PP patch surface. The selected polymer, poly[(dimethylaminoethyl methacrylate)-co-(ethyleneglycol dimethacrylate)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA), can disrupt membrane integrity and cause bacterial death by electrostatic interaction with bacterial cell membranes thanks to the amine groups it contains. By using EGDMA as a cross-linker, it was aimed to increase the stability of the coating and to provide long-term antibacterial effect. In order to enhance the antibacterial properties of PP patches, sequential surface modification was carried out in three main steps: (i) introduction of oxygen-containing functional groups to the surface by UV/ozone treatment, (ii) formation of reactive surfaces by silanation with 3-(Trimethoxysilyl)propyl acrylate (TMSPA) and (iii) immobilisation of positively charged quaternary amine groups with poly[(dimethylaminoethyl methacrylate)-co-(ethylene glycol dimethacrylate)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA) polymer. The characterisation studies showed that the surface modifications were successful. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses revealed elemental and chemical composition changes confirming each treatment step and N 1s peaks indicated the presence of quaternary amine groups. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results also supported these changes at the molecular level. Scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope analyses showed that a homogeneous coating layer was formed on the surface with preservation of the fiber structure and partial closure of the pores. Water contact angle (WCA) measurements revealed that the modification steps significantly changed the surface wettability: the untreated PP surface was hydrophobic (117.82°), whereas after quaternary amine coating it acquired a moderately hydrophilic character (63.51°). Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) data showed that the modifications did not adversely affect the thermal stability of the PP patch, on the contrary, the quaternary amine coating improved the heat resistance Antibacterial activity was tested against Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia coli) bacteria using agar diffusion method. The modified patches exhibited effective antibacterial performance against both bacterial species by forming distinct inhibition zones. The findings show that the developed surface modification strategy successfully enhanced the antibacterial properties of PP patches while preserving their structural, thermal and morphological properties. This approach offers a simple, reproducible and industrially applicable method for the fabrication of biocompatible and antibacterial surgical patches and holds promise for the next generation of patch designs that have the potential to improve clinical success in hernia repair surgeries by reducing the risk of infection and promote patient recovery.