Manyetik Fe₃O₄ nanopartikül katkılı PCL/PEG nanoliflerin fiziksel ve termal özelliklerinin araştırılması

Abstract

Günümüz mühendislik uygulamalarında artan performans gereksinimleri, geleneksel malzemelere alternatif olarak polimer matrisli kompozitlerin (PMK) geliştirilmesini gerekli kılmıştır. Bu tez çalışmasında, biyobozunur ve biyouyumlu polimerler olan polikaprolakton (PCL) ve polietilen glikol (PEG) esaslı, Fe₃O₄ manyetik nanopartikül katkılı nanokompozit nanolifler elektrospinning yöntemi ile üretilmiştir. PEG ilavesi ile PCL'nin hidrofilikliği ve biyomedikal uygunluğu artırılırken, Fe₃O₄ nanopartikülleri sisteme manyetik özellik kazandırmıştır. Elde edilen nanokompozitler; XRD, FTIR, SEM, AFM, DSC ve TGA analizleri ile yapısal, kimyasal, morfolojik ve termal açıdan karakterize edilmiştir. Sonuçlar, Fe₃O₄ nanopartiküllerinin polimer matrise başarıyla entegre edildiğini, kristalin yapıyı etkilediğini ve yüzey morfolojisinde değişimlere yol açtığını göstermiştir. Termal analizler, artan nanopartikül oranı ile kristalinlik derecesinin azaldığını, buna karşılık termal kararlılığın arttığını ortaya koymuştur. Ayrıca %20 Fe₃O₄ içeren numunede belirgin bir şekil hatırlama davranışı gözlenmiş; malzemenin geçici şekli koruyabildiği ve ısıl uyarı ile başlangıç şekline geri dönebildiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, PCL/PEG/Fe₃O₄ nanokompozit nanolifler; biyouyumluluk, ayarlanabilir termal özellikler, manyetik yanıt ve şekil hatırlama davranışını bir arada sunan, kontrollü ilaç salımı ve doku mühendisliği gibi biyomedikal uygulamalar için umut vadeden çok işlevli malzemeler olarak değerlendirilmiştir.

In this thesis, nanocomposite nanofibers based on biodegradable and biocompatible polymers polycaprolactone (PCL) and polyethylene glycol (PEG), with Fe₃O₄ magnetic nanoparticles, were produced by electrospinning. The addition of PEG increased the hydrophilicity and biomedical suitability of PCL, while Fe₃O₄ nanoparticles imparted magnetic properties to the system. The obtained nanocomposites were characterized structurally, chemically, morphologically, and thermally using XRD, FTIR, SEM, AFM, DSC, and TGA analyses. The results showed that Fe₃O₄ nanoparticles were successfully integrated into the polymer matrix, affecting the crystalline structure and causing changes in surface morphology. Thermal analyses revealed that the degree of crystallinity decreased with increasing nanoparticle ratio, while thermal stability increased. Furthermore, a significant shape-recall behavior was observed in the sample containing 20% Fe₃O₄; it was determined that the material could maintain its temporary shape and return to its initial shape with thermal stimulation. In conclusion, PCL-PEG/Fe₃O₄ nanocomposite nanofibers were evaluated as promising multifunctional materials for biomedical applications such as controlled drug delivery and tissue engineering, offering a combination of biocompatibility, tunable thermal properties, magnetic response, and shape memory behavior.