Computational investigations of bio-compatible metal organic frameworks (bio-MOFs) for adsorption-based uremic toxin separation
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 697073
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyokimya, Halk Sağlığı, İç Hastalıkları, Biochemistry, Public Health, Internal diseases
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimer membranlar kronik böbrek hastalarının kanından üremik toksinleri ayırmak için diyaliz makinelerinde şu anda kullanılmaktadır. Fakat polimerik membranlar üre ve kreatinin gibi sadece suda çözünür küçük üremik toksinleri filtreleyebilir ve genellikle üremik toksinleri ayırmada düşük performans (<40 mg/g) göstermektedirler. Membranlara alternatif olarak, üremik toksinleri kandan uzaklaştırmak için adsorpsiyona dayalı ayırma yöntemleri de kullanılabilir. Bu tezde, atomik düzeyde detaylı simülasyonlar gerçekleştirilerek 315 biyolojik-uyumlu metal organik yapının (biyo-MOFların) adsorpsiyona dayalı üremik toksin ayırma performansları belirlenmiştir. Öncelikle hidrofobik biyo-MOFlar tayin edilmiş ve daha sonra 310 K ve 1 bar'da Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simülasyonları kullanılarak bu hidrofobik biyo-MOFlar içerisinde tutunan üre, kreatinin ve su miktarları hesaplanmıştır. Sonuçlar birkaç biyo-MOF'un kreatinin ve üre alımı açısından zeolitler, aktif karbonlar ve polimerler gibi geleneksel adsorbanlardan daha iyi performans sağladığını göstermiştir. Üre/su, kreatinin/su ve kreatinin/üre ayrımları için adsorpsiyon seçicilikleri hem sonsuz seyreltmede hem de 1 bar, 310 K'de hesaplanmıştır. Çoğu biyo-MOF için üre/su ayrımı için 1 bar'da hesaplanan adsorpsiyon seçiciliği, sonsuz seyreltmede hesaplanan seçicilik değerlerinden çok daha yüksek bulunmuştur. Fakat biyo-MOFların gözenekleri içindeki kreatinin ve üre moleküllerinin etkileşim gücündeki farklılık nedeniyle 1 bar'da kreatinin/su ayrımı için hesaplanan adsorpsiyon seçiciliği sonsuz seyreltmede hesaplanan seçicilik değerlerinden çok daha düşük bulunmuştur. Ayrıca, hesaplama gücü gerektiren GCMC simülasyonları üremik toksinlerin ikili ve üçlü karışımları için gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar biyo-MOFların kreatinin alımlarının su ortamında önemli ölçüde değişmediğini göstermiştir çünkü kreatinin, biyo-MOFların gözenekleri içinde güçlü bir şekilde tutulmuştur. Bununla birlikte, biyo-MOFlarda adsorplanan su miktarı, üremik toksinlerin ve su moleküllerinin arasında meydana gelen hidrojen bağları nedeniyle karışım durumunda biraz artmıştır. Genel olarak, adenin bazlı biyo-MOFların (biyo-MOF-11 (YUVSUE) ve biyo-MOF-12 (BEYSEF) gibi) ve disyanamit bazlı bir MOF olan KEXDIB'in hem üre/su hem de kreatinin/su ayrımları için umut verici adaylar olduğu bulunmuştur. Sonuçlarımız, üremik toksin ayrımı için yüksek performanslı biyo-MOF adsorbanların geliştirilmesi için oldukça faydalı olacaktır.
Özet (Çeviri)
Polymeric membranes in dialysis machines are currently used to separate uremic toxins from blood of chronic kidney patients. However, polymeric membranes can filter only small water-soluble uremic toxins such as urea and creatinine and generally show poor separation performance (<40 mg/g) for uremic toxins. As an alternative to membranes, adsorption-based separation methods can be used to remove uremic toxins from blood. In this thesis, we identify adsorption-based uremic toxin separation performances of 315 bio-compatible metal organic frameworks (bio-MOFs) by performing atomically-detailed simulations. We first identified hydrophobic bio-MOFs and then computed their urea, creatinine, and water uptakes by performing grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations at 310 K and 1 bar. Results showed that several bio-MOFs outperform traditional adsorbents such as zeolites, activated carbons, zeolite-polymer composite nanofibers and polymers in terms of creatinine and urea uptakes. Adsorption selectivities for urea/water, creatinine/water and creatinine/urea separations were calculated at both infinite dilution and 1 bar, 310 K. Adsorption selectivities of most bio-MOFs for urea/water separation calculated at 1 bar were found to be much higher than those computed at infinite dilution. However, adsorption selectivities for creatinine/water separation calculated at 1 bar were much lower than those computed at infinite dilution for most bio-MOFs due to the difference in interaction strength of creatinine and urea molecules within the frameworks. We also performed computationally demanding GCMC simulations for binary and ternary mixtures of uremic toxins and results showed that creatinine uptakes of bio-MOFs do not change significantly in the presence of water since creatinine is strongly adsorbed within the pores of bio-MOFs. However, water adsorption in bio-MOFs slightly increased at mixture condition due to the hydrogen bonds occurred between uremic toxins and water molecules. Overall, adenine-based bio-MOFs including bio-MOF-11 (YUVSUE) and bio-MOF-12 (BEYSEF) and a dicyanamide based MOF, KEXDIB were found to be promising candidates for both urea/water and creatinine water separations. Our results will be highly useful for development of high-performance bio-MOF adsorbents for uremic toxin separation.
Benzer Tezler
- Computational investigations of metal organic frameworks and covalent organic frameworks for gas storage and gas separation applications
Başlık çevirisi yok
EZGİ GÜLÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI
- Bazı biyomalzemelerin radyasyon soğurma özelliklerinin araştırılması
Investigation of the radiation absorption properties of some biomaterials
AYCAN ŞENGÜL
Doktora
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. İSKENDER AKKURT
- Elektroüretimle nanolif eldesine etki eden faktörlerin ve jelatin-pektin içeren nanoliflerin model gıdaların reolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigations on affecting parameters of electrospinning and rheological properties of model food systems containing electrospun gelatin-pectin nanofibers
ALPARSLAN KUMRU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY
- Lipit esaslı liyotropik sıvı kristallerin beyne ilaçhedeflendirmede nanotaşıyıcı olarak kullanımı ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of lipid based lyotropic liquid crystals as nanocarrier in brain targeted drug delivery
RÜYA ATLIBATUR
Doktora
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
DOÇ. DR. FATEMEH BAHADORI
- Polymerization of functional cyclic monomers and investigation of initiator efficiency by computational chemistry
Fonksiyonel halkalı monomerlerin polimerleştirilmesi ve başlatıcı etkinliğinin hesapsal yöntemlerle araştırılması
SILA GÜMÜŞTAŞ
Doktora
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiEge ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARMAĞAN KINAL