PRODUCTION OF CARBON DOTS BY HYDROTHERMAL METHOD AND APPLICATIONS IN NANOFIBERS

Abstract

ABSTRACT

Wound management is a crucial component of healthcare, with wound dressings playing an essential role. These dressings protect wounds from external contaminants, promote healing, and enhance patient comfort. There is a wide variety of wound dressings available, ranging from basic gauze pads to advanced dressings that incorporate technologies such as antimicrobial agents, hydrogels, and foams. The selection of the appropriate wound dressing is influenced by several factors, including the type and severity of the wound, the amount of exudate, the presence of infection, and the stage of the healing process. Choosing the right dressing based on these criteria is vital for optimizing the healing process and achieving favorable outcomes.

Recent years have witnessed significant advancements in wound dressing technology, leading to the development of innovative materials and designs that offer improved healing outcomes and patient comfort. This progress has resulted in a more personalized approach to wound care, where dressings are tailored to meet the specific needs of individual patients and wound types.

Nanofibrous dressings, compared to traditional dressings, offer higher porosity, better permeability, and enhanced hemostasis. They protect against infection, offer better conformability, and enable efficient drug loading. They show promise for advanced, biologically active dressings, leading to extensive research efforts. Nanofiber-based wound dressings offer advantages over conventional materials like gauze, hydrogels, foams, and sponges. They can promote hemostasis, maintain a moist wound environment, protect against bacterial penetration, and be easily functionalized with therapeutic compounds. Various materials, including collagen, gelatin, fibrinogen, chitosan, PU, PLA, and PVA, have been electrospun and evaluated for their wound-healing properties. Functional compounds like antibiotic agents and growth factors can be integrated into nanofiber mats to further enhance wound healing. The use of nanofibers in wound dressing holds great promise for facilitating wound healing and skin regeneration, offering a versatile and effective approach to wound care.

Polyvinyl alcohol (PVA) is widely used in wound dressing applications, serving as a key component that enhances dressing functionality and therapeutic effectiveness when combined with various polymers. To enhance the characteristics of PVA, blending it with different polymers and materials is extensively explored to overcome its limitations, hence enhancing its applicability as wound dressing materials. In this research, we utilized the addition of carbon dots (CDs) to PVA aiming to enhance the properties of polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers. Carbon dots were chosen for their excellent properties, including mechanical properties, biocompatibility, and antimicrobial properties. These CDs were synthesized through a green and environmentally friendly hydrothermal method, using Consolida flower extract as a source.

The general objectives of this study emphasize the importance of wound dressings in modern wound care, focusing on wound healing, infection prevention, and patient comfort. The specific objectives include evaluating the physical, mechanical, and antimicrobial properties of PVA-based wound dressings and improving these properties through the incorporation of CDs and a pH-responsive agent.

Comprehensive characterization techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric analysis (TGA), water contact angle measurements, air permeability tests, mechanical properties evaluation, and antimicrobial activity tests were employed to analyze the properties of PVA nanofibers and their enhanced version, PVA/Co-CDs/CoA nanofibers. The incorporation of CDs into PVA nanofibers resulted in improved antimicrobial efficacy against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, without compromising mechanical integrity. The enhanced hydrophilicity, modified crystalline structure, and improved thermal degradation properties of PVA/Co-CDs/CoA nanofibers further highlight their potential in wound care applications.

This research demonstrates that the electrospun PVA/PVA/Co-CDs/CoA nanofibers offer significant advantages such as antimicrobial properties and hydrophilicity, presenting a promising candidate for advanced wound dressings. By effectively addressing critical challenges in infection control and promoting accelerated wound healing, these innovative materials hold promise for enhancing patient outcomes in wound management. This study significantly contributes to expanding the body of knowledge on nanofiber technologies, paving the way for improved therapeutic strategies and outcomes in clinical settings.

ÖZET

Yara yönetimi, yara örtülerinin bu süreçte hayati bir rol oynadığı sağlık hizmetlerinin kritik bir bileşenidir. Yara örtüleri, yarayı dış kontaminantlardan koruma, iyileşmeyi teşvik etme ve hasta konforunu artırma gibi birçok amaca hizmet eder. Temel gazlı bez pedlerinden antimikrobiyal ajanlar, hidrojeller ve köpükler gibi teknolojileri içeren ileri düzey örtülere kadar geniş bir yara örtüsü yelpazesi bulunmaktadır. Uygun yara örtüsünün seçimi, yaranın türü ve ciddiyeti, üretilen eksüda miktarı, enfeksiyon varlığı ve iyileşme sürecinin aşaması gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Bu spesifik kriterlere uygun örtünün seçilmesi, iyileşme sürecini optimize etmek ve olumlu sonuçlar elde etmek için esastır.

Son yıllarda yara örtüsü teknolojisinde önemli ilerlemeler kaydedilmiş, iyileşme sonuçlarını ve hasta konforunu artıran yenilikçi malzemeler ve tasarımlar geliştirilmiştir. Bu ilerlemeler, bireysel hastaların ve yara türlerinin spesifik ihtiyaçlarını karşılamak üzere daha kişiselleştirilmiş bir yara bakımına yol açmıştır.

Nanofiber örtüler, geleneksel örtülere kıyasla daha yüksek gözeneklilik, daha iyi geçirgenlik ve gelişmiş hemostaz sunar. Enfeksiyona karşı koruma sağlar, daha iyi uyum gösterir ve etkili ilaç yüklemesine olanak tanır. Gelişmiş, biyolojik olarak aktif örtüler için umut vaat ederler ve bu nedenle geniş araştırma çabalarına yol açarlar. Nanofiber bazlı yara örtüleri, gazlı bez, hidrojel, köpük ve sünger gibi geleneksel malzemelere kıyasla birçok avantaj sunar. Hemostazı teşvik edebilir, nemli bir yara ortamını koruyabilir, bakteriyel penetrasyona karşı koruyabilir ve tedavi edici bileşiklerle kolayca işlevselleştirilebilir. Kollajen, jelatin, fibrinojen, kitosan, PU, PLA ve PVA gibi çeşitli malzemeler elektrospun yöntemle üretilmiş ve yara iyileştirici özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Antibiyotik ajanlar ve büyüme faktörleri gibi işlevsel bileşikler, yara iyileşmesini daha da artırmak için nanofiber matlara entegre edilebilir. Nanofiberlerin yara örtüsünde kullanımı, yara iyileşmesini ve cilt rejenerasyonunu kolaylaştırmak için büyük umut vaat etmekte olup, yara bakımına yönelik çok yönlü ve etkili bir yaklaşım sunmaktadır.

Polivinil alkol (PVA), çeşitli polimerlerle birleştirildiğinde yara örtüsünün işlevselliğini ve terapötik etkinliğini artıran temel bir bileşen olarak yara örtüsü uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. PVA'nın özelliklerini iyileştirmek için farklı polimerler ve malzemelerle harmanlanması, sınırlamalarını aşmak ve dolayısıyla yara örtüsü malzemeleri olarak uygulanabilirliğini artırmak amacıyla kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Bu araştırmada, polivinil alkol (PVA) nanofiberlerinin özelliklerini geliştirmek amacıyla karbon noktaların (CD'ler) eklenmesi kullanılmıştır. Karbon noktalar, mükemmel özellikleri, mekanik özellikleri, biyouyumluluğu ve antimikrobiyal özellikleri nedeniyle seçilmiştir. Bu CD'ler, çevre dostu ve yeşil bir hidrotermal yöntemle, Consolida çiçek özütü kullanılarak sentezlenmiştir.

Bu çalışmanın genel hedefleri, modern yara bakımında yara örtülerinin önemini vurgulamakta olup, yara iyileşmesi, enfeksiyon önleme ve hasta konforuna odaklanmaktadır. Spesifik hedefler arasında PVA bazlı yara örtülerinin fiziksel, mekanik ve antimikrobiyal özelliklerini değerlendirmek ve bu özellikleri CD'ler ve pH duyarlı bir ajan ekleyerek iyileştirmek yer almaktadır.

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), X-ışını Kırınımı (XRD), Termogravimetrik Analiz (TGA), su temas açısı ölçümleri, hava geçirgenliği testleri, mekanik özellik değerlendirmesi ve antimikrobiyal aktivite testleri gibi kapsamlı karakterizasyon teknikleri, PVA nanofiberlerin ve geliştirilmiş versiyonu olan PVA/Co-CD'ler/CoA nanofiberlerin özelliklerini analiz etmek için kullanılmıştır. CD'lerin PVA nanofiberlere eklenmesi, mekanik bütünlüğü bozmadan Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterilere karşı antimikrobiyal etkinliği artırmıştır. PVA/Co-CD'ler/CoA nanofiberlerinin artırılmış hidrofiliği, değiştirilmiş kristal yapısı ve iyileştirilmiş termal bozunma özellikleri, yara bakım uygulamaları için potansiyellerini daha da vurgulamaktadır.

Bu araştırma, elektroeğirme yöntemiyle üretilen PVA/PVA/Co-CD'ler/CoA nanofiberlerin, antimikrobiyal özellikler ve hidrofili gibi önemli avantajlar sunduğunu göstermektedir ve gelişmiş yara örtüleri için umut vaat eden bir aday olarak sunulmaktadır. Enfeksiyon kontrolündeki kritik zorlukları etkili bir şekilde ele alarak ve hızlandırılmış yara iyileşmesini teşvik ederek, bu yenilikçi malzemeler yara yönetiminde hasta sonuçlarını iyileştirme vaadi taşımaktadır. Bu çalışma, nanofiber teknolojileri konusundaki bilgi birikimini önemli ölçüde artırarak, klinik ortamlarda iyileştirilmiş terapötik stratejiler ve sonuçlar için yolu açmaktadır.