Additive manufacturing of Ti3C2TX mxene reinforced hydroxyapatite porous scaffolds
Ti3C2TX mxene takviyeli hidroksiapatit gözenekli yapı iskelelerinin eklemeli imalatı
- Tez No: 1010528
- Danışmanlar: PROF. DR. BEDRİ ONUR KÜÇÜKYILDIRIM, PROF. DR. CELALETDİN ERGUN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyolojik malzemeler, Kemik dokusu, Seramik malzemeleri, Üç boyutlu yazıcı, İki boyutlu malzemeler, Biological materials, Bone tissue, Ceramic materials, Three dimensional printer, Two dimensional materials
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mekanik olarak güvenilir ve biyolojik olarak uyumlu iskelelerin geliştirilmesi, kemik doku mühendisliğinde kritik bir zorluk olmaya devam etmektedir. Hidroksiapatit, yüksek biyouyumluluğu ve osteokonduktivitesi nedeniyle yaygın olarak kullanılmakta; ancak doğasındaki kırılganlık, yük taşıyan yapılardaki uygulamalarını kısıtlamaktadır. Bu tez kapsamında Ti3C2Tx MXene takviyeli hidroksiapatit kompozit sistemleri çok fonksiyonlu biyomalzemeler olarak incelenmiş ve bu sistemlerin eklemeli imalat ile üretilen gözenekli iskele yapılarına entegrasyonu sistematik biçimde araştırılmıştır. Ti3C2Tx MXene'ler, HF, LiF/HCl ve NaF/HCl dağlama yöntemleri kullanılarak sentezlenmiş ve yapısal, kimyasal ve morfolojik özellikleri kapsamlı şekilde karakterize edilmiştir. MXene takviyeli hidroksiapatit kompozit tozları kontrollü ıslak kimyasal çöktürme yöntemiyle üretilmiş; faz, morfoloji ve sitotoksisite analizleri gerçekleştirilmiştir. Sitotoksisite değerlendirmeleri, MXene içeren tozlarda konsantrasyona bağlı bir hücre canlılığı azalması ortaya koymuştur. Bununla birlikte, MXene çok katmanlı yapılarına kıyasla üç kat daha yüksek konsantrasyonda test edilmesine karşın kompozit toz, 1 mg·mL−1'de %84.66 canlılık değerini korumuş; bu durum MXene'in HA matrisi içerisine dahil edilmesinin sitotoksik etkileri önemli ölçüde azalttığını göstermektedir. Kompozit tozlar, UV ile kürlenebilen biyoreçine içine dahil edilerek stereolitografi yöntemiyle %40, %55 ve %70 tasarlanmış gözeneklilik seviyelerinde çekme ve eğilme test numuneleri olarak üretilmiştir. Mekanik performans çekme, eğilme ve sertlik ölçümleriyle değerlendirilmiştir. MXene takviyeli kompozitler, yalnızca HA içeren numunelere kıyasla üstün performans sergilemiştir. Çekme Fmax değerleri sırasıyla %30.7, %64.8 ve %240; eğilme Fmax değerleri ise %20.9, %174.1 ve %61.1 oranında artış göstermiştir. Takviye etkisi, yüksek gözeneklilik seviyelerinde daha belirgin hale gelmiştir. Vickers sertliği saf numunelerde HV 119 iken HM5'te HV 138.4'e yükselmiştir (yaklaşık %16 artış). Optimum takviye seviyesi düşük MXene içeriklerinde (ağ. %0.1) belirlenmiş; daha yüksek dolgu oranlarında kusur hassasiyeti artarak mekanik bütünlüğü olumsuz etkilemiştir. Bu çalışma, eklemeli imalatla üretilen MXene takviyeli hidroksiapatit iskeleler için kapsamlı bir işlem-yapı-özellik ilişkisi ortaya koyarak bu kompozit sistemlerin yeni nesil kemik doku mühendisliği uygulamalarındaki potansiyelini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The development of mechanically reliable and biologically compatible scaffolds remains a critical challenge in bone tissue engineering. Hydroxyapatite is widely used for its excellent biocompatibility and osteoconductivity; however, its intrinsic brittleness limits its application in load-bearing structures. In this thesis, Ti3C2Tx MXene reinforced hydroxyapatite composite systems are investigated as multifunctional biomaterials, and their integration into additively manufactured porous scaffolds is systematically explored. Ti3C2Tx MXenes were synthesized via HF, LiF/HCl, and NaF/HCl etching routes and characterized in terms of structural, chemical, and morphological properties. MXene-reinforced hydroxyapatite composite powders were produced via controlled wet-chemical precipitation, followed by phase, morphology, and cytotoxicity analyses. Cytotoxicity assessments revealed a concentration-dependent decrease in cell viability of MXene-containing powders. Notably, despite being evaluated at concentrations three orders of magnitude higher than MXene multilayers, the composite powder maintained 84.66% cell viability at 1 mg·mL−1, indicating that MXene incorporation into the HA matrix significantly mitigates cytotoxic effects. The composite powders were incorporated into UV-curable bioresin and fabricated into tensile and flexural scaffold specimens via stereolithography at 40%, 55%, and 70% designed porosity levels. Mechanical performance was assessed through tensile, flexural, and hardness measurements. MXene-reinforced composites generally outperformed HA reinforced counterparts; tensile Fmax increased by up to 30.7%, 64.8%, and 240% at 40%, 55%, and 70% porosity, respectively, while flexural Fmax increased by 20.9%, 174.1%, and 61.1%. The reinforcing effect became more pronounced at higher porosities, where thinner walls amplify sensitivity to local reinforcement. Vickers hardness increased from 119 HV (pure) to 138.4 HV (HM5), corresponding to approximately 16% improvement. An optimal reinforcement level was identified at low MXene contents (0.1 wt.%), beyond which defect sensitivity reduced mechanical integrity. This study establishes a comprehensive processing-structure-property framework for MXene-reinforced hydroxyapatite scaffolds, demonstrating the potential of these composite systems for next-generation bone tissue engineering applications.
Benzer Tezler
- Yazdırılabilir akıllı enerji depolama sistemi için PVDF-HFP esaslı kompozit polimer elektrolitler
PVDF-HFP based composite polymer electrolytes for printable smart energy storage system
DİDEM SÜRSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- Additive manufacturing of magneto-responsive and bio-compatible materials
Manyeto-duyarlı ve biyo-uyumlu malzemelerin ekmeli üretimi
YAZAN NITHAM YOUSEF ODEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyomühendislikBahçeşehir ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN AKDOĞAN
- Additive manufacturing of 3-dimensional bioceramic structures elaborated by calcium phosphate cement reactions
Kalsiyum fosfat çimento reaksiyonları yardımıyla üç boyutlu biyoseramik yapıların katmanlı imalatla üretimi
HÜSEYİN ENGİN SEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANER DURUCAN
- The effect of aging atmosphere on mechanical and corrosion properties of maraging steels produced by additive manufacturing
Eklemeli imalat yöntemiyle üretilen maraging çeliklerinin mekanik ve korozyon özelliklerine yaşlanma atmosferinin etkisi
İLKGÜL ÖKSÜZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ERTUĞRUL
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA SAFA YILMAZ
- Mechanical behaviour of polymeric lattice structures produced by additive manufacturing
Eklemeli imalat ile üretilen polimer kafes yapıların mekanik davranışı
ŞÜKRÜ GÜRAY KALAYCIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEZER ÖZERİNÇ