Coating of bismuth and carbonate doped hydroxyapatite on acid etched Ti6Al4V via biomimetic method; investigation of mechanical, structural and biological properties
Bizmut ve karbonat eklenmiş hidroksiapatitin biyomimetik yöntemle asitle aşındırılmış Ti6Al4V plakasının üzerine kaplanarak ortopedik implant üretiminin gerçekleştirilmesi; mekanik, yapısal ve biyolojik incelenmesi
- Tez No: 489465
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER EVİS, PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Metalurji Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Titanyum ve alaşımları, hem mühendislik hem de diş uygulamalarında kullanılmaktadır. Ti6Al4V alaşımı medikal endüstrisinde tercih edilen titanyum alaşımları arasında en yaygın kullanılanlarından biridir. Ti6Al4V'ün hidroksiapatit (HAp) ile kaplanması sıklıkla kullanılan malzeme birleşimleridir. Ancak HAp ile Ti6Al4V kaplanması ile istenilen biyouyumluluğa erişilememektedir. Titanyum alaşımını antibakteriyel nitelikli iyon ile katkılandırılmış HAp ile kaplamak önemlidir. Bu tezde, öncelikle en iyi deneysel önişlem ve kaplama koşulları belirlenmiştir. Yeni ve üstün nitelikli Ti6Al4V implant kaplaması üretmek için, bizmut + karbonatla katkılandırılmış ve saf halde HAp ile pürüzlü yüzeye sahip Ti6Al4V plakalar biyomimetik yöntemle kaplanmıştır. Sonrasında kaplanan plakalar SEM, EDS, AFM, FTIR, XRD, ICP ve XPS vasıtasıyla incelenmiştir. Daha sonra mekanik profilometre testleri, çizik testleri ve in vitro hücre kültürü çalışmaları da gerçekleştirilmiştir. Kaplamaların antibakteriyel özelliklerini araştırmak için Staphylococcus epidermidis bakterisinin implant yüzeyi üzerindeki canlılığı tespit edilmiştir. Optimal önişlem prosedürü olarak üç adımlı (kumlama + asitle aşındırma+ ısıl önişlem) önişlem belirlenmiştir. AFM sonuçları sırasıyla kumlama, asit ile aşındırma ve ön ısıtma işlemlerinin yüzeyde pürüzlülüğü arttırdığını göstermiştir. Bu şekilde üç adımlı yöntemin kullanılması alttaş yüzeyinin daha çok pürüzlü hale gelmesini ve bu sayede alttaş yüzeyi ile kaplama arasında ileri derecede mekanik kenetlenme olmasına imkân sağlamıştır. Saf ve katkılandırılmış kaplamaların yapısal analizleri neticesinde HAp çekirdeklenmesinin biyomimetik kaplamanın 4. gününden sonra başlamış olduğu, çekirdeklenmenin inkübasyon süresiyle orantılı olarak arttığı ve katkı iyonunun yüzey özelliklerini önemli derecede etkilediği kanıtlanmıştır. İlaveten önişlem prosedürünün ve katkı maddelerinin plakalardaki kaplamaların mekanik özellikleri üzerinde mükemmel bir etkisi olduğu anlaşılmıştır. Üretilen kaplamaların oldukça yüksek kritik yük ve yüzey adezyonuna sahip oldukları gözlemlenmiştir. Tüm kaplama tiplerinde 100 mN değerinin üzerinde kaplamanın dayanma kuvvetinin göstergesi olan kritik yük değeri elde edilmiştir. Katkılandırılmış kaplamaların, özellikle de 0.3 mM katkılandırılmış kaplamaların, saf kaplamalara nispeten çok daha yüksek kritik yük değerlerinde sahip oldukları tespit edilmiştir. Saf ve katkılandırılmış HAp kaplamalarda, fibroblast (l929) ve kanser kemik hücreleri (SaOS-2) proliferasyonu biyolojik özellikleri bakımından değerlendirilmiştir. Az miktarda bizmut konsantrasyonun, Fibroblast hücrelerde hücre canlılığını kısmen geliştirdiği anlaşılmıştır. SaOS-2 hücre hattı çalışmalarında ise, tüm katkılandırılmış kaplamalar arasında en yüksek yüzde redüksiyon oranına 0.1-C7 ve 0.3-C7 örneklerinin sahip olduğu gözlemlenmiştir. Mekanik test sonuçları da göz önünde bulundurulduğunda 0.3 mM katkılandırılmış kaplamaların en stabil ve koherent kaplamalar oldukları teyit edilmiştir. Katkı iyon konsantrasyonlarının 0.5 mM değerine kadar artırılması toksisitede artışa ve hücre proliferasyonda azalmaya sebep olmuştur SaOS-2 hücrelerinin kaplamaya yapışması ayrıca SEM analiz çalışmasıyla da incelenmiştir. Kaplamaların antibakteriyal özelliklerinin çalışılması için S.epidermidis bakterisi kullanılmıştır. Antibakteriyal test sonuçlarına göre 0.1-C7 ve 0.3-C7 örneklerinin en antimikrobiyal örnekler oldukları ve sonuçların hücre kültürü çalışmalarıyla uyumlu olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Titanium and its alloys are used in both engineering and dental applications. Ti6Al4V alloy is one of the most commonly preferred titanium alloy used in medical industry. Ti6Al4V with hydroxyapatite (HAp) coating has been frequently used material combinations. Though coating Ti6Al4V with HAp does not provide the desired amount of biocompatibility, it is significant to coat doped HAp on titanium alloy with antibacterial properties. In this thesis, first of all best experimental conditions for pre-treatment and coating process were determined. To prepare a new generation and high quality Ti6Al4V implant coating, bismuth + carbonate co-doped and pure HAps were coated on rough surfaces of Ti6Al4V plates by biomimetic method. After that, the coated plates were examined by SEM, EDS, AFM, FTIR, XRD, ICP and XPS. Furthermore, mechanical profilometer tests, scratch tests and in vitro cell studies were carried out. To investigate the antibacterial property of the coating, the survival of the Staphylococcus epidermidis on the surface of the implant was determined. Optimum pretreatment procedure was found to be three steps (sandblasted + acid etched + preheated) pretreatment. AFM results proved that the surface roughness increased by sandblasting, acid etching and preheating, respectively. By applying three steps method, substrate's surface became much rougher which enabled advanced mechanical interlocking between the substrate surface and precipitated coating. Structural analysis performed for pure and co-doped coatings proved that HAp nucleation started 4 days after immersion, nucleation increased with the incubation time and co-dopants had great effect on surface characteristics. Furthermore the pretreatment procedure and dopants had significant influence on mechanical properties of the coatings. The resulting coatings had very high critical loads and surface adhesion. The critical load values obtained for coating failure were found to be above 100 mN for all type of coatings. Co-doped coatings, especially 0.3 mM co-doped coatings, had much higher critical loads than pure coatings. The proliferation of fibroblast (L929) and cancerous bone cells (SaOS-2) on pure and co-doped HAp coatings were evaluated in terms of biological properties. For L929 cell line, low concentrations of bismuth ion slightly improved cell viability. In case of SaOS-2 cell line, 0.1-C7 and 0.3-C7 exhibited highest reduction percentage among all co-doped samples. The higher stability and coherence of 0.3 mM co-doped coatings were also verified by mechanical test results. Further increase in dopants concentrations up to 0.5 mM lead to increase in toxicity and decrease in cell proliferation. The adherences of SaOS-2 cells onto the coatings were also investigated by the SEM analysis. In order to study antibacterial property of coating S.epidermidis bacteria was used. Antibacterial test results showed the most antibacterial samples were 0.1-C7 and 0.3-C7, the results were consistent with cell culture study.
Benzer Tezler
- Yüksek işlenebilirlik kabiliyetine sahip 2011 alüminyum alaşımı geliştirilmesi
Development of highly machinable 2011 aluminium alloy
İLYAS ARTUNÇ SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Düz plaka polimerik membranların bisbal kullanılarak modifikasyonunun membranların performans ve biyokirlenmelerine olan etkileri
The effects of the modification of flat-sheet membranes with bisbal regarding the performance and antibiofouling characteristics of the polymeric membranes
MEHMET CAN GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖVEZ
- Sıcak daldırma galvanizli çelik tel üretiminde ürün kalitesinin arttırılması
Improving product quality at the production of hot dip galvanized steel wire
RAMAZAN YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ ÇİZMECİOĞLU
- Gümüş içerisinde üretilen bizmut temelli süperiletken yalıtımında kullanılacak uygun seramik karışımların hazırlanması
Preparation of ceramic mixtures to be used for insulation of bismuth based superconductors fabricated in silver
FATİH ÖZBACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Fizik ve Fizik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM BELENLİ
- Development of sensitive analytical methods for bismuth determination by atomic spectrometric techniques
Atomik spektrometrik teknikler ile bizmut tayini için duyarlı analitik yöntemlerin geliştirilmesi
ERSİN KILINÇ
