Modeling of polymer/ceramic composites via molecular dynamics simulations
Polimer-seramik kompozitlerinin moleküler dinamik simülasyonları ile modellenmesi
- Tez No: 603223
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEZEN SOYER UZUN, DOÇ. DR. BURAK ALAKENT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Kimya Mühendisliği, Bioengineering, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Polimer-kalsiyum fosfat (CaP) seramikleri, biyolojik kemik ve metal implantlara alternatif olarak, doku mühendisliği uygulamalarında yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Çeşitli CaP seramikleri arasında, hidroksiapatit (HAp), trikalsiyum fosfat (β-TCP) ve ikisinin bifazik trikalsiyum fosfat (BCP) olarak bilinen karışımları, fizyolojik ortamdaki stabilite, biyoaktivite ve biyouyumluluk gibi üstün özellikleri sayesinde önemli yer tutan biyoseramiklerdir. Bu tezde HAp, β-TCP ve BCP seramikleri MD simülasyonları ile modellenerek karşılaştırmalı olarak incelendi. Tezin ilk bölümünde, (poli) laktik asit (PLA)-HAp ve (poli) etilen (PE)-HAp sistemlerinin bağlanma mekanizması, iki farklı kalınlıkta bulunan HAp yüzeyinde, (10 ≤ N ≤ 400) monomerli polimerler kullanılarak MD simülasyonları ile incelendi. Simülasyon sonucunda, kalın gövdeli bölgelere sahip HAp modelleri tutarlı bir şekilde pozitif bağlanma enerjisi değerleri vermektedir. Bağlanma enerjisi ve kaplanan alan (occA) değişimi, N'nin bir bağıntısı olarak üssel davranış profili göstermektedir. PLA-HAp bağlanma enerjisi daha yüksek değerlere yaklaşırken, occA PLA'da daha düşük değerlerde stabilizedir. İki sistem için de toplam bağlanma enerjisine katkının sırasıyla HAp gövdesi ve polimer-yüzey etkileşimlerinden kaynaklandığı görülmektedir. N~200'e kadar yoğunlaşan konsantrasyon profillerinde, O= birimi PLA-HAp etkileşiminden sorumludur. Konsantrasyon profillerinin yüzey-polimer etkileşimi ve Ca-O koordinasyon artışı ile uyumlu olduğu görülmektedir. PE-HAp sistemlerinde, arayüz konsantrasyonu, yüzey polimer etkileşimi profillerine paralel olarak N'ye göre sürekli artmaktadır. Tezin ikinci bölümünde, PLA'nın bifazik kalsiyum fosfat, HAp ve β- TCP ile etkileşimi başlangıç niteliğinde incelendi. BCP yapılarının olumlu olarak nitelendirilebilecek simülasyon sonuçları, enerji değerlerinin β-TCP > BCP > HAp olarak sıralandığı ve O= biriminin domine ettiği konsantrasyon profilleriyle uyumludur.
Özet (Çeviri)
Polymer-calcium phosphate (CaP) ceramics arise as alternatives to biological bone substitutes and metal implants, and are widely used as biomaterials. Among various CaP ceramics, hydroxyapatite (HAp), β-tricalcium phosphate (β-TCP) and their mixtures known as biphasic tricalcium phosphate (BCP) are the most important bioceramics due to their superior features such as bioactivity, biocompatibility, and good stability in physiological environment. In the current thesis, polymer-calcium phosphate ceramics, including HAp, β-TCP, and BCP, are comparatively studied via MD simulations. In the first part, binding mechanism of (poly)lactic acid (PLA)-HAp and (poly)ethylene (PE)-HAp systems is examined using MD simulations with different number of monomers (10 ≤ N ≤ 400) on HAp surfaces at two different thicknesses. HAp models with thicker bulk region consistently yielded positive global binding energy values. Change in binding energy and the occupied area by polymer (occA) show exponential recovery relationships as a function of N. Binding energy values in PLA-HAp systems converge to higher values compared to PE-HAp complexes while occA values stabilize at lower values in PLA-HAp complexes. Bulk region of HAp is found to be a major constituent of the total binding energy, followed by polymer-surface interactions for both systems. Concentration profiles revealed that O= units are mainly responsible for the PLA-HAp interaction, intensifying until N~200, in agreement with surface-polymer interaction and Ca-O coordination profiles. In PE-HAp systems, interface concentration constantly increases with respect to N, parallel to surface-polymer interaction profiles. In the second part of the thesis, interaction of PLA with biphasic calcium phosphate and its building blocks, HAp and β-TCP is studied in an introductory manner. The initial results are promising, yielding binding energy ranked as β-TCP>BCP>HAp, complemented by concentration profiles, in which O= units are again found to be responsible for the interfacial adhesion.
Benzer Tezler
- Karbon fiber-epoksi, balsa sandviç malzemesinin imalatı, modellenmesi ve davranışlarının incelenmesi
Manufacturing, modeling and behavior analyzing of carbon fiber - epoxy, balsa sandwich material
MURAT ALİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN DİKİCİOĞLU
- Grafen-takviyeli nanokompozitlerin içyapı ve mekanik özellikleri arasındaki ilişkinin araştırılması
Investigation of the relationship between internal structure and mechanical properties of graphene-reinforced nanocomposities
BETÜL ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN BAYRAK
- Kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi ile tufalden demir esaslı kompozit (Mo2FeB2-Fe) üretimi
Production of iron based composite (Mo2FeB2-Fe) from scale by self propagating high temperature synthesis
BUSE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
- Preparation of poly(N-tris[hydroxymethyl]methyl acrylamide) based hydrogels and composites for removal of boron from aqueous solutions
Sulu çözeltilerden bor giderilmesi için poli(N-tris[hidroksimetil]metil akrilamid) bazlı hidrojel ve kompozitlerin hazırlanması
SARE NAZ ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ