The use of nanostructured 316L stainless steel for orthopedic and cardiovascular applications: Fabrication, characterization, and in vitro cellular interactions
Ortepedik ve kardiyovasküler uygulamalar için nanoyapılı 316L paslanmaz çeliğin kullanımı: Üretimi, karakterizasyonu ve in vitro hücresel etkileşimi
- Tez No: 850123
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BATUR ERCAN, PROF. DR. PELİN MUTLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Metalurji Mühendisliği, Bioengineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
316L Paslanmaz çelik (SS) ideal mekanik özellikleri, kabul edilebilir biyouyumluluğu ve düşük maliyeti nedeniyle biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılan implant malzemelerinden biridir. Ancak, 316L SS biyo-etkisiz yüzey özelliği, ortopedik uygulamalarda sınırlı osteointegrasyona, kardiyovasküler uygulamalarda ise zayıf endotelizasyona yol açmaktadır. Ayrıca, enfeksiyon, nikel iyon salımı, stent restenozu ve sınırlı korozyon direnci SS için önemli klinik zorluklardır ve implant malzemesi olarak kullanımının giderek azalmasına yol açmıştır. Yukarıda belirtilen sorunları ortadan kaldırmak için 316L SS yüzeyine nano ölçekli modifikasyonu potansiyel bir çözüm olabilir. Bu tezde, yüzeyler üzerinde farklı morfoloji ve boyutlara sahip nanoyapılar üretildi. Daha sonra anodize yüzeylerin fiziksel ve kimyasal özellikleri karakterize edilmiştir. Ortopedik uygulamalar için in vitro hücre etkileşimler, 200 nm boyutundaki nanohendek yüzeylerin kemik hücre canlılığını, çıplak yüzeylere kıyasla %68'e kadar artırmıştır. Ayrıca 200 nm nanohendek yüzeylerde çıplak yüzeylere kıyasla S. aureus ve P. aeruginosa kolonilerinde %71 ve %58 oranında azalma tespit edildi. Kardiyovasküler uygulamalar için in vitro endotel hücre fonksiyonlarının nano yapılı yüzeyler üzerinde gelişmiştir. Ayrıca, nanoyapılı yüzeylerin endotel hücre canlılığını önemli ölçüde arttırdığı, hücresel göçü desteklediği, nitrik oksit ve prostaglandin salımını uyarırken, VCAM ve ICAM gen ifadesini sınırladığı ve trombosit yapışması ile hemoliz oranını azalttığı görülmüştür. Bu tez çalışmasının bulguları, nanoyapılı 316L paslanmaz çelik yüzeylerin korozyon direncini arttırdığı, endotelizasyon ve kan uyumluluğunu desteklediğini göstermektedir. Eş zamanlı olarak bu yüzeylerin kemik doku etkileşimlerini desteklediği ve bakteri tutunmasını kısıtladığını, biyomedikal uygulamalara yönelik potansiyelini ortaya çıkarmaktadır.
Özet (Çeviri)
316L stainless steel (SS) is one of the commonly-used implant materials in biomedical applications due to its ideal mechanical properties, acceptable biocompatibility, and low cost. However, the bioinert nature of 316L SS led to limited osteointegration in orthopedic applications, and poor endothelization in cardiovascular applications. Furthermore, infection, nickel ion release, stent restenosis and limited corrosion resistance are major clinical challenges for SS and led to gradual decline of its use as an implant material. To eliminate the aforementioned issues, nanoscale surface modification on 316L SS can be a potential remedy. In this thesis, nanostructures having different morphologies and feature sizes were fabricated on the surfaces. Afterwards, the physical and chemical properties of anodized surfaces were characterized. For orthopedic applications, in vitro cellular interactions showed that bone cell viability on 200 nm nanodimple surfaces was promoted up to 68% compared to nonanodized surfaces. Moreover, a 71% and 58% decrease in S. aureus and P. aeruginosa colonies were detected on 200 nm nanodimple surfaces compared to the non-anodized surfaces. For cardiovascular applications, in vitro HUVECs functions thrived on the nanostructured surfaces. Furthermore, the nanostructured surfaces significantly promoted endothelial cell viability, enhanced cellular migration, stimulated nitric oxide and prostaglandin secretion, while down-regulating the expressions of VCAM and ICAM gene and decreased platelet adhesion and hemolysis rate. The findings of this thesis indicate that nanostructured 316L SS surfaces improved corrosion resistance and enhanced endothelization and hemocompatibility. Simultaneously, these surfaces promoted osteoblast interactions and restricted the bacterial attachment, showcasing their potential for biomedical applications.
Benzer Tezler
- Kemik plakalarında nanoyapılı biyomimetik kaplamaların geliştirilmesi
Development of nanostructured biomimetic coated bone plates
SEDA UYANIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyomühendislikBülent Ecevit ÜniversitesiNanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAHİME SEDA TIĞLI AYDIN
- Femtosaniye lazerle metalik nanoyapıların oluşturulması ve biyolojik uygulamaları
Formation and biological applications of metallic nanostructures produced by femtosecond laser
ERHAN AKMAN
Doktora
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF DEMİR
- Tribological behaviour of polymer nanocomposites containing tungsten based nanoparticles
Tungsten esaslı nanopartiküller içeren polimer nanokompozitlerin tribolojik davranışı
KAZIM KARAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN TANOĞLU
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Heat and fluid flow in microscale from micro and nano structured surfaces
Mikro ve nano yapılı yüzeylerden mikro boyutta ısı ve sıvı akışı
TÜRKER İZCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KOŞAR