Pomza katkılı hidroksiapatit nano-tozların sentezi ve kemik onarımı için araştırılması
Synthesis of pumice doped hydroxyapatite nano- powders and investigation for bone repair
- Tez No: 945056
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Biyomühendislik, Science and Technology, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
İnsan vücudundaki kemiklerde küçük çaplı hasarlarda rejenerasyon ile kendiliğinden iyileşme mümkünken, büyük hasarlarda geleneksel doku nakli yöntemleri kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler doku uyuşmazlığı, inflamasyon riski gibi ciddi kısıtlamalara sahiptir. Doku onarımı ve yenilenmesi kapsamında biyouyumlu ve biyomimetik özelliklerde fonksiyonel biyomalzemelere olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Kemiğin temel inorganik yapısı bir kalsiyum fosfat bileşiği olan hidroksiapatit (HA) bileşiği ile eser miktarda karbonat, silikat, magnezyum, potasyum gibi iyonları içermektedir. HA kemik onarımında büyük rol alsa sentetik saf HA'nın yüksek stabilitesinden dolayı biyoçözünürlük ve kemik yenilenmesindeki rolü sınırlıdır. Pomza (PM), volkanik faaliyetler sonucu oluşan alümina silikat minerali olup yüksek porozite ve iyon değişimi gibi özelliklere sahiptir. Bu tez kapsamında PM, yüksek sertliği, poroz yapısı, iyon absorpsiyon kapasitesi ve kemikteki birçok iyonu içermesi nedeniyle HA'nın sol-jel yöntemiyle üretimi sırasında katkılanarak yeni biyoseramik formları geliştirilip kemik yenilenmesi potansiyeli araştırılmıştır. PM ile HA arasındaki iyon değişimi ile HA'nın biyoçözünürlük, biyoaktivite gibi özelliklerinin ve silikat ve diğer biyomimetik iyon katkıları sayesinde kemik yenilemesinin güçlendirilmesi amaçlanmıştır. Pomzadaki silikat iyonları, kemik mineralizasyonunu teşvik etme potansiyeline sahiptir. Ayrıca pomzanın poroz yapısı, anjiyogenezi tetikleyerek hücrelerin göçü ve tutunmasını kolaylaştırarak kemik yenilenmesine katkı sağlayacağı öngörülmüştür. PM tozu, boyutlandırma ve asit (HCl) - baz (NaOH) aktivasyon ile saflaştırma işlemleri sonrasında kullanılmıştır. Sol-jel metodu kullanılarak nano boyutta saf HA ve ağırlıkça %2.5, %5 ve % 7.5 oranında PM katkılı numuneler üretilerek ve farklı sıcaklıklarda (800°C, 950°C ve 1100°C) sinterlenen tozların fiziksel, kimyasal ve biyolojik karakterizasyonu yapılmıştır. Elmastan sonra bilinen en sert malzeme olan üstün mukavemet, antibakteriyel özelliği bildirilen Bor karbür (B4C), PM katkılı HA'ya fiziksel olarak bağlanarak antibakteriyel etkinliği araştırılmıştır. Bunun için, 1100°C'de sinterlenmiş %7,5 PM katkılı HA'ya %1 oranında B₄C tozu bağlayıcı polietilen glikol (PEG) ortamında eklenerek 200°C ve 800°C'de ısıl işlem sonrası toz numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelerin morfolojik (SEM, S-TEM), kimyasal (XRF, XRD ve EDX), biyouyumluluk (in-vitro sitotoksisite ve konfokal görüntüleme) ve in-vitro biyoçözünürlük testleri toz halinde gerçekleştirilirken; biyoaktivite, mekanik (mikrosertlik) ve antibakteriyel analizler için preslenen disk numuneler kullanılmıştır. Saf HA kristalleri çubuksu morfolojide şeklindeyken, pomza minerali geniş plakalar şeklinde HA matrisi içerisinde dağılmıştır. 1100°C'de sinterlenen saf HA numuneleri katı gözeneksiz yapıya sahipken PM-HA numuneleri (PM-HA) aynı sıcaklıkta içten bağlı poroz morfolojisini korumuştur. EDX analizlerinde PM katkılı HA kompozitlerin temel Ca ve P elementleri yanında %1 oranında Si, eser miktarda Na, K ve Mg elementleri içerdiği görülmüştür. XRD analizlerinde 950 °C ve 1100 °C'de sinterlenen PM-HA kompozitlerde tri-kalsiyum fosfat fazlarının oluştuğu gözlenmiştir. Sinterlenen PM-HA kompoziti ekstraksiyon yoluyla MTT sitotoksisite testlerinde maksimum hücre canlılığı 1100 °C'de sinterlenen numuneler için elde edilmiştir. Biyoaktivite testlerinde SBF içinde 7 güne kadar inkübe edilen numuneler üzerinde karbonatlı apatit tabakası oluşumu gözlenmiştir. Biyoçözünürlük testlerinde 15 gün PBS'de bekleyen numunelerde kalsiyum, fosfat, bor ve silisyum iyonlarının tespiti biyolojik çözünme için başarılı sonuçlar vermiştir. Sonuç olarak, pomza katkılı hidroksiapatit kompozitlerinin araştırılması ve karakterizasyonu, kemik onarımını destekleyecek yenilikçi biyomalzemelerin geliştirilmesi açısından büyük bir potansiyel taşımaktadır. Bu malzemeler, biyouyumluluk ve biyoçözünürlük özellikleriyle, tıbbi uygulamalarda, kemik dolguları, kemik greftleri gibi birçok alanda kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
In the human body, small-scale damages in bones are spontaneously healed with regeneration, while conventional tissue transplantation methods are used in large-scale damages. However, these methods have serious limitations, such as tissue incompatibility and inflammation risks. Within the scope of tissue repair and Regeneration, the need for functional biomaterials with biocompatible and biomimetic properties is increasing. The inorganic structure of bone is mainly formed from hydroxyapatite (HA), a calcium phosphate compound with some ions at trace amounts e.g. carbonate, silicate, sodium, potassium and magnesium. Although HA plays a major role in bone repair, due to the high stability of synthetic pure HA its role in biodegradability and bone regeneration is limited. Pumice (PM) is an alumina silicate mineral formed as a result of volcanic activities and has properties such as high porosity and ion exchange. Within the scope of this thesis, the new ceramic forms were developed by doping of PM into HA during its production by the sol-gel method due to its high hardness, porous structure, ion absorption capacity and containing many ions found in bone, and their potential for bone regeneration were investigated. The ion exchange between PM and HA is aimed to enhance biosolubility and bioactivity of HA for bone regeneration by silicate and other biomimetic ionic additives. Silicate ions in pumice have the potential to promote bone mineralization. In addition, it is predicted that the porous structure of pumice will contribute to bone regeneration by triggering angiogenesis and facilitating cell migration and adhesion. PM powder was used after sizing and acid (HCl) - base (NaOH) activation purification processes. The pure HA samples in nano size and PM (acid-base activated) doped (2.5%, 5% and 7.5%, by weight) HA powders were produced and sintered at different temperatures (800°C, 950°C and 1100°C) and characterized by physical, chemical and biological means. Boron carbide (B4C), which is the hardest material known after diamond and reported to have superior strength and antibacterial properties, was physically bonded to PM-doped HA and its antibacterial activity was investigated. For this, 1% B₄C powder was added into 7.5% PM-HA powders sintered at 1100 °C and samples were produced after heat treatment was at 200°C and 800°C. While the morphological (SEM, S-TEM), chemical (XRF, XRD and EDX), biocompatibility (in-vitro cytotoxicity and confocal imaging) and in-vitro biodegradability tests of produced samples were performed in powders forms, the pressed dics samples were used for bioactivity, mechanical (microhardness) and antibacterial analyses. While pure HA crystals were in rod-like morphology, pumice mineral was dispersed in the HA matrix in the form of wide plates. Pure HA samples sintered at 1100 °C had a solid non-porous structure, while PM-HA samples (PM-HA) maintained their porous morphology at the same temperature. In EDX analysis, it was observed that PM-HA composite contained 1% Si, trace amounts of Na, K and Mg elements, as well as the main Ca and P elements. In XRD analysis, it was observed that tri-calcium phosphate phases were formed in PM-HA composites sintered at 950 °C and 1100 °C. In MTT cytotoxicity tests of sintered PM-HA composite by extraction, the maximum cell viability was obtained for samples sintered at 1100 °C. In bioactivity tests, carbonated apatite layer formation was observed on samples incubated in SBF for up to 7 days. In biodegradability tests, determination of calcium, phosphate, boron and silicon ions in samples kept in PBS for 15 days gave successful results for biodissolution. In conclusion, the investigation and characterization of pumice-doped hydroxyapatite composites have great potential for the development of innovative biomaterials that will support bone repair. These materials can be used in various areas, such as medical applications, bone fillings, bone grafts thanks to their biocompatibility and biodegradability properties.
Benzer Tezler
- Aljinat matrisli mineral katkılı hidroksiapatit ile zenginleştirilmiş kemik skafoldları
Alginate matrixed bone scafolds enriched with mineral doped hydroxyapatite
İREM NUR ERKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilim ve TeknolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
- Pomza katkılı bimsbeton bloklar ile yapılmış yığma yapı üzerinde deprem etkisinin araştırılması
Investigation of earthquake effect to masonry buildings which built with pumice added concrete briquettes
ÖZLEM GENÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiYapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. CELALETTİN BAŞYİĞİT
- Pomza katkılı normal ve hafif betonların kimyasal durabilitesinin incelenmesi
Analysis of the chemical stability of normal and lightweight concretes that produced with pumice aggregate
TAHA SALAH WAHHAB AL-ANTAKI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Gelişim Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANIL NİŞ
- Magnezyum oksiklorür çimentosu ile pomza katkılı hafif yapı malzemesi üretilmesi
Production of pumice doped light weight construction material by using magnesium oxychloride cement
CAN GÜVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABİDİN TEMEL
- The effect of nanosilica on the properties of pumice incorporated blended cements
Nanosilika kullanımının pomza katkılı çimentonun özelliklerine etkisi
BURAK DÜNDAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL ÖZGÜR YAMAN
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN