Eklemeli imalat yöntemi ile biyobozunur kemik implantların üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Production of biodegradable bone implants by additive manufacturing method and investigation of their properties
- Tez No: 972971
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ AVAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Metal döküm, Ortopedik implantlar, Metal casting, Orthopedic implants
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, eklemeli imalat teknolojisi kullanılarak kemik doku hasarlarının tedavisinde kullanılmak üzere antibakteriyel özelliklere sahip Zn ve Zn-3Ag alaşımlı gözenekli biyobozunur implant prototipleri üretilmiştir. Ortopedik implant teknolojisinde kemiğin doğal yapısına uygun mekanik özelliklere sahip biyomalzeme arayışı devam etmektedir. İdeal kemik implantlarının kemiğe benzer mekanik özelliklere sahip olması, birbiriyle bağlantılı gözenekli yapı göstermesi ve uygun bir hızda bozunması beklenmektedir. Bu özellikler göz önüne alındığında temel vücut elementlerinden biri olan ve bozunması sonucu toksik etki göstermeyen çinko, önemli bir biyobozunur metal adayıdır. Çalışma kapsamında, üçlü periyodik minimal yüzeyler (Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS) esaslı Gyroid, Schwarz Primitive ve Diamond birim hücre yapıları kullanılarak kemik dokusunun doğal mikroyapısını taklit eden gözenekli implant tasarımları gerçekleştirilmiştir. Gözeneklilik değerleri %50'nin üzerinde olacak şekilde optimize edilen bu birim hücre yapıları, kemik doku gelişimini destekleyecek şekilde matematiksel olarak tasarlanmıştır. Tasarlanan implant geometrileri, eriyik biriktirme yöntemiyle (Fused Deposition Modeling, FDM) tekniği ile polimer şablon iskelelere dönüştürülmüş ve ardından alçı kalıp-vakumlu hassas döküm yöntemi kullanılarak düşük maliyetli ve alternatif bir üretim prosesi ile imal edilmiştir. Üretilen numunelerin mekanik özellikleri, gözeneklilik değerleri, morfolojik yapıları detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca elektrokimyasal korozyon testleri, in vitro biyouyumluluk testleri ve antibakteriyel aktivite testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, üretilen implant prototiplerinin kemik doku hasarlarının tedavisinde kullanım potansiyelini ortaya koymuştur. Bu tez çalışması ile literatürde ilk kez uygulanan bu hibrit yöntemle düşük maliyetli ve çevre dostu Zn esaslı gözenekli kemik implantların üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen üretim yöntemi ve elde edilen implant prototipleri, ortopedi alanında hastaya özel implant üretimi için önemli bir alternatif sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, porous biodegradable implant prototypes with antibacterial properties in Zn and Zn-3Ag alloys were produced using additive manufacturing technology for the treatment of bone tissue defects. The search for biomaterials with mechanical properties suitable for the natural structure of bone continues in orthopedic implant technology. Ideal bone implants are expected to have mechanical properties similar to those of bone, exhibit an interconnected porous structure, and degrade at an appropriate rate. Considering these properties, zinc, one of the basic elements of the body and which does not exhibit toxic effects upon degradation, is an important candidate for a biodegradable metal. Within the scope of this study, porous implant designs that mimic the natural microstructure of bone tissue were realized using Gyroid, Schwarz Primitive, and Diamond unit cell structures based on triply periodic minimal surfaces (TPMS). These unit cell structures optimized to have porosity values above 50% were mathematically designed to support bone tissue development. The designed implant geometries were converted into polymer template scaffolds using the fused deposition modeling (FDM) technique and then manufactured using a low-cost and alternative production process involving plaster mold-vacuum precision casting. The mechanical properties, porosity values, and morphological structures of the produced samples were examined in detail. Additionally, electrochemical corrosion tests, in vitro biocompatibility tests, and antibacterial activity tests were performed. The obtained results revealed the potential of the produced implant prototypes in the treatment of bone tissue defects. Through this thesis study, the production of low-cost and environmentally friendly Zn-based porous bone implants was achieved using this hybrid method applied for the first time in literature. The developed production method and the obtained implant prototypes offer an important alternative for patient-specific implant production in the field of orthopedics.
Benzer Tezler
- Stereolitografi yöntemi ile 45S5 ve 70S biyoaktif cam katkılanmış polikaprolakton ve polilaktik asit kompozit kemik iskelesi üretimi
Production of 45S5 and 70S bioactive glass doped polycaprolactone and polylactic acid composite bone scaffolds by stereolithography
DENİZ SAKARYA
Doktora
Türkçe
2024
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVİL YÜCEL
DOÇ. DR. YEŞİM MÜGE ŞAHİN
- Kafes yapıların malzeme ekstrüzyonu ile üretiminden dolayı çekme testi sonuçlarında oluşan belirsizliklerin incelenmesi
Investigation of uncertainties in tensile test results due tothe material extrusion-based production of lattice structures
TARIK CAN TÜRKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Yün, ahşap talaş ve pamuk fiberli kompozitlerin akustik davranışlarının belirlenmesi
Characterization of sound insulation properties of 3D printed pla-based composites with wool, cotton, and polyurethane fillers
ABDULLAH KUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUNİSE DİDEM DEMİRBAŞ
- Sandviç yapılardaki kafes boyutlarının eğme özelliklerine etkisi
Effect of lattice dimensions on bending properties of sandwich structures
ÖMER YAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriEskişehir Osmangazi ÜniversitesiHavacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİM GÜRGEN
- Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering
Başlık çevirisi yok
SEYEDEH FERDOWS AFGHAH
Doktora
İngilizce
2020
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ