Ortopedik implantların nanoteknolojik yaklaşımlarla fonksiyonelleştirilmesi
Nanotechnologic approaches for functionalization of orthopedic implants
Yazar: CEM BAYRAM
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry
Dizin: Anodik oksidasyon = Anodic oxidation ; Hidroksiapatit seramik = Hydroxyapatite ceramic ; Ortopedik implantlar = Orthopedic implants ; Osseointegrasyon = Osseointegration ; Titanyum = Titanium ; İlaç salınımı =   ; İpek fibroini = Silk fibroin

Özet:
Tez çalışmasında ortopedik implant ve fiksatör malzemelerin yapımında kullanılan titanyum ve titanyum temelli alaşımlarının biyouyumluluklarını ve biyoaktifliklerini arttırmaya yönelik yüzey modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Anodik oksidasyon, apatitik kalsiyum fosfat tuzu çöktürülmesi ve elektroeğirme teknikleri ayrı ayrı ve/veya birlikte kullanılarak yüzeyde nano boyutta yeni kompozisyonlar elde edilmiştir. Titanyum yüzeylerde içe doğru büyüyen nanotübüler boşluklar, nanokristaller şeklinde apatitik kalsiyum fosfat ve de kolajen benzeri ipek fibroin nanofiberler sırasıyla anodik oksidasyon, simule vücut sıvısında bekletme ve elektroeğirme ile elde edilmiştir. Elde edilen yüzeylerin ayrıntılı olarak karşılaştırılması fizikokimyasal olarak taramalı elektron mikroskopisi, kızılötesi spektroskopisi, su temas açısı ıslanabilirlilik ölçümleri ile biyolojik olarak da in vitro ortamda insan osteoblast benzeri Saos-2 hücre hattı kullanılarak yapılmıştır. Biyolojik incelemelerde başlangıç hücre yapışması, proliferasyon, hücre morfolojisi, toplam protein sentezi, alkalen fosfataz aktivitesi ve kalsiyum birikimleri incelenmiştir. Yüzey modifikasyonlarının yanı sıra implant sonrası ortaya çıkabilecek bakteriyel enfeksiyonlara karşı lokal ilaç salan yüzey geliştirilmesi hedeflenmiştir. İmplantasyon sonrası vücuda alınan oral ya da intravenöz antibiyotiklerin sistemik toksisite ve ilgili bölgedeki düşük etkinlik gibi dezavantajlarını ortadan kaldırmak için lokal ilaç salan yüzeyler boy-en oranı kontrol edilebilen nanotübüler boşlukların ilaç rezervuarı olarak kullanılması ile geliştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Titanyum, Ortopedik İmplant, Anodik Oksidasyon,
Elektroeğirme, Lokal İlaç Salımı, Osseoentegreasyon, İpek Fibroin, Hidroksiapatit.

Abstract:
In thesis study, surface modifications were carried out on titanium and titanium based alloys, which are used in orthopaedic implant and fixators, for the purpose of enhancing of the biocompatibility and bioactivity.  New compositions in nano dimensions were obtained by performing anodic oxidation, apatitic calcium phosphate salt precipitation and electrospinning techniques one by one and/or consecutively. Ingrowing nanotubular spaces, nanocrystalline hydroxyapatite and collagen like silk fibroin nanofibers were successfully deposited on the titanium surfaces with anodic oxidation, simulated body fluid immersion and electrospinning, respectively. Physicochemical characterization of the obtained surfaces were carried out with scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, water contact angle wettability and the surfaces were also tested with human osteoblast like Saos-2 cell type for biological aspects in terms of initial cell adhesion, cell proliferation, cell morphology, total protein synthesis, alkaline phosphatase activity and calcium deposition. Apart from modifications, the development of local drug releasing surfaces were planned for the prevention of post implantation bacterial infections. To eliminate the disadvantages of systemic toxicity or low effectivity on relevant sites of the oral and intravenous administration, drug releasing surfaces were developed with the use of nanotubular spaces with controllable aspect ratios, as drug reservoirs.

Keywords: Titanium, Orthopeadic Implant, Anodic Exidation, Electrospinning,
Local Drug Release, Osseointegretion, Silk Fibroin, Hydroxyapatite.