Yüzey özellikleri iyileştirilmiş, ıslanabilirliği-osseointegrasyonu yüksek ve biyouyumlu dental implantların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of improved surface properties, high wettability-osseointegration and biocompatible dental implants
Yazar: MUHAMMET TAHA ACAR
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Islanabilirlik = Wettability ; Nanotüp = Nanotube ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Amaç: Dental implant tedavi yönteminde, hastalarda iyileşme süresi bazı durumlarda uzun sürebilmektedir. Dental implant çene kemiğine uygulandıktan sonra implant yüzeyinin yeteri kadar hidrofilik özellikte olmaması tedaviyi olumsuz etkilemektedir. Bu tezde, titanyum ve alaşımlarına bor, grafen ve hidroksiapatit ilaveli anodizasyon işlemleri uygulanarak yüzey ıslanabilirliği (hidrofiliklik) artırılmış, tribolojik ve elektrokimyasal özellikleri geliştirilmiş yeni nesil dental implantların üretilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Dental implant malzemesi olarak kullanılan titanyum ve alaşımlarının osseointegrasyon süresini kısaltabilmek adına asitle dağlama, kumlama, plazma sprey kaplama, ultraviyole, PVD, CVD ve anodizasyon gibi birçok yüzey işlemi uygulanmaktadır. Anodizasyon yöntemi sahip olduğu avantajlı özellikler nedeniyle ön plana çıkmaktadır. Bu tezde titanyum ve alaşımlarına ilk kez denenmiş bor, grafen ve hidroksiapatit doplu anodizasyon işlemleri uygulanarak yüzey ıslanabilirliğinin iyileştiği nihai bir ürün elde edilmiştir. Titanyum alaşımı farklı parametrelerde anodizasyon işlemine tabi tutularak dental implant için gerekli olan yüzey pürüzlülüğü, yüzey serbest enerjisi ve buna bağlı olarak gerekli süperhidrofilik yüzey elde edilmiştir. Bu işlemlerden sonra yüzey karakteristiğinin belirlenebilmesi adına yüzey pürüzlülüğü ve yüzey ıslanabilirliği testleri yapılmıştır. Ayrıca yapısal özelliklerin tespit edilmesi için XRD, XPS, Raman ve SEM kullanılacaktır. Son olarak elde edilen yüzeylerin tribolojik ve elektrokimyasal performansları incelenmiştir.
Bulgular: Anodizasyon çalışmaları ile titanyum yüzeyde poroz yapıların oluştuğu görülmüş ve anodizasyon işleminde uygulanan voltajın ve seçilen elektrolitlerin molar oranlarının titanyum yüzeyde oluşan anodik filmlerin mekanik, tribolojik, elektrokimyasal ve yüzey ıslanabilirliği gibi özelliklerini belirlemede önemli rol oynadığı görülmüştür. 200 V'de anodize edilmiş numuneler elde edilen rutil TiO2 fazı, yüksek sertlik ve oluşan daha kalın anodik film nedeniyle en iyi tribolojik ve elektrokimyasal deney performanslarını sergilemişlerdir. Anodizasyon çözeltisine bor grafen oksit eklenmesi, tribolojik ve elektrokimyasal performansı iyileştirirken hidroksiapatit eklenmesi yüzey ıslanabilirliğini iyileştirmiştir. 
Sonuç: Tüm yapılan analizler sonucunda 200 V' ta titanyum numunelere uygulanan anodizasyon işlemi sonucunda en iyi mekanik, tribolojik ve elektrokimyasal sonuçlar elde edilmiştir. 200 V' ta anodize olan numuneye hidroksiapatit ilavesi ile de süperhidrofilik yüzey ıslanabilirlik özelliği elde edilerek yeni nesil dental implant için başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Purpose: In the dental implant treatment method, the recovery period in patients may take longer in some cases. After the dental implant is applied to the jawbone, the fact that the implant surface is not sufficiently hydrophilic affects the treatment negatively. In this thesis, it is aimed to produce new generation dental implants with increased surface wettability (hydrophilicity) and improved tribological and electrochemical resistance by applying boron, graphene and hydroxyapatite added anodization processes to titanium and its alloys.
Method: Titanium and its alloys are preferred for use in dental implant applications due to their high corrosion resistance, superior strength properties, low specific gravity and self-produced biocompatible oxide layer. In order to shorten the osseointegration time of titanium and its alloys used as dental implant materials, many surface treatments such as acid etching, sandblasting, plasma spray coating, ultraviolet, PVD, CVD and anodization are applied. The anodization method stands out due to its advantageous features. In this thesis, a final product with improved surface wettability was obtained by applying boron, graphene and hydroxyapatite filled anodization processes, which were tried for the first time, to titanium and its alloys. The surface roughness, surface free energy required for the dental implant and accordingly the required superhydrophilic surface were obtained by subjecting the titanium alloy to anodization process in different parameters. After these processes, surface roughness and surface wettability tests were carried out in order to determine the surface characteristics. In addition, XRD, XPS, Raman and SEM will be used to determine structural features. Finally, the tribological and electrochemical performances of the obtained surfaces were investigated.
Findings: It has been observed that porous structures are formed on the titanium surface with the anodization studies, and it has been seen that the voltage applied in the anodization process and the molar ratios of the selected electrolytes play an important role in determining the mechanical, tribological, electrochemical and surface wettability properties of the anodic films formed on the titanium surface. The rutile TiO2 phase obtained from the samples anodized at 200 V exhibited the best tribological and electrochemical test performances due to the high hardness and the thicker anodic film formed. The addition of boron graphene oxide to the anodization solution improved the tribological and electrochemical performance, while the addition of hydroxyapatite improved the surface wettability.
Results: As a result of all analyzes, the best mechanical, tribological and electrochemical results were obtained as a result of the anodization process applied to the titanium samples at 200 V. Superhydrophilic surface wettability was obtained by adding hydroxyapatite to the sample, which was anodized at 200 V, and successful results were obtained for the new generation dental implant.