Yapay organlar için biyobozunur üç boyutlu dokuma önşekil yapıların geliştirilmesi
Development of biodegradable three dimensional (3D) woven preform structures for artificial organs
Yazar: HİKMET KUNDAK YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR BİLİŞİK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: Boşluk = Void ; Lifler = Fibers ; Poliglikolik asit = Polyglycolic acid ; Yapay organlar = Artificial organs

Özet:
Bu çalışmada yapay organ uygulamaları için biyobozunur poliglikolik asit (PGA) lifli üçboyutlu (3D) önşekil yapılar geliştirilmiştir. 3D yapılar, tamamı ile ortogonal, bezayağı-ortogonal ve tamamı ile bezayağı olmak üzere üç farklı iç yapıda tasarlanmıştır. Bu amaçla 3D yapıların üretimi için Erciyes Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Nano/Mikrolif Önşekil Tasarım ve Kompozit Laboratuarında bir aparat tasarlanmış ve üretimleri gerçekleştirilmiştir.
3D PGA lifli yapay organ uygulamaları (yapay diz kapağı) için temsili önşekiller geliştirilmiş ve bunlar üzerinde optik yöntem destekli geometrik ölçümler yapılmıştır. Bunlar, kısmi lif hacimleri ve boşluklar, toplam lif hacimleri ve boşluklar, 3D önşeklin içindeki iplik kesit geometrisi, boşluk geometrisi, iplik setlerinin sıklıkları (çözgü, atkı ve ya da Z-iplik) ve kıvrım oranlarıdır. 
3D ortogonal, yarı kesişmeli (düzlemde ortogonal-düzlem dışında bezayağı kesişmeli) ve tamamı ile bezayağı kesişmeli önşekillerin toplam lif hacimlerinde belirli bir farklılık gözlenmiştir. Bunun iplik setlerindeki yapının düzlemdeki ve düzlem dışındaki kıvrımlardan kaynaklandığı ve dokudaki kesişmelerin yapının boşluk ve iplik geometrisini de etkilediği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, Z-ipliklerinin yapıyı katmanlar arası bağlaması nedeni ile integral ve kompakt bir forma getirdiği tespit edilmiştir.
3D yapıların lif hacimleri için geometrik bir model geliştirilmiş ve 3D önşekillerin kısmi lif ve boşluk oranları ile toplam lif hacimleri ve boşluk oranları tahminlenmiştir. Geliştirilen modelden elde edilen değerler sonlu elemanlar esaslı algoritma (TEXGEN) ve ölçülen değerlerle karşılaştırılmıştır. Geometrik modelden elde edilen kısmi lif hacimleri ve toplam lif hacim değerleri TEXGEN ve ölçüm değerleri ile uyumlu çıkmıştır. Bu çalışmadan elde edilen verilerden görüleceği üzere biyobozunur 3D önşekil yapıların yapay organ uygulamaları için kullanım potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.  

Anahtar Kelimeler: 3D dokuma önşekil, poliglikolik asit (PGA) lifi, lif ve boşluk hacmi, lif ve boşluk geometrisi, yapay organ

Abstract:
In this study, biodegradable polyglycolic acid fiber based three dimensional (3D) preform structures for artificial organ applications were developed. 3D preforms were designed as three different structures including fully orthogonal, plain-orthogonal and fully plain unit cells. For this purpose, an instrument was designed to make 3D preforms in Nano/Microfiber Preform Design and Composite Laboratory in Erciyes University, Department of Textile Engineering and 3D woven preforms were successfully produced. 
Representative preforms were developed for the 3D PGA fiber artificial organ (artificial knee cap) applications and optic based geometric measurements on 3D PGA fiber preforms were fulfilled. These were partial fiber volume fractions and void fractions, total fiber and void fractions, yarn cross-section geometry in 3D preform, void geometry, density of yarn sets (warp, weft and binder or Z-yarn) and crimp ratios. It was observed that total fiber volume fractions of developed 3D orthogonal, semi-interlaced (in-plane orthogonal- out-of-plane plain interlace) and fully plain interlaced preforms were different. This was because of the crimps of yarn sets in in-plane and out-of-plane of structure, and it was also identified that interlacement in structures affected their yarn geometry and void geometry. Furthermore, it was found that Z-fiber in the preforms provides integral and compact forms due to the layer-to-layer textile bonding.
A model was developed for the fiber volume fractions of 3D preforms, and partial fiber volume fraction and void fraction along with total fiber volume and empty space ratios were successfully predicted. Data computed from the developed model were compared with a finite element model based algorithm (TEXGEN) and measured values. Partial and total fiber volume fraction values received from the developed geometric model were compatible compared to the TEXGEN and measured values. It can be concluded that biodegradable 3D PGA fiber based preforms have a potential to be used in artificial organ applications.   

Key words: 3D woven preform, polyglycolic acid (PGA) fiber, fiber volume fraction and void fraction, fiber and void geometries, artificial organ