Biyouyumlu metallerden lazer ablasyon yöntemiyle nanoparçacık üretimi ve karakterizasyonu
Nanoparticles production by laser ablation method from biometals
Yazar: ZEYNEP KARAL
Danışman: PROF. DR. ERSİN KAYAHAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak tıp alanındaki ilerlemeler, biyouyumlu malzemeye ve aynı malzemenin farklı özelliklerinden yararlanabilmek için nanomalzemeye olan ihtiyacın arttığını ortaya koymaktadır. Biyouyumlu metal ve metal alaşımlı malzemeler, mikro ve nano boyutta farklı mekanik özellik, termal ve elektriksel iletkenlik göstermektedir. Genel olarak biyomalzemelerin, iyi korozyon dayanımı ve düşük sitotoksisite özelliğine sahip olması gerekmektedir. Bu çalışmada, biyouyumlu metallerden Pt (Platin), Ti-6Al-4V (Titanyum alaşımı) ve 316L (Paslanmaz çelik) kullanılarak iyonize su içerisinde üretilen nanoparçacıkların karakterizasyonu incelenmiştir. Aşağıdan yukarı (Bottom-Up) nanoparçacık üretim tekniği kullanılarak atomik veya molekül boyuttaki yapılar kimyasal reaksiyon yoluyla büyütme işlemi yapılarak nanoparçacık elde edilir. Yukarıdan-aşağı (Top-Down) nanoparçacık üretim tekniğinde ise malzeme dışarıdan mekanik ve/veya kimyasal işlemlerle enerjiye maruz bırakılarak, numunenin nanoboyutlara kadar küçültülmesi işleminin sonucunda elde edilmektedir. Bu çalışmada nanoparçacık üretimi, yukarıdan-aşağı nanoparçacık üretim yöntemlerinden lazer ablasyon tekniğiyle; sıvı ortamda, biyouyumlu metallerden Platin, Titanyum alaşımı ve Paslanmaz çelik kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Biyometal malzemelerden 532 nm dalga boyunda (ikinci harmonik), 140 mm numune odak uzaklığında, 1.37 kV, 250 mj ve 30 dk ablasyon süresinde nanosaniye atımlı Nd:YAG lazer kullanılarak nanoparçacık üretilmiştir. Numunelerin farklı özelliklerinden dolayı farklı renklerde nanoparçacıklar elde edilmiştir. Üretilen metal nanoparçacıkların karakterizasyon işlemi için Dinamik Işık Saçılması (DLS), Zeta Potansiyel, Optik Soğurma ve Elektron Mikroskobu (SEM) yöntemleri kullanılmıştır. Spektroskopik çalışmalar neticesinde elde edilen nanoparçacık boyutlarının 100 nm-200 nm civarında olduğu ve zeta potansiyelinin Ti-6Al-4V (Titanyum alaşımı) -16 mV, Pt (Platin) -12,4 mV, 316L (Paslanmaz çelik) -13,2 mV olduğu tespit edilmiştir. Yapılan SEM incelemesi neticesinde parçacık boyutları küresel yapıdadır.

Abstract:
Advances in medicine due to advances in technology indicate that the need for nanomaterials has increased to benefit from the biocompatible material and the different properties of the same material. Biocompatible metal and metal alloy materials show different physical properties as thermal and electrical conductivity in micro and nano size. In general, biomaterials must have good corrosion resistance and low cytotoxicity. In this study, the characterization of nanoparticles produced using biocompatible metals such as Pt (Platinum), Ti-6Al-4V (Titanium alloy) and 316L (Stainless steel) in ionized water was investigated. There are two types of nanomaterials production techniques one is bottom-up where atomic or molecular structures combining. Another production technique is the upper-down nanomaterials production technique, where the material is exposed to the energy by mechanical and/or chemical processes from the outside, and the sample is obtained as a result of the reduction of the sample up to nanosize. In our study, however, the laser ablation technique was used to produce nanoparticles from Pl, Ti alloy and 312 L steel as other production techniques. The laser ablation technique is known as a dop-dawn method.  The nanoparticles from the metals were produced at 532 nm wavelength (second harmonic), 140 mm focal length, 250 mJ, and 30 min ablation time using nano pulsed Nd: YAG laser. Due to the different optical of the nanoparticles, different colors of liquids were obtained. From the spectroscopic measurements Zeta potential of the nanoparticles are -16 mV, -12.4 mV, and -13.2 mV for Ti alloys Platin and 316 L, respectively. It was also given Scanning Electron Microscopy  (SEM) measurements and find that the size of nanoparticles is around 100-200 nm and spherically.