Ti6Al4V yüzeylerinde Cu nanoparçacık katkılı TiO2 nanotüplerin oluşturulması, karakterizasyonu ve biyolojik özelliklerinin araştırılması /
Yazar: SERGEN TOSUN
Danışman: DOÇ. DR. SALİH DURDU
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ti6Al4V korozyona ve yorgunluğa direnç gibi iyi mekanik özelliklerin yanı sıra dokular tarafından kabul edilebilirliği yüksek bir metaldir. Bu özellikleri sayesinde ortopedi ve dental alanlarında en çok tercih edilen biyomalzemeler arasındadır. 
Biyouyumluluğun ve biyoaktifliğin artırılması için yüzeylere çeşitli modifikasyon yöntemleri uygulanmaktadır. Bu çalışmada bir titanyum alaşımı olan Ti6Al4V yüzeyine 50V anodik oksidasyon uygulanmış ve TiO2 nanotüp yüzeyler oluşturulmuştur. Sonrasında anodize yüzeylerde elektrokimyasal biriktirme yöntemi ile antibakteriyel özellik gösteren Cu nanoparçacık yapılar rastgele biriktirilmiştir. Oluşturulan yeni yüzeylerdeki SEM ve EDX analizleri, atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri ve temas açısı ölçümleri ile araştırılmıştır. Farklı zaman araklıkları ile Cu kaplanan yüzeylerin antibakteriyel etkinlikleri Staphylococcus aureus ve Escherichia coli bakterilerine karşı test edilmiştir. Son olarak MTT ve yapay kan proteinleri adsorbsiyonu testleri gerçekleştirilmiştir.
Yapılan incelemeler sonucunda 50 V ve 1 saat süre ile anodik oksidasyon prosesi uygulanmış Ti6Al4V yüzeyinde nanotüber yapıların oluştuğu görülmüştür. Daha sonra oluşan nanotüber yüzeylere elektrokimyasal biriktirme yöntemiyle Cu metali biriktirilmiştir. SEM ve EDX analizleri yapılan yüzeylerde nanoparçacık yapıda Cu kaplamaların oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca yapılan AFM analizinde anodize olan yüzeylerin pürüzlü bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. Cu kaplanan yüzeylerde ise anodize yüzeylere göre pürüzlülük değerinde artış gözlenmiştir. İki modifikasyon sonucunda da yüzeylerin temas açısı değerlerinin işlem görmemiş Ti6Al4V yüzeyine göre daha yüksek olduğu ve hidrofobik özellik gösterdiği görülmüştür. Cu kaplanan yüzeylerin antibakteriyel özellik kazandığı tespit edilmiştir. EB yönteminin süresinin artmasıyala birlikte S.aureus ve E. coli bakterilerinin canlılığında önemli azalmalar gözlenmiştir.
Sonuç olarak Ti6Al4V yüzeylerinin modifikasyonu sonucu istenilen yüzey özelliklerinin sağlanabileceği görülmüştür. İstenilen ölçüde düzenlenebilen yüzey karakteristiği ile biyouyumlu, biyoaktif ve antibakteriyel yüzeyler oluşturulabildiğinden biyomedikal uygulamalar için yüksek bir kullanım potansiyeline ve biyomalzemelerin gelişimine olanak sağlamaktadır.

Abstract:
Ti6Al4V has a high acceptableness by tissues with some decent mechanical properties such as resistance to corrosion and metal fatigue. Therefore, it is most preferred biomaterial in both orthopedics and dentistry fields. 
There are some modification methods were applied to surface in order to increase bioactivity and biocompatibility. In this research, a 50V of anodic oxidation was applied onto Ti6Al4V surface and TiO2 nanotube surfaces were formed. Subsequently, antibacterial Cu nanoparticles were accumulated randomly on the anodized surfaces by electrochemical deposition method. All surfaces were characterized by SEM and EDX analyses, atomic force microscope measurements and contact angle measurements. Cu coated surfaces which were coated in different time intervals, were tested against Staphylococcus aureus bacteria and Escherichia coli bacteria. Finally MTT and artificial blood proteins adsorption tests were performed.
As a result of researches it was observed that nanotube structures were formed on the Ti6Al4V surfaces which have been applied 50 V anodic oxidation for an hour. Later on, Cu metal was accumulated on the recently created nanotube structures by electrochemical deposition method. Nanoparticle shaped Cu coatings were observed at the SEM and EDX analyzed surfaces. In addition, AFM analysis showed that the surfaces that are anodized have a rough structure. It was also observed that roughness of the Cu coated surfaces were higher than roughness of the anodized surfaces. In both modification surfaces have hydrophobic properties and value of contact angle of surfaces were higher than unmodified Ti6Al4V surfaces. It was observed that Cu coated surfaces were gained antibacterial properties. Vitality of S.aureus and E. coli were decreases with the increase in the duration of EB method.
In conclusion, it has been observed that the desired surface properties can be achieved by the modification of Ti6Al4V surfaces. As biocompatible, bioactive and antibacterial surfaces can be created with the desired extent of regulated surface characteristic, it provides a high potential for use for biomedical applications and the development of biomaterials.