Nanoölçekli yüzey modifikasyonlarının titanyum implant osteointegrasyonuna etkisi
Effect of nanotechnological surface modification on osteointegration of titanium implants
Yazar: GÖKÇE BOZOKALFA
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Önerilen tez çalışmasında titanyum implant yüzeyinde yapılan nanoölçekli yüzey modifikasyonlarının kemik oluşumunu hızlandırmaya yönelik etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca yüzey özelliklerinin modifikasyonunda kullanılan yöntem ve analiz teknikleri ile yüzey değişimlerindeki parametrelerin implant yüzeyindeki hücresel cevapta (hücre proliferasyonu ve canlılığı), dolayısıyla osseointegrasyonda olası etkileri konusunda var olan bilgiyi arttırmak ve sitotoksik olmayan, kemik hücreleriyle erken dönemde integrasyon sağlayabilecek implant yüzeyleri oluşturmak hedeflenmektedir.Nanoölçekli yüzey modifikasyonları, parametre değişimine açık bir yöntem olan anodik oksidasyon (anodizasyon) ile geliştirilmiş ve nano boyutta yapı oluşumunu gözlemleme amaçlı yüzey karakterizasyonu yapılmıştır. Titanyum implantların yüzeyine akrilik asit aşılaması yapılarak karboksil grupları arttırıldıktan sonra kemik oluşumunu hızlandıran ve kemiğin yapısında da yer alan biyomoleküllerden kollajen adsorbsiyonunun hücre cevabı uyumlu implantların oluşumuna etkisi in vitro hücre kültürü (U2-Os hücre hattı) çalışmalarıyla incelenmiştir.Anodizasyon yöntemi elektrolit çözeltisi olarak 1% lik hidroflorik asitin (HF) 3A doğru akımda 20 V, 25 V, 30 V potansiyel farklarında 20 dakika süreyle uygulanmış ve implant yüzeyindeki nano yapılar Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) karakterizasyonu ile gözlemlenmiştir. Yüzey pürüzlülüğü profilometre diyagramı sonuçlarına göre artan potansiyel farkla artan yüzey pürüzlülük Ra değeri ile en fazla 30 V da anodize edilen yüzeylerde 0,656 µm olarak bulunmuştur. Yüzey ıslanabilirliği 46,51° ile en düşük temas açısı değerine sahip 30 V anodizasyon yapılmış ve kollajen adsorbe edilmiş Ti metal yüzeylerde belirlenmiştir.Hazırlanan nanoölçekli yüzeye sahip titanyum implantların biyouyumluluğu hücre kültür ortamında U2-Os hücre hattıyla ile test edilmiş, proliferasyonları MTT(3-[4,5-Dimeiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür; Tiazolil mavisi) testi ile 24 saat, 3 gün, 7 gün ve 10 gün sonunda belirlenmiştir.Yapılan tez çalışmasında 30 V da anodizasyon yapılarak yüzeyinde nano yapıların oluşturulup daha sonra yüzeylerine kollajen adsorblanan Ti metal implantların, nano ölçekte modifkasyon yapılmamış kontrol grubu Ti metalleri ile karşılaştırıldığında hücre çoğalmasını olumlu yönde etkiledikleri gözlemlenmiştir.

Abstract:
Investigation of the effects of nanoscale surface modification of titanium implants on bone formation acceleration is the purpose of this study. In addition to this, to enhance the existing knowledge of cellular response (cell proliferation and viability) on the implant surface and thus possible effects on osteointegration due to methods and analysis techniques used in implant surface modification as well as to create non-cytotoxic implant materials that provide early integration with bone cells was targeted.Nanoscale surface modifications were developed by anodic oxidation method, which has many variable parameters, and to observe nano sized structure formation on implant surface was characterized. In order to incorporate carboxyl groups on the titanium implant surface, it was modified by graft polymerization of acrylic acid, subsequently adsorption of collagen type I biomolecule ,which accelerates bone formation and also a component of bone structure itself, influence on cell response were examined with U2-Os cell line in vitro cell culture studies.Anodization was applied to implant surface in the electrolyte solution of 1% hydrofluoric acid (HF) with 3 A current and 20 V, 25 V, 30 V potential differences for a period of 20 minutes. Then nanostructures on the implant surface were observed by SEM characterization.According to the results observed from profilometer diagrams surface roughness Ra value increased with increasing potential difference and 30 V anodized implant surfaces had highest roughness value as 0.656 µm was found. Wettability of the surface of Ti metals with the lowest contact angle value of 46.51° was determined in 30 V anodization susbsequently adsorbed collagen modified group.The biocompatibility of nanoscaled Ti implant surfaces were analized U2-Os cell line that cultured on different days and cell viability was evaluated by MTT test.The nano structured Ti metal surfaces formed by 30 V anodization with collagen adsorption effects the cell adhesion and proliferation in a positive way was observed when compared to that of non anodized control group Ti metal surfaces.