Titanyuma PIII&D yöntemi ile farklı elementlerin implantasyonundan elde edilen implantların özelliklerinin incelenmesi
Investigation of implant properties obtained from implantation of different elements to titanium by using PIII&D method
Yazar: GÖKÇE MEHMET GENÇER
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARADENİZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Plazma = Plasma

Özet:
Çalışmada gümüşün sahip olduğu antimikrobiyal etkiyi ve titanyum nitrürün sahip olduğu mekanik ve kimyasal özelliklerini birleştirmek adına, ortopedik implant malzemesi olan Ti6Al4V 'un yüzeyine azot plazmasında plazma daldırma iyon implantasyonu ve biriktirme (PIII&D) yöntemi ile gümüş biriktirilmiştir. Kaplamalar, negatif darbeli yüksek gerilim, magnetron sıçratma gerilimi ve uygulanan gerilimlerin darbelerinin süreleri dikkate alınarak üretilmiştir. Oluşturulan kaplamaların yüzey morfolojileri atomik kuvvet mikroskobu (AFM), kesit morfolojileri ise alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile belirlenmiştir. Kaplamaların faz ve kimyasal kompozisyonları, sırasıyla, X-ışını difraksiyonu (XRD) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile belirlenmiştir. XPS derinlik profili analizi numunelerin yüzeyine gümüş ve azot iyonlarının nüfuziyetini belirlemek için yapılmıştır. In-vitro deneyleri ile, elde edilen kaplamaların yüzeylerine E-coli bakterilerinin tutunumları belirlenmiştir. In-vivo deneylerinde, PIII&D yöntemi ile yüzeyleri kaplanan Ti6Al4V ortopedik vidalar tavşan omurgasına cerrahi operasyon ile yerleştirilmiş ve vidaların yerleştirildiği bölgedeki dokuların patolojik muayeneleri yapılmıştır. 8 kV 'dan daha fazla negatif darbeli yüksek gerilim kullanımının yüzeyde gümüş birikimini azalttığı ve bunun yanında azot implantasyonunu belirgin şekilde arttırdığı tespit edilmiştir. Magnetron sıçratma geriliminin ve uygulanan gerilimlerin darbe sürelerinin artışı ile yüzeyde gümüş birikimi arttığı, bu artışta darbe sürelerinin magnetron sıçratma gerilimine göre daha etkili olduğu tespit edilmiştir. In-vitro deneyleri, PIII&D ile kaplanmış numunelerin yüzeylerine E-coli bakterilerinin daha az tutunduklarını göstermiştir. In-vivo deneyleri kapsamında yapılan patolojik incelemeler, elde edilen kaplamaların vücut içinde kullanılabilir olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this study, for combining the antimicrobial effect of silver and mechanical and chemical properties of titanium nitrate, silver was deposited on the surface of orthopedic implant material Ti6Al4V in nitrogen plasma by using plasma immersion ion implantation and deposition (PIII&D) method. Coatings were formed by considering the values  of negative pulsed high voltage, magnetron sputtering voltage and pulse length of applied voltages of PIII&D process. Surface morphologies of formed coatings were determined with atomic force microscopy (AFM), while cross-section morphologies were determined with field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Phase and chemical compositions of coatings were determined by using X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. XPS depth profile analysis were done to reveal the penetration of silver and nitrogen ions in to the surface of specimen. Coherence of E-coli bacteria on the surface of formed coatings were determined with in-vitro experiments. In in-vivo experiments, the surface coated Ti6Al4V orthopedic screws with PIII&D method were implanted via surgical operation in rabbit spinal column and pathological examinations of tissues that were present in the field of implanted screws were done. It was determined that, using higher negative pulsed high voltages than 8 kV decreases silver deposition on the surface of sample and furthermore, increases nitrogen implantation significantly. It was determined that, silver deposition increases with the increase in magnetron sputtering voltage and pulse length of applied voltages and pulse length is more effective than magnetron sputtering voltage in this increase. In-vitro experiments shows that, E-coli bacteria hang on fewer on PIII&D coated sample surfaces. Pathological examinations that were done in in-vivo experiments shows that, obtained coatings can be used in human body.