Biyomalzeme yüzey modifikasyonunun stent kaynaklı damar yolu tıkanıklığına etkisi
Influences of biomaterial surface modification on stent-based vascular occlusion
Yazar: ÖMER BURAK İSTANBULLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN AKDOĞAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kardiyoloji = Cardiology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Benzetim = Simulation ; Hidrofobik özellik = Hydrophobic property ; Korozyon = Corrosion ; Modelleme = Modelling ; Stentler = Stents ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Stent yüzeyinde gelişen birikim veya korozyon nedeniyle oluşan Stent Restenozu, damar yolunu yeniden tıkamakta ve mevcut stent tasarımları bu soruna henüz kalıcı bir çözüm sağlayamamaktadır. Bu çalışma; stent malzemelerinin ince-film kaplanması ile korozyon direnci ve yüzeyde madde tutmama fonksiyonlarının iyileştirilerek stent restenozu riskinin azaltılmasını amaçlamaktadır. Kan akışı ve plak tabakası içeren bir damar yolundaki stent modellerinde korozyon hızı ve restenoz gelişimi simülasyonu COMSOL yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar için damar içi stent malzemelerinden elde edilen numuneler, ince-film Tek Duvarlı Karbon Nanotüp (Single Walled Carbon Nanotubes, SWCNT) ve Elmas-Benzeri Karbon (Diamond-Like Carbon, DLC) ile kaplanmıştır.  Numunelerin; vücut sıvılarına karşı madde iticilik fonksiyonlarının analizlerine ek olarak 37°C Simüle Vücut Sıvısındaki korozyon dirençleri elektrokimyasal empedans spektroskopisi, korozyon hızı ve korozyon kaynaklı malzeme kayıp oranları analiz edilerek belirlenmiştir. Hidrofobiklik ve omnifobiklik analizler; kaplamasız numuneler için 51,02° temas açısının DLC ile 87,55°, SWCNT ile 96,16° seviyelerine yükseldiğini göstermiştir. SWCNT kaplama; elektrokimyasal empedansta %88,7 iyileşme, korozyon hızında %83,4 ve malzeme kayıp oranında %82,35 azalma sağlamıştır. DLC kaplama ise elektrokimyasal empedansta %98,6 iyileşmeye bağlı olarak korozyon hızında %99,6 ve malzeme kayıp oranında %99,57 azalma sağlamıştır. Deneysel sonuçların simülasyon bulguları ile tutarlı olmasının yanı sıra, SWCNT ve DLC yapılar numunelerin fonksiyonlarında istatistiksel olarak anlamlı bir iyileşme sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler: Stent Restenozu, Stent Korozyonu, Modelleme ve Simülasyon, Yüzey Modifikasyonu, İnce Film Kaplama, DLC, SWCNT, Hidrofobiklik, Omnifobiklik, Korozyondan Koruma, Elektrokimyasal Korozyon Direnci

Abstract:
Stent Restenosis that occurs due to the accumulation on the stent surface or corrosion, reoccludes the vascular pathway and current stent designs are not able to provide a permanent solution to this problem. This study aims to reduce the restenosis risk by improving the corrosion resistance and anti-adhesion features by thin-film coating of the stent materials. Simulation of corrosion rate and restenosis development for stent models that were placed in a blood-flowing vessel containing a plaque layer were performed with COMSOL software. Specimens obtained from intravascular stent materials were coated with thin-film Single Walled Carbon Nanotubes (SWCNT) and Diamond-Like Carbon (DLC) for the experimental studies. In addition to analysing the repellency functions of the specimens against the body fluids, their corrosion resistances at 37°C Simulated Body Fluid were determined by analyzing the electrochemical impedance spectroscopy, corrosion rate, and mass loss rate due to the corrosion. Hydrophobicity and omniphobicity analysis showed that the contact angle of 51.02° for uncoated samples increased to 87.55° with DLC and to 96.16° with SWCNT.  SWCNT-coating provided 88.7% increase in the electrochemical impedance, 83.4% reduction in the corrosion rate, and 82.35% reduction in the material loss rate. On the other hand, DLC-coating provided 99.6% reduction in corrosion rate and 99.57% reduction in material loss rate due to 98.6% improvement in electrochemical impedance. Besides the consistent experimental findings with the simulation results, DLC and SWCNT coating provided a statistically significant improvement for the material functions.

Keywords: Stent Restenosis, Stent Corrosion, Modeling and Simulation, Surface Modification, Thin Film Coating, DLC, SWCNT, Hydrophobicity, Omniphobicity, Corrosion Protection, Electrochemical Corrosion Resistance