Niti şekil hafızalı alaşımından üretilmiş diş implantının fiksasyon biyomekaniğinin in vitro incelenmesi
İn vi̇tro investigation of fixation biomechanics of dental implant made of NiTi shape memory alloy
Yazar: MİRAÇ SAĞLAM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI KORKMAZ
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Metal alaşımları implant/protez olarak ortodonti, ortopedi, kardiyovasküler gibi birçok tıp alanında kullanılmaktadır. Bu malzemelerden biri olan NiTi ise şekil hafızalı alaşımlar grubunda yer almaktadır. Şekil hafıza özelliği kullanım ortamında NiTi'nin termal, elektrik, optik gibi dış etkenler ile önceden öğretilmiş şekli alabilmesidir. Bu sayede 20-25 ºC'de hazırlanan dental implantın mandibulaya/maxillaya yerleştirilmesi ile sıcaklığının hızlıca denge (vücut) sıcaklığına gelerek istenilen şekline dönüşmesi sağlanabilir. Ancak burada implantın temas edeceği kemik türü, fiksasyonun, biyomekanik ve kemiğin yeniden oluşumu için önemlidir. 

Tezde, oda sıcaklığında ki ürün fazının (martenzit), vücut sıcaklığında öğrenilmiş şeklini (östenit faz) alabilmesi için eş atomlu NiTi alaşımına uygulanması gereken ısıl işlem parametreleri belirlenmiştir. Isıl işlemler sonucunda bu özelliği kazanan NiTi alaşımındaki alerjen etkiye sahip Ni iyon salınımı engellemek için kemik ile temas eden yüzeyi TiN ile kaplanmıştır. Hem NiTi hem de TiN kaplı NiTi diş implantlarının şekil hafızaya geçiş süreci ilk olarak pleksiglas içerisinde sonraki aşamada ise vücut sıcaklığındaki yapay kortikal ve trabeküler kemikte deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma sonunda, şekil hafızalı alaşımdan (NiTi) üretilecek dental implantın, trabeküler kemikte kullanılabilir olduğu belirlenmiştir. Şekil hafıza etkisi için yapılan tasarım sayesinde hem osseointegrasyonu hem de fiksasyon artırılmıştır. Ayrıca bu özelliklere sahip bir implantın kortikal kemikte ağrı veya çatlak oluşumuna sebep olabileceği ve bu sebeple kortikal kemiğe temas etmemesi gerektiği belirlenmiştir.

Abstract:
Metal alloys are used in many medical fields such as orthodontics, orthopedics, cardiovascular systems. One of these materials, NiTi, is in the group of shape memory alloy. Shape memory is that NiTi can take the previously memory shape with external factors such as thermal, electrical, and optical in use. In this way, by placing the dental implant prepared at 20-25 ºC in the mandible / maxilla, its temperature can quickly reach the equilibrium (body) temperature and transform into its memory form. However, the type of bone that the implant will come into contact with is important for fixation, biomechanics and bone remodeling.

In the thesis, suitable heat treatment parameters that must be applied to the equiatomic NiTi alloy were determined in order for the product phase (martensite) at room temperature to take its learned shape (austenite phase) at body temperature. The surface in contact with the bone was coated with TiN in order to prevent the release of Ni ions with allergenic effects in the NiTi alloy, which gains this feature as a result of heat treatments. The process of transition to shape memory of both NiTi and TiN coated NiTi dental implants was first investigated in plexiglass and in the next stage in artificial cortical and trabecular bone at body temperature. At the end of the study, it was determined that the dental implant to be produced from shape memory alloy (NiTi) can be used in trabecular bone. Thanks to the design for shape memory effect, both osseointegration and fixation have been increased. In addition, it has been determined that an implant with these features may cause pain or cracks in the cortical bone and therefore should not touch the cortical bone.