Biyomedikal uygulamalar için niyobyum oksinitrür kaplamaların üretimi, yapısal, korozyon ve in-vitro biyouyum-antimikrobiyal özelliklerinin incelenmesi
Production of niobium oxynitride coatings for biomedical applications and investigation of the structural, corrosion and in-vitro biocompatibility-antimicrobial properties
Yazar: TAHA ÇAĞRI ŞENOCAK
Danışman: DOÇ. DR. KADRİ VEFA EZİRMİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Amaç: Bu çalışmada; biyomalzeme olarak kullanılan 316L alaşımı üzerine, korozyondan korunma, antimikrobiyal ve biyouyum özelliklerini arttırmak amacıyla Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) sistemi kullanılarak, NbOxNy (niyobyum oksinitrür) kaplamaları farklı azot/oksijen oranlarında büyütülmüş, kaplama parametrelerinin, konu edilen özellikler üzerine olan etkisi gümüş ilaveli niyobyum oksinitrür yapılarla kıyaslanarak, in-vitro korozyon özellikleri, in-vitro biyouyum ve biyoaktivite sürecinin araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) sistemi kullanılarak azot/oksijen oranları 2, 5 ve 10 olan niyobyum oksinitrür kaplamalar üretilmiştir. Çalışmada gümüşün etkisinin belirlemek için azot/oksijen oranı 2 ve 10 olan kaplamalara gümüş ilave edilmiştir. Kaplamaların yapısal karakterizasyonu XRD, AFM, XPS, SEM-EDS, temas açısı ölçümü ve nano-sertlik ölçüm sistemleri ile belirlenmiş, in-vitro korozyon özellikleri ve biyoaktivite süreci SBF ortamında gerçekleştirilmiş, in-vitro biyouyum süreci hücre kültürü ve anti mikrobiyal davranış açısından incelenmiştir. 
Bulgular: Çalışma sonucunda elde edilen verilere göre; azot/ oksijen oranı 2 olan R2 (N2/O2=2) ve gümüş ilaveli R2+Ag kaplamaları iyi biyouyum ve anti mikrobiyal özellik göstermiştir. NbOxNy kaplamalarına gümüş ilavesinin antimikrobiyal davranış açısından olumlu etki gösterdiği belirlenmiştir. In-vitro korozyon testleri sonucunda yoğun kolonsal büyüme morfolojisine sahip kaplamaların daha yüksek korozyon direnci gösterdiği tespit edilmiştir.
Sonuç: Çalışma sonucunda niyobyum oksinitrür yapıların biyomedikal uygulamalar için kullanılabileceği, gümüş ilavesinin ise niyobyum oksinitrür yapıların antimikrobiyal özellikleri iyileştirdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Purpose: In this study, NbOxNy oxynitride coatings were deposited to increase anti-corrosion, antimicrobial, and biocompatibility properties, at different nitrogen/oxygen ratios by using a Physical Vapor Deposition (PVD) system on 316L alloy used as a biomaterial. The effect of coating parameters on the properties mentioned above and addition of silver into niobium oxynitride structures was aimed to investigate in-vitro corrosion properties, in-vitro biocompatibility, and bioactivity process.
Method: In this study, niobium oxynitride coatings with nitrogen/oxygen ratios of 2, 5, and 10 were grown using the Physical Vapor Deposition (PVD) system. In order to determine the effect of silver in the study, silver was added to the coatings with a nitrogen / oxygen ratio of 2 and 10. Structural characterization of coatings was carried out with XRD, AFM, XPS, SEM-EDS, contact angle, and nano-hardness measurements. In-vitro corrosion properties and bioactivity of the coatings were investigated in SBF environment. In-vitro biocompatibility process was also examined in terms of cell culture and antimicrobial tests.
Findings: According to the data obtained from this study, R2 with a nitrogen/oxygen ratio of 2 and silver-dopped R2+Ag coatings showed good biocompatibility and antimicrobial properties. It has been determined that the addition of silver to NbOxNy coatings has a superior effect on antimicrobial behavior. As a result of in-vitro corrosion tests, it has been determined that coatings with dense columnar growth morphology showed higher corrosion resistance than 316L SS substrates.
Results: As a result of the study, it was determined that niobium oxynitride structures could be used for biomedical applications, and silver-added niobium oxynitride structures increase antimicrobial properties of the 316L SS.