Kemik doku iskeleleri için biyoaktif cam esaslı nanokompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of bioactive glass based nanocomposite materials for bone tissue scaffolds
Yazar: BUĞRA SÖKMEN
Danışman: PROF. DR. YUSUF ÖZCAN ; PROF. DR. CEM GÖK
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyoaktif camlar = Bioactive glass ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Canlılar, yaşam döngülerinin belirli evrelerinde hastalıklar, kazalar ve 
yaşlanmanın etkisiyle bazı doku ve organlarında işlev kaybı yaşamaya başlar. Bu 
sorunlar beraberinde iskelet sisteminde oluşan sıkıntıları da getirmektedir
Kemiklerde oluşan çatlaklar, kırıklar veya uzuvların tamamen kaybedilmesine 
kadar gidebilen ciddi sağlık sorunları bu problemlerden bazılarıdır. Bu sıkıntıların 
giderilmesinde biyomalzemeler ve doku mühendisliği uygulamaları büyük rol 
oynamaktadır. Kullanılan biyomalzemeler hasarlı dokuya destek sağlayacak 
şekilde hazırlanabildiği gibi hasarlı dokunun yerini alıp dokunun bulunduğu 
bölgede tedaviyi başlatabilecek özelliklere de sahip olabilmektedir. 
Bu tez çalışmasında kemik doku mühendisliği ve hasarlı kemik dokularının 
tedavisinde kullanılan biyoaktif camlar sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. 
Çalışmada katkı malzemeleri olarak doğal bir silika kaynağı olan diatomları içeren 
tortul bir kayaç türü olan diatomit ve alumina nanopartikülleri kullanılmıştır. 
Üretilen toz numunelerin karakterizasyonları yapılmış, ardından bu numunelerle 
polimer sünger kopyalama yöntemi kullanılarak kemik doku iskeleleri üretilmiştir. 
Doku iskelelerine L929 hücre hattı kullanılarak biyouyumluluk ve yapay vücut 
sıvısı (SBF) kullanılarak biyoaktivite analizleri yapılmış, yüzey morfolojileri 
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. 30 gün süreyle SBF 
içerisinde bekletilen doku iskelerinin hepsinin yüzeyinde apatit oluşumu 
gözlenmiştir olup buna ek olarak diatomit ile katkılanmış numunelerde apatit 
oluşma hızının ve yoğunluğunun daha fazla olduğu tespit edilmiştir. SBF'de 
bekletilmiş olan tüm numunelerin Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi 
(FT-IR) sonuçlarında apatit oluşumuna karakteristik olan 550-600 cm-1 bandı ve XIşını Difraksiyon (XRD) sonuçlarında 26° ile 32°'de apatitleşmeye özgü pikler 
gözlenmiştir. L929 hücre hattı ile yapılan kültür ve sitotoksisite çalışmaları 
sonucunda malzeme morfolojisinin hücre tutunmasını destekleyici bir yapıda 
olduğu gözlenmiş ve malzemelerde uygulama esnasında negatif etkiye sebep olacak 
ciddi bir toksik etkiye rastlanmadığı görülmüştür. 
Çalışmada hazırlanan malzemeler kemik doku mühendisliği 
uygulamalarında kullanılacak malzemelerden beklenen özellikleri fazlasıyla 
göstermiş olup biyoaktif cama yapılan katkılar ile malzeme özelliklerinin arttırılmış 
olmasıyla tezin amacına uygun nanokompozit malzemeler üretilmiştir.

Abstract:
Throughout their life cycles, organisms experience functional loss in some 
tissues and organs due to diseases, accidents, and the effects of aging. These issues 
often lead to problems within the skeletal system, such as cracks, fractures, or even 
the complete loss of limbs. Addressing these problems, biomaterials and tissue 
engineering applications play a significant role. Biomaterials used can be designed 
to support damaged tissue or replace it and initiate the healing process in the 
affected area. 
In this research, bioactive glasses used in bone tissue engineering and the 
treatment of damaged bone tissues were synthesized using the sol-gel method. 
Diatomite, a sedimentary rock containing diatoms, which is a natural silica source, 
and alumina nanoparticles were used as additives. The produced powder samples 
were characterized, and then bone tissue scaffolds were fabricated using the 
polymer sponge replication method. Biocompatibility and bioactivity analyses of 
the scaffolds were conducted using the L929 cell line and simulated body fluid 
(SBF), and their surface morphologies were examined with Scanning Electron 
Microscope (SEM). After keeping the scaffolds in SBF for 30 days, apatite 
formation was observed on the surface of all scaffolds. Additionally, it was found 
that samples with diatomite exhibited a higher rate and density of apatite formation. 
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) of the samples in SBF showed 
the characteristic 550-600 cm-1 band for apatite formation, and X-Ray Diffraction 
(XRD) results showed peaks specific to apatite at 26° and 32°. Culture and 
cytotoxicity studies with the L929 cell line indicated that the material morphology 
supports cell adhesion and showed no significant toxic effects during application. 
The materials prepared in this study demonstrated the desired properties for 
use in bone tissue engineering applications. The additives to the bioactive glass 
enhanced the material properties, resulting in the successful production of 
nanocomposite materials aligned with the thesis objectives.