Doku mühendisliği için eklemeli imalat kullanılarak yeni bir kemik iskelesi tasarımı ve üretimi
Design and production of a novel bone scaffolding using additive manufacturing for tissue engineering
Yazar: NESLİHAN TOP
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL ŞAHİN ; DR. HARUN GÖKÇE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Doku mühendisliğinde gözenekli kemik iskelesi üretimi sürecinde kullanılan klasik yöntemler ile gözenek boyutu ve şeklinin tam olarak kontrol edilememesi ve karmaşık geometrideki iskele yapılarının üretiminin zor olması bu alandaki 3B yazıcı teknolojileri kullanımının artmasına sebep olmuştur. Bu çalışmada, omurga sistemi üzerinde Lumbar 4 (L4) kemiğinin tasarlanan iskele yapıları ile yeniden üretimi 3B yazıcı teknolojileri ile gerçekleştirilmiştir. Öncelikle kemik iskelesini oluşturan en küçük yapı olan hücresel birimler, Doku Mühendisliği için Bilgisayar Destekli Tasarım (Computer-Aided System for Tissue Scaffolds – CASTS) sistemi ile tasarlanmıştır. CATIA V5 R25 programında tasarlanan hücresel birimlerden ikisi (scutoid ve düzgün yirmiyüzlü) biyomimetik tabanlı, diğeri ise kübik formdadır. Hücresel birimlerin bir araya getirilmesi ile oluşturulan kübik yapıdaki kemik iskeleleri, Hesaplanmış Tomografi (Computed Tomography – CT) verilerinden oluşturulan L4 kemik modelinden Boolean operasyonları ile çıkarılmıştır. Böylece farklı geometrideki iskele yapıları ile giydirilmiş üç farklı L4 kemiği iskelesi elde edilmiştir. Bu kemik iskelelerinin üretimi 3B yazıcı teknolojilerinden malzeme ektrüzyonu yöntemi ile ABSPlusTM – P430 kullanılarak ve malzeme püskürtme yöntemi ile akrilik monomer, akrilik oligomer ve Ti2O (titanyum dioksit) gibi malzemeleri içeren VerowhitePlusTM RGD 835 malzemesi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretim sırasında kullanılan malzemelerinin özelliklerine uygun olarak Ansys V17.2 programında kemik iskelelerine yapısal analiz işlemleri uygulanmıştır. İşlemlerin tamamlanmasının ardından iskele yapılarının gözeneklilik oranları, farklı 3B yazıcı teknolojileri ile baskı sonuçları ve yapısal analiz sonuçları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The classical methods used in the production of porous bone scaffolding in tissue engineering have not been able to fully control the pore size and shape, and the difficulty of producing scaffolding structures of complex geometry has led to an increase in the use of 3D printer technologies in this area. In this study, remanufacturing of Lumbar 4 (L4) bone with scaffold structures designed on the spine system was realized with 3D printer technologies. Cellular units, the smallest structure forming the bone scaffold, were designed with the Computer-Aided System for Tissue Scaffolds (CASTS) system for Tissue Engineering. Two of the cellular units (scutoid and smooth twentieth) designed in the CATIA V5 R25 program are biomimetic-based and the other is in cubic form. Cubic bone scaffolds formed by combining cellular units were extracted from the L4 bone model generated from Computed Tomography (CT) data by Boolean operations. Thus, three different scaffoldings of L4 bone were obtained which were dressed with scaffold structures of different geometry. The production of these scaffolds was performed by ABSPlusTM - P430 by material extrusion from 3D printer technologies and by VerowhitePlusTM RGD 835 containing material such as acrylic monomer, acrylic oligomer and Ti2O (titanium dioxide) by material spraying method. In accordance with the properties of materials used during production, structural analysis procedures were applied to bone scaffolds in Ansys V17.2 program. After the completion of the processes, porosity ratios of scaffold structures, printing results and structural analysis results were compared with different 3D printer technologies.