Polimerik partiküller ile titanyum esaslı malzemelerin yüzey pürüzlülüğünün değiştirilmesi
Alteration of the surface roughness of titanium-based materials with polymeric particles
Yazar: BEGÜM AYDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. SAKİP ÖNDER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Titanyum (Ti) malzemelerin yüzey özellikleri, başarısını etkileyen en önemli faktörlerin başında gelmektedir. Dolayısıyla hücrelerin temas ettikleri yüzeylerin kimyası, fiziksel ve mekanik özellikleri oldukça önemlidir. Bu çalışma kapsamında Ti yüzeyler için farklı büyüklükte partiküllerin kullanıldığı polimerik kaplamalar hazırlanmış, yüzeylerin pürüzlülükleri tespit edilmiş ve bunun hücreler üzerine etkileri çalışılmıştır. Kitosandan sonikasyon ile kitosan nanopartiküller üretilmiştir, çapraz bağlayıcı olarak sodyum tripolifosfat (TPP) kullanılmıştır. Aynı konsantrasyonlardaki kitosan çözeltileri farklı komsantrasyonlardaki TPP çözeltileri ve farklı güç ve zamanlarda sonike edilerek nanopartiküller elde edilmiştir. Nanopartiküllerin zeta potansiyelleri ve boyutları zeta sizer ile analiz edilmiştir. Nanopartiküllerin ilaç yükleme ve salım profillerinin tespiti için model ilaç siprofloksasin tercih edilip, nanopartiküllerin enkapsülasyon yöntemi ile yüklemeleri yapıldı. 48 saatlik salım profilleri incelendiğinde ilacın başarılı şekilde nanopartiküllere yüklendiği ve kontrollü salımının gerçekleştirilebileceği gösterildi. Mikropartiküllerin üretimi ise emülsifikasyon yöntemi ile gerçekleştirildi. Mikropartikül üretimi sırasında farklı karıştırma hızlarının partikül boyutuna etkisi araştırıldı. Mikropartiküllerin de 48 saatlik ilaç salım profilleri incelendiğinde, ilacın başarılı bir şekilde yüklendiği ve kontrollü salımının gerçekleştirilebileceği gösterildi. Mikropartiküllerin başarı oranının nanopartiküllere göre daha iyi olduğu görüldü. Daha sonra partiküllerin Ti yüzeylere tutuklanabilmesi için Ti numunelerin yüzeylerine sırasıyla alkali işlem, ısıl işlem ve silanizasyon işlemleri uygulandı. Silanizasyondan sonra yüzeylerdeki –NH2 grupları gluteraldehit ile muamele edilerek tutuklanacak partiküller yüzeylere uygulandı ve liyofilizatörde kurutuldu. Tutuklama işleminden sonra ilk olarak Ti malzemelerin mekanik profilometre ile yüzey pürüzlülükleri tespit edildi. Yüzey pürüzlülük testlerinde kaplanmamış ve  kaplanmış Ti yüzeylerin pürüzlülük değerleri arasında anlamlı bir farkın olduğu görüldü. Farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip Ti yüzeylerde fibroblast hücreler ile sitotoksisite ve hücre yapışması testleri yapıldı. Sitotoksisite testlerinde toksik etki olmadığı görüldü. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğünün hücre yapışmasını olumsuz bir şekilde etkilediği tespit edildi. Bu çalışmada, Ti yüzeylerden çeşitli moleküllerin lokal salımında kullanılmak üzere yüzeye tutuklanan farklı boyutlardaki polimerik partiküllerin malzemelerin yüzey pürüzlülüklerini değiştirdiği ve hücre yapışmasını etkilediği gösterildi.

Abstract:
Surface properties of titanium (Ti) materials are one of the most important factors affecting their success. Polymeric coatings using nanoparticles of different sizes were prepared for Ti surfaces, the roughness of the surfaces was determined, effects of  roughness on cells were studied. Chitosan nanoparticles were produced from chitosan by sonication method and sodium tripolyphosphate was used as crosslinker. The same chitosan solutions are sonicated with different power and time by different TPP solutions. The zeta potentials and sizes of the produced nanoparticles were analyzed with zeta sizer. For determination of drug loading and release profiles of nanoparticles, siprofloksasin was preferred as model drug, nanoparticles were loaded by encapsulation method. When the 48-hour release profiles of the medicated nanoparticles of different sizes were examined, it was shown that the drug was successfully loaded into the nanoparticles and controlled release could be happened. The production of microparticles was carried out by emulsification method. The effect of different mixing speeds on particle size during microparticle production was investigated. When the 48-hour drug release profiles of microparticles were examined, it was shown that the drug was loaded successfully and controlled release could be performed similarly to the nanoparticle. Success of microparticles are better than nanoparticles. Alkali treatment, heat treatment and silanization processes were applied to the surfaces of Ti samples, respectively, in order to fix the particles on Ti surfaces. After the silanization process, –NH2 groups formed on the surfaces were treated with glutaraldehyde, the particles were applied to surfaces for immobilization. After immobilization, the roughness of the surfaces was determined with a mechanical profilometer. Finally, fibroblast cells were seeded on Ti surfaces with different surface roughness and cell viability tests were performed. Cytotoxicity tests showed that coatings applied to Ti surfaces did not have any toxic effect on cells. In cell adhesion tests, it was determined that surface roughness affected cell adhesion negatively. It was shown that polymeric particles of different sizes arrested on surface for use in the local release of various molecules from Ti surfaces change surface roughness of materials and affect cell adhesion.