Yüzey mikro-deformasyonunun 316L paslanmaz çeliğin biyouyumluluğu üzerindeki etkileri
Effects of surface micro-deformation on the biocompatibility of 316L stainless steel
Yazar: FURKAN BİÇER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SIDIKA MİNE TOKER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji ve Biyogüvenlik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Metalik biyomalzemeler = Metallic biomaterials ; Metalik malzemeler = Metallic materials ; Paslanmaz çelik = Stainless steel ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Yüzey özellikleri = Surface properties

Özet:
Bu çalışmada ortopedik implantlarda kullanılan biyomedikal alaşımlarının sahip 
olduğu mikro yapısal özelliklerin, implant biyouyumluluğu üzerindeki etkilerini anlamak 
ve metalik biyomalzemenin yüzeyinde ve mikroyapısında çeşitli değişiklikler meydana 
getirerek, biyouyumluluğun iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu sebeple, ortopedik 
implantlarda yaygın olarak kullanılmakta olan ve sahip olduğu avantajlı özellikler ile öne 
çıkan 316L paslanmaz çelik araştırma için uygun görülmüştür. Paslanmaz çelik malzeme 
yüzeyinde Vicker's mikrosertlik cihazı kullanılarak farklı parametrelerde 
mikrodeformasyon alanları oluşturulmuştur. Mikrodeformasyon işlemi ile yüzeylerinde 
belli aralıklarla ve düzenlerde desenleme oluşturulan örneklerin yüzey özelliklerinde 
meydana gelen değişimlerin, 316L paslanmaz çelik biyouyumluluğu üzerindeki etkileri 
hücre düzeyinde incelenmiştir. Bununla birlikte, mikrodeformasyon sonrası meydana gelen 
mikroyapısal değişiklikler, karakterizasyon yöntemleriyle incelenmiştir. Biyouyumluluk 
deneyleri kapsamında ise, elde edilen mikrodeformasyonlu yüzeylere öncelikle Saos-2
hücreleri ekilmiştir. Devamında ise, Saos-2 hücrelerinin, topografisi değişmiş yüzeylerdeki
tutunma davranışları, proliferasyon oranları ve kemik hücresine farklılaşma davranışları 
incelenmiştir. Yüzey mikrodeformasyonu gerçekleştirilen numunelerde, hücresel 
proliferasyon, tutunma ve kemik hücresi farklılaşması sonuçlarında önemli iyileşmeler elde 
edilerek, bu davranışların desteklendiği görülmüştür. Mikrodeformasyonlu numunelerin 
yüzey özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron 
mikroskobuyla (TEM) karakterize edilerek, hücre testlerinin sonuçlarıyla yüzey özellikleri 
arasındaki ilişkiler açıklanmıştır. Elde edilen araştırma sonuçları doğrultusunda, metalik 
biyomalzemelerde temel mikro yapısal faktörlerin manipüle edilmesi ve yüzey desenleme 
parametrelerinin optimize edilmesi ile paslanmaz çelik implantların biyouyumluluğunda
önemli iyileştirilme sağlandığı ve elde edilen bilgilerin yeni biyomedikal alaşımların 
tasarımı için kullanılabilecek önemli parametreler olduğu görülmüştür.

Abstract:
In the current study, it is aimed to understand the effects of microstructural 
properties of the biomedical alloys used in orthopedic implants on the implant 
biocompatibility and to improve the biocompatibility by creating various modifications in 
the microstructure and surface of the metallic biomaterial. For this reason, 316L stainless 
steel, which is widely used in orthopedic implants due to its advantageous properties, has 
been chosen for the research. Microdeformation pattern areas with different parameters 
were applied on the stainless steel material surface by using Vicker's microhardness testing 
device. The effects of the changes in surface properties of 316L stainless steel whose 
surface was deformed by forming microdeformation indents with certain patterns were 
studied at the cellular level. Furthermore, the microstructural changes following 
microdeformation process were investigated by characterization methods. Primarily for the 
biocompatibility experiments, Saos-2 cells were seeded on the control and 
microdeformation applied material surfaces. Afterwards, the interactions between modified 
surface topography and Saos-2 cells were analyzed in terms of cell attachment, 
proliferation rates and differentiation into bone cells. Significant improvements were 
obtained in the results of cellular proliferation, attachment and bone cell differentiation on 
the samples with surface microdeformation, and it was observed that these behaviors were 
supported. The surface properties of the microdeformation applied samples were 
characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron 
microscope (TEM), and the relationships between the results of cellular experiments and 
surface properties were correlated. According to the results of this research, it has been 
shown that through manipulating the basic microstructural factors of metallic biomaterials 
and optimization of surface microdeformation patterning parameters, the biocompatibility 
of stainless steel implants can be improved, and the acquired knowledge are important 
parameters that can be used for the design of new biomedical alloys.