Ticari saflıkta titanyum üzerinde antibakteriyel bazlı biyoaktif ve biyouyumlu yüzeylerin üretilmesi ve özelliklerininaraştırılması
Manufacturing and research the characteristics of antibacterial-based bioactive and bio-compatible surfaces on commercial pure titanium
Yazar: AHMET ARSLANTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. SALİH DURDU
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Fiziksel buhar biriktirme = Physical vapour deposition ; Islanabilirlik = Wettability ; Mikro ark oksidasyon = Micro arc oxidation ; PVD =   ; Titanyum = Titanium ; İn vitro = In vitro

Özet:
Bu çalışmada biyomedikal alanda yaygın olarak kullanılan ticari saflıkta titanyum yüzeyinde antibakteriyel ve biyoaktif yüzeyler oluşturmak amaçlanmıştır. Bu nedenle mikro ark oksidasyon (MAO) ve PVD termal buharlaştırma kaplama teknikleri kullanılarak, cp-Ti yüzeyler üzerine; 1, 3 ve 5 nm'lik gümüş, bakır ve çinko bazlı TiO2
kaplamalar üretildi. Tüm yüzeylerin faz yapıları, yüzey morfolojileri, elementel yapıları ve yüzeyin hidrofilik/hidrofobik özellikleri sırasıyla; XRD, SEM, EDS ve temas açısı ölçüm analizleri ile gerçekleştirilmiştir. MAO ve PVD yüzeylerin tümünde TiO2, brokit TiO2 ve rutil TiO2 fazları tespit edilmiştir. MAO yüzeyler proses boyunca meydana gelen mikrokıvılcımlardan dolayı gözenekli ve pürüzlü yapıdadırlar. PVD sonrası nanotabakalardan dolayı yüzey kimyası değişmesine rağmen yüzeyin morfolojisi değişmemiştir. MAO ve PVD prosesleri sonrası yüzeylerde Ti, O, Si, Ag, Cu ve Zn gibi elementler tespit edilmiş olup, bu elementler yüzey boyunca homojen olarak dağılmışlardır. Temas açısı ölçüm sonucunda MAO yüzeyler hidrofilik özellik gösterirken PVD kaplaması sonrası yüzeyler hidrofobik özellik göstermiştir. Bu durum MAO yüzeylerin polar yapıdayken, PVD sonrası yüzeylerin polaritesini
kaybetmesinden ileri gelmektedir. Kaplamaların in vitro tahmini biyoaktivite yeteneklerini araştırmak için, numuneler 14 gün boyunca 36,5 °C'de ve 1.0X SBF (yapay vücut sıvısı) içinde daldırılmıştır. Daldırma sonrası yüzeyler SEM ve EDX cihazlarıyla araştırılmıştır. İnceleme sonrası aynı kalınlık değerleri için sırasıyla; çinko
yüzeyler bakır yüzeylere kıyasla ve bakır yüzeylerde gümüşe kıyasla daha iyi biyoaktivite özellikleri sergilemişlerdir. Gümüş MAO yüzeyine kıyasla biraz daha iyi biyoaktivite performansı sergilemiştir. MAO ve Ag, Cu ve Zn kaplanmış MAO yüzeylerinin antibakteriyel aktiviteleri, Gram negatif E. coli ve Gram pozitif S. aureus'a karşı koloni sayma yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. MAO yüzeylerin antibakteriyel özellikleri gümüş, bakır ve çinko bazlı yüzeylere kıyasla daha düşüktür. Bakteri testleri sonrasında E.coli ve S.aureus bakterilerine karşı aynı kaplama kalınlık değerleri için; gümüş bazlı yüzeyler çinko bazlı yüzeylere kıyasla ve de çinko bazlı yüzeyler bakır bazlı yüzeylere kıyasla daha iyi antibakteriyel özellik sergilemiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to create antibacterial and bioactive surfaces on the commercial purity titanium surface which is widely used in the biomedical field. For this reason, using micro arc oxidation (MAO) and PVD thermal evaporation coating techniques, on cp-Ti surfaces; silver, copper and zinc based TiO2 coatings of 1, 3 and
5 nm were produced. Phase structures, surface morphologies, elemental structures and hydrophilic / hydrophobic properties of the surface, respectively; XRD, SEM, EDS and contact angle measurement analysis. TiO2, brokite TiO2 and rutile TiO2 phases were detected on all MAO and PVD surfaces. MAO surfaces are porous and rough due to the microsparks that occur during the process. Although the surface chemistry has changed due to the nano layers after PVD, the morphology of the surface has not changed. After MAO and PVD processes, elements such as Ti, O, Si, Ag, Cu and Zn were detected on the surfaces, and these elements were homogeneously distributed throughout the surface. As a result of the contact angle measurement, the MAO surfaces showed hydrophilic properties, while the surfaces showed hydrophobic properties after PVD coating. This situation arises from the fact that MAO surfaces are
in polar structure, while the surfaces lose their polarity after PVD. To investigate the predicted bioactivity ability of the coatings in vitro, samples were immersed for 14 days at 36,5 ° C and 1.0X SBF (artificial body fluid). Post-immersion surfaces were investigated with SEM and EDX devices. For the same thickness values after the examination; zinc surfaces exhibited better bioactivity properties compared to copper surfaces and copper surfaces compared to silver. It showed slightly better bioactivity performance compared to the silver MAO surface. The antibacterial activities of MAO and Ag, Cu and Zn coated MAO surfaces were evaluated against Gram negative E.
coli and Gram positive S. aureus using the colony counting method. The antibacterial properties of MAO surfaces are lower compared to silver, copper and zinc based surfaces. For the same coating thickness values against E.coli and S.aureus bacteria after bacteria tests; silver based surfaces exhibited better antibacterial properties
compared to zinc based surfaces and zinc based surfaces compared to copper based surfaces.