Kompozit interferans vidaların geliştirilmesi
Development of composite interference screws
Yazar: ÖKKEŞ SAFA KARARMAZ
Danışman: PROF. DR. HALİL MURAT AYDIN ; DOÇ. DR. HAKKI ÇAĞDAŞ BASAT
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Ön çapraz bağ, diz ekleminde femur ve tibia kemiklerini birbirine bağlayan yapılardan biridir. Dizin normal işlev görmesi için çok önemli olan bu bağ, tibia kemiğinin anormal bir şekilde öne doğru yer değiştirmesini engelleyen en önemli yapıdır. Ön çapraz bağ kopması çok yaygın bir spor yaralanmasıdır. Rekonstrüksiyon cerrahisi bu tip yaralanmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ön çapraz bağ yaralanması olan bireylerde tedavideki amaç dizdeki boşluk ve emniyetsizlik hissini ortadan kaldırmak, kişinin spor veya zorlayıcı aktiviteler sırasında güvenle basabileceği bir diz elde etmektir. Cerrahinin başka bir amacı ön çapraz bağ yaralanması olan kişileri, yaralanma öncesinde bulundukları sağlık seviyesine geri döndürmek ve dizde yeni yaralanmalar oluşmasını engellemektir. Bağ tamiri için genellikle diz çevresindeki kasların kirişleri kullanılır. Bunun için en sık kullanılan dokular dizin ön kısmında yer alan patellar tendon ve dizin arka kısmında yer alan hamstring tendonlarıdır. Bu ameliyatlarda greft adı verilen, kişinin kendisinden alınan bu yeni bağın geçeceği yolu hazırlamak için diz eklemindeki kemiklere tüneller açılır. Bu tendonların ameliyatlarda implante edilmesi için, bağı yerinde tutan ve biyolojik olarak absorbe edilebilir interferans vidalar yaygın olarak tercih edilmektedir.
Bu tez çalışmasında ön çapraz bağ ameliyatlarında kullanılan, vücut içinde implante edildikten sonra belirli bir süre sonunda vücut tarafından emilebilen kompozit interferans vidaların ağırlıkça 70/30 %  Poli(Laktik Asit-ko-Glikolik Asit) (PLGA) ve β-Trikalsiyum Fosfat (β-TCP) kullanılarak farklı uzunluk ve çaplarda elde edilmesi ve elde edilen vidaların fiziksel, kimyasal ve biyolojik testlerinin sonuçlarının değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Buna göre, belirlenen oranda bileşen içeren kompozit denemeleri ile beraber proses sonrası polimerdeki değişime kimyasal olarak bakılmış; sıcaklık, basınç, kurutma gibi proses parametreleri geliştirilmiş ve değerlendirilmiş, ısıl işlemlerin polimer üzerindeki etkileri kimyasal olarak araştırılmış, kompozit interferans vidalar mekanik olarak incelenmiştir. Tez çalışmasının nihai çıktısı kompozit interferans vida üzerinde gerçekleştirilen TGA analizi sonucunda; ağırlıkça 71.08 % PLGA miktarı ve 28.90 % β-TCP miktarı belirlenmiştir. DSC analizi sonucunda; Tg değeri 60.40 (ºC), Tm değeri ise 162.16 (ºC) olarak belirlenmiştir. FT-IR analizi sonucunda; 543 cm-1, 604 cm-1, 945 cm-1, 970 cm-1 bantlarında PO43-  (fosfat) grubu pikleri görülmüştür. 1748 cm-1  bandında ise (-C=O-) karbonil pik noktası görülmüştür. Ca3(PO4)2 gruplarının varlığı XRD analizi yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Numunedeki kristal boyutu Scherrer formülü yardımıyla 26 nanometre olarak hesaplanmıştır. Hammaddeye uygulanan ICP-MS analizi yardımıyla malzemede Pb (Kurşun) miktarı 0.58 ± 0.03 mg/kg (ppm), Cd (Kadmiyum) miktarı ise 0.19 ± 0.01 mg/kg (ppm) olarak belirlenmiştir. Arsenik ve civa miktarı ise tayin sınırının altında yer almıştır. µ-CT analizi yardımıyla madde yoğunluğunun hacmen %99.99 olduğu belirlenmiştir. 557 tane kapalı por tespit edilmiştir. Altı aylık degradasyon çalışması sırasında başlangıç anında İnherent Viskozite değeri 1,56 dl/g olarak hesaplanmıştır. Pürüzlülük ise yaklaşık olarak 25 µm olarak hesaplanmıştır. Yine başlangıç anı için gerçekleştirilen static torsiyon analizi sonuçlarına göre; Burulma Akma Dayanımı ortalama 6.2 (N.m), Maksimum Tork ortalama 6.6 (N.m) ve Kırılma Açısı ortalama 43 (°) olarak belirlenmiştir.

Abstract:
The anterior cruciate ligament is one of the structures that connect the femur and tibia bones in the knee joint. This ligament, which is very important for the normal functioning of the knee, is the most important structure that prevents the tibia bone from displacing abnormally forward. Anterior cruciate ligament rupture is a very common sports injury. Reconstruction surgery is widely used in this type of injury. The purpose of treatment in individuals with anterior cruciate ligament injury is to eliminate the feeling of space and insecurity in the knee and to obtain a knee that the person can press safely during sports or challenging activities. Another goal of surgery is to return people with anterior cruciate ligament injury to their level of health prior to injury and prevent new injuries to the knee. For ligament repair, the joists of the muscles around the knee are usually used. The most commonly used tissues for this are; patellar tendons located at the front of the knee and hamstring tendons at the back of the knee. In these surgeries, tunnels are opened to the bones in the knee joint to prepare the path through which this new ligament, called the graft, is taken from the person himself. In order to implant these tendons in surgeries, bioabsorbable interference screws holding the ligament in place are widely preferred.
In this thesis we realized the chemical, physical and biological testing of resorbable composite interference screw implants of different lengths and diameters, composed of 70/30% by weight of Poly(Lactic Acid-co-Glycolic Acid) (PLGA) and β-Tricalcium Phosphate (β-TCP) for use in anterior cruciate ligament repair. In this thesis, in addition to trialing composite ratios, the analysis of the chemical changes in the polymeric phase during and after processing, the optimization of processing parameters such as temperature, pressure and drying, analysis of the effects of gamma sterilization on the polymeric phase, assessment of the mechanical properties of the composite and biocompatibility studies were conducted. To summarize the analysis results performed on the composite interference screw, which is the final output of the thesis study; As a result of TGA analysis, 71.08% PLGA amount and 28.90% β-TCP amount by weight were determined. As a result of DSC analysis; The Tg value was determined as 60.40 (ºC) and the Tm value as 162.16 (ºC). As a result of FT-IR analysis; PO43-  (phosphate) group peaks were observed in 543 cm-1, 604 cm-1, 945 cm-1, 970 cm-1 bands. The carbonyl peak (-C=O-) was observed in the 1748 cm-1 band. Also the presence of Ca3(PO4)2 groups was determined by XRD analysis. The crystal size in the sample was calculated as 26 nanometers with the help of Scherrer formula. With the help of the ICP-MS analysis applied to the raw material, the amount of Pb (Lead) in the material was determined as 0.58 ± 0.03 mg / kg (ppm) and the amount of Cd (Cadmium) as 0.19 ± 0.01 mg / kg (ppm). As (Arsenic) and Hg (Mercury) levels were below the detection limit. With the help of µ-CT analysis, it was determined that the density of the substance was 99.99% by volume. 557 closed pores were identified. During the six-month degradation study, at T0 Inherent Viscosity value was calculated as 1.56 dl / g. The roughness value was calculated as approximately 25 µm. According to the results of the static torsion analysis at T0, the torsional yield strength was determined as 6.2 (Nm), the maximum torque 6.6 (Nm) and the fracture angle 43 (°).