Mikro ark oksidasyon ve hidrotermal işlemle Ti6Al4V alaşımı üzerinde hidroksiapatit oluşumu; in vitro ve in vivo şartlarda kullanımının araştırılması
Surface modification of Ti6Al4V by micro arc oxidation and hydrothermal treatment; in vitro and in vivo behavior of the modified layer
Yazar: SEBAHATTİN YENAL VANGÖLÜ
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER SELİM YILDIRIM ; PROF. DR. AKGÜN ALSARAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyoseramikler = Bioceramics ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Biyouyumluluk tanımının ortaya çıkışıyla birlikte, biyomalzeme olabilecek metallerin mekanik özelliklerinin iyi olmasının yanında, vücuttaki organlar, dokular ve bir bütün olarak vücutla etkileşimlerinde herhangi bir sorunla karşılaşılmak istenmemektedir. Biyomalzeme olarak kullanılan metal malzemelerin mekanik özellikleri bir tarafa bırakılıp canlı sistemlerle etkileşimleri incelendiğinde, aşınma, korozyon ve biyouyum parametreleri ilk planda öne çıkmaktadır. Bu parametrelerin herhangi birindeki en ufak bir problem, kullanıcının hayat standardını düşüreceğinden, malzemelerin özellikle vücut içerisindeki aşınma, korozyon ve biyouyum parametrelerinin medikal alandaki önemi büyüktür. Bu sebeple günümüzde kullanılan özellikle metalik biyomalzemelerde bu özellikler bir arada geliştirilmeye çalışılmaktadır.Bu çalışmada, biyomalzeme olarak en sık kullanılan Ti alaşımının aşınma, korozyon ve biyouyumluluğunu artırmak için yüzeyi aşınmaya ve korozyona dirençli titania tabakasıyla kaplanmış ve üzerinde hidroksiapatit (HA) tabakası büyütülmüştür. Ca ve P elementleri, mikro ark oksidasyon (MAO) işlemi esnasında TiO2 yapısına difüze edilmiş ve HA büyümesinin gerçekleşebilmesi için de hidrotermal işlem uygulanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda optimum kaplama ve hidrotermal işlem şartları bulunmuştur. Yapay vücut sıvısı (SBF) içerisinde yapılan pim-disk aşınma deneyleri ve korozyon deneyleriyle in vitro tribolojik ve potansiyodinamik korozyon özellikleri tespit edilmiştir. Bunların yanı sıra mikrobiyolojik deneylerde de kaplanmış yüzeylerde, bakteri üreyip üremediğine bakılmıştır. Optimum şartlarda kaplanmış kortikal vidaların in vivo özellikleri, tavşan deneyleriyle incelenmiş, belli sürelerin sonundaki sökme torku değerleri bulunmuş, patolojik ve radyolojik değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda MAO ve hidrotermal işlem (HT) ile plazma sprey ve elektrolitik kaplama yöntemlerine göre Ca/P oranı daha yüksek HA kaplama üretilmiştir. Bu kaplamalar gerek in vitro gerekse in vivo deneylerde literatüre göre oldukça yüksek performans sergilemiştir.

Abstract:
Biomaterials are expected not only to have good mechanical properties but also not to cause any problems during their interaction with the organs, living tissues and the body as a whole. Apart from the mechanical properties of the metals used as a biomaterial, the wear, the corrosion and the biocompatibility parameters come into account in the first place while examining the interactions with the living systems. A slightest problem caused from these parameters reduces the life quality of the patient. So, the wear, corrosion and the biocompatibility properties of the biomaterials become more important in medicine.In this study, the surface of Ti6AlV, which is commonly used as a biomaterial, was coated with a corrosion resistant titania layer and a biocompatible hydroxyapatite film was formed on the oxide layer. Ca and P containing oxide layer was coated by micro arc oxidation (MAO) to the substrate and a hydrothermal treatment was applied to titania layer to induce hydroxyapatite (HA) nucleation. Optimum MAO coating and hydrothermal treatment parameters were identified. Pin-on-disk tribotests and corrosion tests were carried out in simulated body fluid (SBF) to evaluate the in vitro tribologic and potentiodynamic corrosion behaviors of the coatings. Bacterial growth in blood culture was investigated in microbiological tests. Afterwards the cortical screws were micro arc oxidized and hydrothermally treated with optimum parameters and in vivo behaviors of the treated screws were investigated by using New Zealand white rabbits. After a certain implantation time, the removal torques were measured and the pathological and radiological observations were noted.