Biyomedikal uygulamalarda kullanılan Ti6Al4V alaşımının yüzey modifikasyonu ve in vitro biyoaktivitesinin incelenmesi
Surface modification and in vitro bioactivities research of Ti6Al4V alloys which is used for biomedical applications
Yazar: HARİKA YILDIZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. A.BİNNAZ HAZAR YORUÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Titanyum = Titanium ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Yeniden oluşmuş kemik ve implant arasındaki sürekli direkt temas nedeniyle kemik bütünleşmesini (osseointegration) geliştirmek için cerrahi teknik ve implant materyali kadar yüzey özelliklerinin geliştirilmesinin de son derece önemli olduğu bilinmektedir. Araştırmalar implant yüzey özelliklerinin kemiğin iyileşme cevabı üzerinde rol oynadığını göstermektedir. Yüzey hazırlama yöntemleri arasında, fiziksel-kimyasal yöntemlere kıyasla morfolojik yöntemlerin daha belirgin etkileri görülmüştür. Pürüzlü yüzeylerin bu cevabı olumlu olarak etkilediği ortaya konmuştur. Pürüzlü yüzey elde etmek için kullanılan yöntemler arasında kumlama ile lazer işlemi kemik cevabı açısından ve diğer yöntemlerin hemen hepsinde oluşan istenmeyen fazlar ya da ara yüzeyde kalan safsızlıklar sebebiyle oluşan uyumsuzluklar açısından daha başarılı sonuçlar göstermektedir. Bu nedenle son zamanlardaki çalışmalar, daha temiz çalışma olanağı sağlayan ve işlem parametreleri kolaylıkla kontrol edilebilen lazer ışınlaması (laser irradiation) yöntemine yönelmiştir. Dental ve medikal implantlarda uygun yüzey topografisi elde etmek için lazer yüzey işleminin uygulanması sırasında tekrarlama hızı, atım enerjisi, tarama hızı ve akıcılık gibi parametreler önemli olmaktadır. Bu çalışmada; medikal amaçla kullanılan Ti6Al4V alaşımının yüzey topografisi ve SVS (Sentetik Vücut Sıvısı) işlemi sonrası in vitro biyoaktiflikleri hakkında bilgi edinmek için iki grupta incelemeler yapılmıştır. Birinci grupta HA (Hidroksiapatit) ve Zr2O tozları ile kumlama işlemi, ikinci grupta Er:YAG sert doku lazeri ile yüzey modifikasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Değişik koşullarda kumlama ve lazer ışınlaması yapılmış deney numunelerinde oluşan yüzey topografileri, bu topografilerin malzemenin biyoaktifliğine etkileri ve uygulanan parametreler ile ilişkileri ve SEM ve EDS yöntemleri ile belirlenecektir. Ayrıca kumlama ve lazer yüzey işlemlerinin mekanik özellikler üzerindeki etkileri de incelenecektir.

Abstract:
Many studies have shown that the properties of the implant surface have an active role during the bone healing. Therefore, besides improving the surgical techniques and developing novel implantmaterials, surface properties of the implant material need also to be improved in order to achieve proper osseointegration due to its interactions with the bone during the healing, Sandblasting and laser processes produced more successful results in terms of bone response. The other methods used for producing rough surfaces resulted in undesirable phases or disarrangements due to the impurities formed in between the layers. To this date, materials like SiO2, Al2O3, SiO2+Al2O3, hydroxyapatite (HA) have been extensively used as abrasives. Recently ZrO2 dust due to its high abrasive resistance and bio-compatibility has been used for improving and modifying titanium and its alloys' surface. In this study, we have used ZrO2 and HA mixtures in different ratios and used this mixtures to increase biocompatibility and to develop bioactive structures. As a result, it is observed that all of these compounds have resulted in increased surface roughness. In addition to this, massive amounts of bioactive Ca/P was observed on the samples surfaces that were stored in simulated body fluid (SBF). Laser irradiation method has been used recently since it provides easy controlled process parameters and it provides cleaner working environment. Parameters like repetition rate, pulse energy, scanning rate and fluency have an important role in obtaining the most desired surface properties on dental and medical implants when the laser surface process applied. During the course of this study, we have analyzed two different groups in order to understand the surface topography of Ti6Al4V alloy and its in vitro bioactivities in SBF. The first group was tested using the sandblasting process with HA and ZrO2 dust and the second group was tested using the surface modification processes with the Er:YAG rough tissue laser. Surface topographies of sandblasted and laser beamed experimental samples, its effect on the bioactivity and its relationship with applied parameters were analyzed using the SEM and EDS techniques. As a result, it has been observed that the sandblasting process increases the Ra value of surface roughness more than the laser process. Both of the surface processes changed the surface structures of samples distinctly and the sandblasting process resulted in more rough surface structure compared to the laser process. ZrO2 dust helps HA powder stick to the metal surface during the sandblasting process. Finally, as the sample surfaces with different ratios of ZrO2 and HA dusts contacted with SBF solutions, higher Ca/P accumulation has been observed compared to the laser processed surfaces