Kemik çimentolarında yumurta kabuğu zarı proteininin kullanımı
Use of eggshell membrane in bone cement
Yazar: ŞULE KARAGÜLLEOĞLU
Danışman: PROF. DR. BORA MAVİŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Sunulan tez çalışması kapsamında, protein katkılı kemik çimentolarının biyoçözünürlük 
ve mukavemet anlamında potansiyel vadettiği düşünülmektedir. Bu nedenle kalsiyum 
sülfat bazlı kemik çimentolarına (CSC) protein eklenmesiyle, çimentonun mekanik
dayanımının değiştirilebilmesi ve CSC'lerde faz dönüşümlerinin sağlanabilmesi
hedeflenmiştir.
Her yıl milyonlarca ton atık olarak ortaya çıkan yumurta kabuğundan elde edilen yumurta 
kabuğu zarı (YKZ) yüksek oranda protein içeriğiyle CSC'lerle kullanılabilecek doğal bir 
biyomalzeme olarak seçilmiştir. Yumurta kabuklarından ayrılan YKZ'den % 62.57 
verimle yumurta kabuğu zarı proteini (YKZP) elde edilmiş, kalsiyum sülfat (CaS) bazlı 
kemik çimentosu sentezlenerek kalsiyum sülfat dihidrat (CSD) ve kalsiyum sülfat 
hemihidrat (CSH) olmak üzere iki farklı CaS fazında toz elde edilmiş, elde edilen YKZP 
kullanılarak CSD ve CSH fazlarının mekanik dayanımına, morfolojisine ve yapısına 
katkısı incelenmiştir. Elde edilen YKZP, su ve CaCl2 sulu çözeltisi içerisine farklı katkı 
maddeleri eklenerek sertleşme çözeltileri hazırlanmış ve YKZP çözünürlük çalışmaları yapılmıştır. Hazırlanan sertleşme çözeltileri içerisinde en iyi çözünme sonuçlarına 
YKZP-Su, YKZP-Üre, YKZP-CaCl2(aq), filtrelenmiş YKZP-CaCl2(aq), YKZP-
CaCl2(aq)-Üre ve filtrelenmiş YKZP-CaCl2(aq)-Üre karışımları ile ulaşılmıştır. CaS 
sentezi kısmında farklı fazlarda CaS tozu (PPTN1, PPTN2 ve PPTN3) üretilmiştir. Elde 
edilen PPTN1, PPTN2 ve PPTN3 tozlarının, yapılan analizleri ile sırasıyla CSH, CSD ve 
CSD fazları içerdiği belirlenmiştir. CSH fazı içeren PPTN1 tozuna CaCl2 sulu 
çözeltisinde YKZP eklenilmesi, yalnızca su veya su ve YKZP eklenilmesi durumundan 
% 45 fazla mekanik dayanım sağlamasına neden olduğu görülmüştür. CSH fazı içerdiği 
tespit edilen PPTN1 tozu su ile karıştırıldığında CSH fazında değişiklik olmazken 
su/YKZP ile karıştırıldığında yapısında az miktarda CSD fazının olduğu ve YKZP/CaCl2 
sertleşme solüsyonu ile karıştırıldığında ise CSH faz yapısının tamamen CSD faz yapısına 
dönüştüğü görülmüştür. CSD fazı içeren PPTN3 tozuna YKZP eklenilmesi, su, 
su/YKZP/EtOH ve su/YKZP/Üre eklenilmesi durumundan yaklaşık % 240 fazla mekanik 
dayanım sağlanmasına neden olduğu görülmüştür. CSD fazı içeren PPTN3 tozu ile su, 
su/YKZP, su/YKZP/EtOH ve su/YKZP/üre ile karıştırıldığında CSD fazının değişmediği 
görülmüştür. CaCl2 sulu çözeltisinin CSD fazı içeren PPTN3 tozunun mekanik 
dayanımına etkisi olmadığı, CaCl2/YKZP ile karıştırıldığında CSD fazının mekanik 
dayanımını %300 fazla artırdığı görülmüştür. CSD fazı içeren PPTN3 tozu ile CaCl2 (aq), 
YKZP/CaCl2 ve YKZP/CaCl2/üre sertleşme solüsyonları karıştırıldığında CSD fazının 
değişmediği görülmüştür.
Yapılan çalışmalarda CSH fazı ile başlayıp YKZP ve CaCl2 ile karıştırıldığında CSD 
fazına geçiş yapan çimentoların mekanik dayanımının arttığı, mekanik dayanımı düşük 
olan CSD fazının faz dönüşümüne uğramaksızın üzerine eklenen proteinin çözünürlüğü 
artırıldığında CaCl2 gibi +2 yüklü iyon değerliğindeki bir malzeme ile tepkimeye 
girdiğinde mekanik dayanımının arttığı ve oluşturulan CaS bazlı kemik çimento 
sisteminin kemik doku onarımında kemik çimentosu olarak kullanılmasının mümkün 
olduğu görülmektedir.
Anahtar Kelimeler: kemik çimentosu, kalsiyum sülfat, yumurta kabuğu zarı proteini, 
protein çözünürlüğü, sertleşme solüsyonu, sertleşme reaksiyonu, sertleşme zamanı, 
enjekte edilebilirlik

Abstract:
Within the scope of the presented thesis, it is thought that protein doped bone cements 
promise potential in terms of biodegradability and strength. Therefore, by adding protein 
to calcium sulphate based bone cements (CSC), it is aimed to change the mechanical 
strength of the cement and to provide phase transformations in CSCs.
The eggshell membrane (ESM) obtained from the eggshell, which is produced as millions 
of tons of waste each year, has been selected as a natural biomaterial that can be used 
with CSCs with its high protein content. 62.57% yield of eggshell membrane protein
(ESMP) was obtained from ESM which was separated from eggshell, calcium sulphate 
(CaS) based bone cement was synthesized and two different CaS phases were obtained 
as calcium sulfate dihydrate (CSD) and calcium sulfate hemihydrate (CSH). The 
contribution of CSD and CSH phases to mechanical strength, morphology and structure 
was investigated by using ESMP. The hardening solutions were prepared by adding 
different additives to the obtained ESMP, water and CaCl2 aqueous solution and ESMP
solubility studies were performed. ESMP-Water, ESMP-Urea, ESMP-CaCl2 (aq), 
filtered ESMP-CaCl2 (aq), ESMP-CaCl2 (aq) -urea and filtered ESMP-CaCl2 (aq) and urea mixtures with the best dissolution results in prepared hardening solutions has been 
reached with. In the CaS synthesis part, CaS powder (PPTN1, PPTN2 and PPTN3) was 
produced in different phases. The obtained PPTN1, PPTN2 and PPTN3 powders were 
determined to contain CSH, CSD and CSD phases, respectively. Addition of ESMP in 
CaCl2 aqueous solution to PPTN1 powder containing CSH phase was found to cause 
45% greater mechanical strength than water or water and ESMP alone. When the PPTN1 
powder, which was determined to contain CSH phase, was mixed with water, there was 
no change in CSH phase, there was little CSD phase in the structure when mixed with 
water / ESMP, and when it was mixed with ESMP / CaCl2 hardening solution, the CSH 
phase structure was completely transformed into CSD phase structure. Addition of ESMP
to PPTN3 powder containing CSD phase resulted in approximately 240% greater 
mechanical strength than water, water / ESMP / EtOH and water / ESMP / Urea. It was 
observed that the CSD phase did not change when it was mixed with PPTN3 powder 
containing CSD phase with water, water / ESMP, water / ESMP / EtOH and water / ESMP
/ urea. It was observed that CaCl2 aqueous solution had no effect on the mechanical 
strength of PPTN3 powder containing CSD phase and when it was mixed with CaCl2 / 
ESMP it increased the mechanical strength of CSD phase by 300%. When the PPTN3 
powder containing CSD phase and CaCl2 (aq), ESMP / CaCl2 and ESMP/CaCl2/urea 
hardening solutions were mixed, it was observed that CSD phase did not change.
In the studies, it was recorded that the mechanical strength of the cements which started 
with CSH phase and mixed with ESMP and CaCl2 increased to CSD phase. It is seen that 
when the solubility of the added protein is increased without the phase transformation of 
CSD phase which has low mechanical strength, it reacts with a +2 charged ion valued 
material such as CaCl2, and its mechanical strength increases and it is possible to use the 
generated CaS based bone cement system as bone cement in bone tissue repair.
Keywords: bone cement, calcium sulphate, eggshell membrane protein, protein solubility, setting solution, setting reaction, setting time, injectibility