Yüksek dolgulu β-trikalsiyum fosfat süspansiyonlarının perkolasyon ve enjekte edilebilirlik davranışlarının optimize edilmesi
Optimizing percolation and injectability behavior of highly filled β-tricalcium phosphate suspensions
Yazar: SERDAR KULAKOĞLU
Danışman: PROF. DR. EMRE YALAMAÇ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM ŞAHİN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Son yıllarda kalsiyum fosfat çimentolarının kemik onarım ve tedavilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Perkütan cerrahi yöntemlerinin gelişmesi ile, kalsiyum fosfat çimentolarının enjeksiyon davranışlarını incelenmesine ilgi duyulmuştur. Bu çalışmanın amacı yüksek dolgulu  β-Trikalsiyum Fosfat (β-TKF) süspansiyonlarının perkolasyon (sıvı faz ayrışması) ve enjekte edilebilirlik (basınç uyarlı akış kararlılığı) davranışları kapiler akış süreç parametreleri ve Hidroksietil selüloz (HEC), polietilen glikol (PEG-400) katkıları faktöriyel deney tasarımı kullanılarak incelenmiştir. Artık değer sonuçlarına göre modelin uygunluğu teyit edilmiştir. Hazırlanan süspansiyonlar kapiler ve düşük salınımlı reometreler ile karakterize edilerek  β-TKF süspansiyonun akış davranışları detaylı olarak incelenmiştir. Ağırlık yüzdesi iki olarak belirlenen HEC katkısı yüksek dolgulu  β-TKF süspansiyonunu reolojik özellikler olarak en olumlu etkileyen parametre olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, enjeksiyon hızı 15 mm/dk. ve nozül çapı ve uzunluğu oranı 15 olduğu süreçte enjekte edilebilirlik oranı %99,21 oranında başarılı olarak tespit edilmiş ve perkolasyon yüzde değeri 0,82 olarak en düşük değerde olduğu tespit edilmiştir. Ağırlıkça %2 HEC içinde 10 mg/ml PEG-400 katkısı lubrikatif etki sağlayarak enjeksiyon kuvvetini önemli oranda azaltmıştır. Kapiler reometre kuvvet-yer değiştirme grafikleri her bir proses ve sıvı faz katkı maddeleri parametresine göre incelenmiş ve ağırlıkça %2 HEC içeren süspansiyonlar genellikle stabil akış davranışı göstermiştir. Sıvı faz katkı maddeleri bu aralıktan az olduğu süspansiyonlarda önemli ölçüde perkolasyon gözlemlenmiş ve etkileşim grafikleriyle deney tasarımı sonuçlarında gösterilmiştir. Kapiler reometre sonucunda kuvvet yasası için tanımlanan "n" parametresinin en yüksek değeri 0,515, ağırlık yüzdesi 2 olan HEC katkılı süspansiyon numunesinde hesaplanmıştır. En düşük "n" parametresi sulu süspansiyonda gözlemlenmiş ve 0,133 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In recent years, calcium phosphate cements have been widely used in bone repair and treatment. The development of percutaneous surgical methods has been interested in the study of the injection behavior of calcium phosphate cements. The aim of this study was to examine the factors affecting the experiment using percolation (liquid phase separation) and injectability (pressure adaptive flow stability) behaviors of highly filled β-Tricalcium phosphate suspensions), using capillary flow process parameters, Hydroxyethyl cellulose (HEC) and Polyethylene Glycol (PEG-400) additives which depicts the effects of factorial design. According to the injectability and percolation responses, the suitability of the model was confirmed by the residual value results. The prepared suspensions were characterized by capillary and low-oscillation rheometers. The flow behavior of the β-TCP suspension was examined in detail. HEC additive weight percentage is determined as 2 wt.%, has been identified as the parameter that most positively affects the highly filled β-TCP suspension as rheological features). In addition, when the injection rate was 15 mm/min, and the nozzle diameter and length ratio was 15 that was injected successfully with a rate of 99.21% and the percolation (%) value was found to be the lowest as 0.82. 10 mg/ml PEG-400 in 2 wt.% HEC provided a lubricative effect, significantly reducing the injection force. Capillary rheometry force-displacement graphs were examined according to each process and add-on parameter, and suspensions containing 2% HEC by weight generally showed stable flow behavior. Significant percolation was observed in suspensions where the liquid phase add-ons were less than this range and the interaction graphs and experimental design results showed it. As a result of capillary rheometry, the n parameter defined for the force law power law was the HEC-doped suspension with the highest percentage of weight determined as 2 wt.% and was 0.515. The lowest n parameter was observed in aqueous suspension and calculated as 0.133.