Bor oksit katkılı somon kalsiyum fosfat esaslı biyoseramik kompozitlerin özellikleri ve karakterizasyonu
Properties and characterization of boron oxide doped salmon calcium phosphate based bioceramic composites
Yazar: MERVE BAŞ
Danışman: PROF. DR. SİBEL DAĞLILAR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVRİYE KALKANDELEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Kalsiyum fosfat (CaP) seramikler, kemik ve diş gibi sert dokulara kimyasal ve yapısal olarak benzeyen, hücre yapışmasını ve çoğalmasını destekleyen, zayıflayan kemik dokunun onarımında veya imlant üzerine kaplama malzemesi olarak tercih edilen biyoseramik malzemelerdir. CaP seramiklerinin kararlı bir fazı olan hidroksiapatit (HA) ve yüksek çözünürlüğe sahip trikalsiyum fosfat (TCP) fazının bir araya gelmesiyle oluşturulan bifazik kalsiyum fosfat (BCP) yapılar, belirli bir dereceye kadar kontrol edilebilen bozunma oranına sahip olması nedeniyle kemik doku uygulamalarında avantaj sağlamaktadır.
BCP yapı elde etmek için basit ve düşük maliyetli bir yöntem olan kalsinasyon yöntemi kullanılmış, somon balık kemikleri 800 °C'de 3 saat kalsine edilmiştir (sCaP). sCaP'nin mekanik ve biyouyum özelliklerini geliştirmek için ağ. %1, 2.5, 5, 7.5 ve 10 oranında bor oksit (B2O3) tozu ilave edilerek sCaP-B2O3 kompozitleri oluşturulmuştur. Saf sCaP tozları ve kompozitler pelet haline getirilmiş, 1000, 1100, 1200 ve 1300 °C sıcaklıklarda 4 saat sinterlenmiş, sinterlemenin ve B2O3 katkısının sCaP'ye etkisi araştırılmıştır. Numunelerin DTA/TGA, DLS, XRD, FTIR, SEM-EDS, yoğunluk, mikrosertlik, basma dayanımı, elastiklik modülü ve biyouyum analizleri yapılmıştır.
Kalsinasyon sonucu sCaP tozlarının XRD faz analizinde BCP bir yapı meydana gelmiş, B2O3 katkılı kompozitlerde ise BCP'nin yanı sıra büyük oranda borapatit yapı meydana gelmiştir. sCaP'ye ağ. %1 B2O3 katkısı mekanik özellikleri bir miktar artırırken, daha yüksek B2O3 katkısı mekanik özellikleri olumsuz yönde etkilemiştir.
Numunelerin FTIR spektrumlarında tipik CaP bantlarına ek olarak borat gruplarıyla ilgili BO2 ve BO3 bantları da gözlenmiştir. MTT sitotoksisite analizinde %2,5'a varan B2O3 katkısının hücre canlılığını artırdığı, daha fazla B2O3 eklenmesinin bazı toksik etkilere neden olduğu görülmüştür.

Abstract:
Calcium phosphate (CaP) ceramics are bioceramic materials that are chemically and structurally similar to hard tissues such as bones and teeth, are biocompatible, support cell adhesion and proliferation, and are preferred as a coating material on the repair of weakened bone tissue or on implants. Biphasic calcium phosphate (BCP) structures, which are formed by the combination of hydroxyapatite (HA), a stable phase of CaP ceramics, and tricalcium phosphate (TCP) phase with high solubility, provide advantages in bone tissue applications due to their controllable degradation rate.
Calcination method, which is a simple and low cost method, was used to obtain BCP structure, salmon fish bones were calcined for 3 hours at 800 °C (sCaP). In order to improve the mechanical and biocompatibility properties of sCaP, 1, 2.5, 5, 7.5 and 10 wt% boron oxide (B2O3) powder was added and sCaP-B2O3 composites were formed. Pure sCaP powders and composites were made into pellets, sintered for 4 hours at 1000, 1100, 1200 and 1300 °C temperatures, and the effect of sintering and B2O3 additive on sCaP was investigated. DTA/TGA, DLS, XRD, FTIR, SEM-EDS, density, microhardness, compression strength, modulus of elasticity and biocompatibility of samples were analyzed.
As a result of calcination, a BCP structure was formed in the XRD phase analysis of sCaP powders, and in B2O3 doped composites, a large proportion of borapatite structure was formed in addition to BCP. While the 1% B2O3 contribution slightly increased the mechanical properties, the higher B2O3 contribution negatively affected the mechanical properties. In addition to the typical bands of CaPs in the FTIR spectra of the samples, BO2 and BO3 bands related to the borate groups were observed. In MTT cytotoxicity analysis, it was observed that in samples up to 2.5% B2O3 contribution increased cell viability, more B2O3 added caused some toxic effect.