Tam faktöriyel deney tasarımı tekniği ile hidroksiapatit kaplı titanyum implant malzemelerin mekanik özellikleri üzerine parametrelerin etkisi
Parameter effects on mechanical properties of HA coated titanium implant materials with full factorial design of experiment technique
Yazar: ZEYNEP ZÜMRÜT
Danışman: PROF. DR. YILMAZ TAPTIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Hidroksiapatit seramik = Hydroxyapatite ceramic ; Plazma püskürtme = Plasma spraying ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Titanyum = Titanium ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Malzeme bilimi içinde çalısmalara yeni baslanmıs olmasına karsın, biyomalzemeörnekleri insan yasamında çok eskiden hatta milattan öncesinden bu yana yeralmaktadır. Yapay göz ve dental uygulamalarının yanı sıra ortopedi ve travmatolojialanlarında da implant malzemesi olarak genis kullanıma sahiptirler.Biyomalzemelerde, özellikle implantlar için biyouyumluluk çok önemlidir. Yanimalzeme insan vücudunda herhangi bir reaksiyona, alerjiye, pıhtı ya da iltihabaneden olmamalıdır. Biyouyumluluğun sağlanması için çesitli implant malzemeleri(paslanmaz çelik, kobalt alasımları, titanyum alasımları) kullanılmıstır. Ancak sonyıllarda mekanik ve kimyasal özelliklerinin iyi olmasının yanı sıra insan vücuduna enuyumlu ve en hafif metal olan titanyum ile çalısılmaya baslanmıstır. Titanyumunmekanik özelliklerinden fayda sağlanırken, seramik malzemelerden kemik yapısınabenzer olan hidroksiapatit kaplama ile de biyouyumluluğun arttırılması yönündeçalısmalar yapılmıstır.Bu çalısma kapsamında ise, kemik yapısının inorganik yapısında olması, insanvücuduna yerlestirilen implantın çevresindeki kemik ile bütünlesmesini ve güçlü birbağ olusturmasını hızlandırması sebebiyle saf titanyum altlık malzeme üzerinehidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) ve TiO2 tozları kullanılarak plazma sprey kaplamayapılmıstır. Bağlanma katmanı, hidroksiapatite ilave edilen TiO2 %'si ve spreymesafesi parametreleri üç seviyeli olarak seçilmis ve kaplamalar tam faktöriyeldeney tasarımı tekniği kullanılarak plazma spreyleme teknolojisi ilegerçeklestirilmistir. Deneyler sonucunda elde edilen hidroksiapatit (HA)kaplamaların metalografik ve mekanik özellikleri incelenmis ve kaplamalarınyapısma mukavemetleri üzerine seçilen parametrelerin etkileri değisimlerin analizi(Analysis of Variance, ANOVA) ve regresyon analizleri yapılarakdeğerlendirilmistir.Bu çalısma sonucunda; titanyum implant üzerine yapılan hidroksiapatit kaplamanıniçeriğindeki TiO2 tozunun kaplama mukavemeti üzerinde olumlu etkisi olduğugörülmüstür. Yapılan analizler sonucunda en etkili parametre TiO2 %'si olarakbelirlenmis ve sprey mesafesi de ikinci sırada yer almıstır.

Abstract:
Despite the studies in material science have been recently accelarated, biomaterialshave taken place in human life for a long period of time starting Before Christ.Biomaterials, as implants, have wide areas of useage in human body covering fromartificial eye, dental applications, orthopedic and to traumatology areas.Biocompatibility is important, in biomaterials, especially for implants. In otherwords, materials to be chosen as implants must not cause any reaction, allergy, clotor inflammation. So far as implant materials stainless steel, cobalt alloys andtitanium alloys) have been utilized. However, lately besides its good mechanical andchemical properties, titanium, being has the lightest, has been selected to be the mostpreferred. Studies on titanium recently aim increasing its biocompatibility byhydroxyapatite coatings that have similar chemical properties to bone structures.In the scope of this study, pure titanium surface is coated by using hydroxyapatite(Ca10(PO4)6(OH)2) and TiO2 powders by plasma spray coating method. This coatingaccelerates the integration and bonding of inserted implants into the human body.Parameters selected for this study are: addition of TiO2 to hydroxyapatite sprayingdistance parameters are defined as three stages and coatings are performed withplasma spray and bond coat presence. Experiments were designed using full factorialdesign technique. Coatings were subjected to metallographical, mechanical andsurface characterization. In addition, tensile strengths of coatings were analysed byANOVA and regression analyses in order to understand that the effect of parameterschosen on the adhesion strength of coatings. As a result of the study, TiO2 addition inhydroxyapatite coatings have positive effects on tensile strengths.