Nano boyutlu hidroksiapatit kristalizasyonunun polielektrolitlerle kontrolü
Control of nano size haydroxyapatite crystallization by polyelectrolytes
Yazar: ÖZLEM DOĞAN
Danışman: PROF.DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
ÖZET Gelişmiş ve gelişmekte olan teknolojiler inorganik kristallerin yapısı, büyüklüğü ve morfolojisini kontrol edebilecek kristalizasyon prosesine gerek duymaktadır. Bu isteğin uzun yıllardan bu yana olmasının nedeni, pek çok malzeme üretimi belirli bir boyut ve şekilde parçacıklar gerektirmektedir. Kristal büyüme prosesini ve çekirdek oluşumunu (nükleasyon) düzenleyecek ve kontrol edebilecek termodinamik ve kinetik faktörler çok olmasına rağmen, özel tasarım amaçlı ekonomik kristal maddelerin tekrarlanabilir üretimi en önemli araştırma konularından biridir. Diğer yandan bazı moleküllerin kristalizasyon kontrolünde büyük rol aldığı bilinmektedir ve bu konuya biyomineralizasyon alanında yapılan çalışmalar ışık tutmaktadır. Genelde biyomineraller kalsiyum karbonat, kalsiyum fosfat ve diğer minerallerin polimerik doku maddesine çökmesiyle oluşur. Organik polimer matrisinin mikro yapının kontrolünde anahtar görevi gördüğü düşünülmektedir. Bu biyolojik katı hal reaksiyonunun anlaşılması pek çok alanda önem taşımaktadır. Bu çalışmada, polimerik katkı maddelerinin hidroksiapatit (HAP) kristalizasyonuna etkisi kristal aşılama metodu kullanılarak aşın doymuş kararlı kalsiyum fosfat çözeltisinde incelenmiştir. Aşı kristaller SEM, BET, FT-IR ve X-ışınlan toz difraksiyon metotları ile karakterize edilmiştir. Polimerik katkı maddesi olarak PAA (poliakrilik asit), PMAA (polimetakrilik asit) homopolimerleri ve farklı molekül ağırlığına ve farklı asit içeriğine sahip poli(etilen glikol-b-akrilik asit), poli(etilen glikol-b-metakHlik asit) kopolimerleri kullanılmıştır. HAP kristalizasyonunun kinetik sonuçlan, kristal büyüme deneyleri süresince reaktif konsantrasyonlarının sabit tutulduğu sabit kompozisyon metodu kullanılarak elde edilmiştir. Polimer yapısının ve polimer konsantrasyonunun kristalizasyon prosesinin hızım etkilediği görülmüştür. Kristalizasyon reaksiyonlan Langmuir adsorpsiyon modeli ile açıklanmıştır. Aynca yerinde büyütme (in-situ growth) yöntemiyle kompozit malzeme elde edilmeye çalışılmış, vinilfosfonik asit-4-vinilimidazol (VPA-co-4-VIm) kopolimerleri üzerinde HAP kristalinin birikme hızı incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Hidroksiapatit, kristalizasyon, nükleasyon, polimerik katkı maddeleri, biyomineralizasyon. xı

Abstract:
ABSTRACT Many current evolving technologies require crystallization strategies that provide control over the structure, size and morphology of inorganic crystals. This demand exists because many areas of materials fabrication involve particles of modal size and shape. However, although knowledge of the thermodynamic and kinetic factors which might regulate nucleation and control the crystal growth process is extensive, the reproducible fabrication of economic crystalline materials to specific design remains an elusive goal. Much of our awareness of molecular influences on oriented crystallization has come from the study of biomineralization. In general, biominerals are formed by the precipitation of calcium carbonate, calcium phosphate and other minerals within polymeric tissue matrices. It is thought that the organic polymer matrix is the key to the micro structural control. An understanding of biological solid-state interactions would therefore be of immense value in many areas. In this work the individual effect of polymeric additives for the hydroxyapatite (HAP) crystallization were investigated by seeding stable supersaturated calcium phosphate solutions with crystals. The seed crystals were characterized by SEM, BET, FT-IR, X-Ray powder diffraction methods. The polyacrylic acid, polymethacrylic acid homopolymers and poly(ethylene glycol-h-acrylic acid), poly(ethylene glycol-b-methacrylic acid) copolymers with different molecular weights and acid contents have been used as additives. Kinetic results of HAP crystallization were obtained using the constant composition method where the concentration of the reactants is kept constant during the course of the crystal growth experiment. The rate of HAP crystallization was affected by the polymer architecture and polymer concentration. The crystallization reactions were interpreted in terms of the Langmuir adsorption isotherm. In this study we have used phosphorus-containing polymers namely poly(vinylphosphonic acid-co-4vinylimidazole) copolymers for the induction of the overgrowth of HAP from aqueous supersaturated solutions. Keywords: Hydroxyapatite crystallization, nucleation, polymeric additives, biomineralization. xn