Halloysit nano tüplerin (HNT) üç farklı biyocam-seramik sisteminde mekanik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of halloysite nano tubes (HNT) on the mechanical properties of three different bioglass-ceramic systems
Yazar: MERVE SAFİTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. NESLİHAN TAMSÜ SELLİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bir dokuyla, organla ya da beden fonksiyonuyla yer değiştirilmede, iyileştirilmede kullanılan sentetik ya da doğal maddeler veya bunların karışımları şeklinde ifade edilen biyomalzemeler, yalnızca implant değil korporeal cihazlarda (vücut dışına yerleştirilen ama vücutla etkileşim halindeki cihazlar, diyaliz cihazları gibi,) çeşitli eczacılık ürünlerinde, teşhis kitlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyomalzeme olarak kullanılan biyoseramikler, polikristalin yapılı seramik (alümina ve hidroksiapatit), biyoaktif cam, biyoaktif cam-seramikler veya biyoaktif kompozitler (polietilen hidroksiapatit) şeklinde hazırlanabilmektedir. Biyocamlardan farklı olarak, biyocam-seramikler, ana cam matriks mikroyapısı içinde oluşan kararlı kristal fazlarla desteklenir. Biyocam-seramikler için kristallerin cam matris içerisinde oluşturulması, özellikle düşük olan mukavemetlerini arttırmak açısından son derece önemlidir. Bu tez çalışmasında, literatürde en fazla kullanılan ve biyoaktivitesi yüksek olan 3 ana cam matrisi üzerinden gidilerek bu ana matriks içerisine nanoboyutlu halloysit tüpleri katkılandırılmıştır. Halloysitlerin, biyocam seramiklerde cam seramik kompozisyonu içerisine doğası gereği nano boyutlu halloysit tüplerine sahip halloysit kilinin katkılanmasıyla cam-seramiklerin düşük olan mukavemetlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Halloysit ilavesi ile kristaller arasında sinerjik bir etki yaratılarak maksimum mekanik mukavemet değerine çıkmak amaçlanmaktadır. 1. Sistemdeki kompozisyon temelde SiO2-CaO-P2O5-Na2O içeren genel olarak kullanılan biyocam-seramik kompozisyonudur. Bu kompozisyona halloysit nanotüpleri ilave edilerek mekanik mukavemeti yüksek camların hazırlanması sağlanmak istenmiştir. 2. Sistemdeki kompozisyon (SiO2-Al2O3-MgO-CaO-CaF2-P2O5-Na2O-B2O3) apatit/wollastonit kristallerinin oluşması beklenen kompozisyondur. Bu kompozisyona halloysit ilavesi ile kristaller arasında sinerjik bir etki yaratılarak maksimum mekanik mukavemet değerine çıkmak amaçlanmıştır. 3. Sistemdeki kompozisyonda (CaO-MgO-SiO2-P2O5-Na2O) ise apatit/diopsit kristallerinin oluşumu hedeflenmiştir. Yuvarlak diopsit kristalleri ve aynı zamanda tübiler yapıdaki halloysit nano tüplerin homojen olarak matrikste hem mekanik mukavemeti yüksek hem de kolay işlenebilir biyomalzemelerin elde edilmesi amaçlanmaktadır. Sem analizi, XRD analizi ve vickers sertlik deneyi yapılarak bu 3 farklı sisteme sahip biyocam-seramik malzemelerin halloysit katkısıyla sahip oldukları mekanik özellikleri, kırılma toklukları, kristal oluşumları ve kimyasal kompozisyonları hakkında bilgi edinilmiştir.

Abstract:
Biomaterials, which are defined as synthetic or natural substances or mixtures of these used to replace or improve a tissue, organ or body function, are used not only in implants but also in corporeal devices (such as devices placed outside the body but interact with the body, dialysis devices), various pharmaceutical products, It is also widely used in diagnostic kits. Bioceramics used as biomaterials can be prepared as polycrystalline ceramics (alumina and hydroxyapatite), bioactive glass, bioactive glass-ceramics or bioactive composites (polyethylenehydroxyapatite). Unlike bioglasses, bioglass-ceramics are supported by stable crystalline phases formed within the main glass matrix microstructure. For bioglass-ceramics, forming crystals within the glass matrix is extremely important in terms of increasing their especially low strength. In this thesis study, three main glass matrices that are most used in the literature and have high bioactivity were used and nanosized halloysite tubes were added to this main matrix. It has been observed that the low strength of glass-ceramics increases by adding halloysite clay, which naturally has nano-sized halloysite tubes, into the glass-ceramic composition of bioglass ceramics. The aim is to increase the maximum mechanical strength value by creating a synergistic effect between the crystals with the addition of halloysite. The 1. composition in the system is basically the generally used bioglass-ceramic composition containing SiO2-CaO-P2O5-Na2O. By adding halloysite nanotubes to this composition, glasses with high mechanical strength were prepared. The 2. composition in the system (SiO2-Al2O3-MgO-CaO-CaF2-P2O5-Na2O-B2O3) is the composition in which apatite/wallostonite crystals are formed. By adding halloysite to this composition, it is aimed to increase the maximum mechanical strength value by creating a synergistic effect between the crystals. In the composition of the 3rd system (CaO-MgO-SiO2-P2O5-Na2O), the formation of apatite/diopside crystals was achieved. It is aimed to obtain biomaterials that have both high mechanical strength and are easily processable in a homogeneous matrix of round diopside crystals and also tubular-structured halloysite nanotubes. By performing SEM analysis, XRD analysis and Vickers hardness test, information was obtained about the mechanical properties, fracture toughness, crystal formations and chemical compositions of bioglass-ceramic materials with these 3 different systems with the addition of halloysite.