Biyomimetik yöntem ile hidroksiapatit sentezi ve uygulamaları
Hydroxyapatite synthesis by biomimetic method and applications
Yazar: SERBÜLENT TÜRK
Danışman: PROF. DR. MAHMUT ÖZACAR ; PROF. DR. CUMA BİNDAL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyolojik parçalanma = Biodegradation ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyomimetik yaklaşım = Biomimetic approach ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Kontrollü ilaç salımı = Controlled drug release ; Mikrogözenek = Microporous ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bu çalışmada yapay vücut sıvısı (SBF) kullanılarak hidroksiapatit (HA) ve Kalsiyum-Fosfat (CaP) fazları biyomimetik yöntem ile biyomineralizasyon sonucu toz halde, indirgenmiş grafen oksit üzerinde, farklı ön yüzey işlemlerden geçirilmiş Titanyum yüzeyinde, liyofilizasyon ile oluşturulmuş olan 3B gözenekli kolajen/fonksiyonellendirilmiş çoklu duvarlı karbon nanotüp/kitosan yapı iskelesi üzerinde ve Ti6Al4V alaşımı üzerinde sentezlenmiştir. Sentez yönteminin kıyaslamasının yapılması için ayrıca sol-jel ile de HA sentezi gerçekleştirilmiştir. Bunlara ilaveten biyomimetik yöntemle Ag, Zn veya Co katkılı HA sentezi ve ardından fonksiyonellendirilmiş Ti üzerinde Ag, Zn veya Co katkılı HA/fMWCNT kompozitinin kaplanması gerçekleştirilmiştir. Son olarak ilaç taşıyıcı sistem olan NCQDs/Dox/HA hidrojeli geliştirilmiştir.
Sentezlenen HA, trikalsiuum fosfat (TCP), brushit, indirgenmiş grafen oksit, ön yüzey işlemleri sonrası Ti ve Ti6Al4V, fonksiyonellendirilmiş karbon nanotüp, Ag, Zn veya Co katkılı HA, fonksiyonellendirilmiş Ti, Azot katkılı karbon kuantum noktalar, kaplamalar, 3 Boyutlu Gözenekli yapı iskeleler ve hazırlanan hidrojellerin karakterizasyonları, yapılar arasındaki etkileşimleri ile incelemeleri XRD, SEM, FESEM, TEM, Raman ve FTIR spektrofotometresi, zeta potansiyeli, DLS, TGA, EDS, XPS, EIS, BET, UV-Vis, optik mikroskop, MTT, temas açısı, yüzey enerjisi, basma testi, yapışma testi, jelleşme süresi, enjekte edilebilirlik, DST ölçümleri, antibakteriyel aktivite, normal ve kanserli hücreler üzerinde ilaç salınımı ölçümü, biyogörüntüleme ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar sonucunda, farklı morfolojilere sahip biyomimetik HA'nın, farklı Ca kaynağı ile SBF'de mikrodalga destekli biyomimetik yöntem kullanılarak sentezlenebileceği; GO biyomineralizasyonunun indirgenme oranı değiştirilmesi ile hızlandırılabileceği; Ti yüzeyinin HA kaplanmasında farklı ön yüzey işlemlerinin kaplama sürecine farklı etki ettiği; Col/fMWCNT/CS/HA 3B gözenekli kemik iskelesinin süngerimsi kemik için uygun olduğu; CaP fazı olup kemik oluşumunda öncü olan brushit fazının SBF'nin modifiyesi ile biyomimetik koşullarda mümkün olduğu; çözelti ortamının sol-jel metodu ile sentezlenen HA özelliklerine etkidiği; Ag, Zn veya Co katkılı HA'nın biyomimetik sentezinin mümkün olduğu ve Ti yüzeyinin fonksiyonellendirilmesinin Ag, Zn veya Co katkılı HA/fMWCNT kompoziti ile etkileşimlerini arttırdığı; HA katkılı üretilen NCQDs/Dox/HA hidrojelinin in-vivo akıllı ilaç dağıtım sistemi olarak kullanılması açısından ümit vaat ettiği bulunmuştur.

Abstract:
In this study, hydroxyapatite (HA) and Calcium-Phosphate (CaP) phases using biomimetic method using biomimetic method, powdered, 3D porous collagen/functionalized multi-walled carbon nanotube/chitosan on the reduced graphene oxide on Titanium surface that has undergone different pretreatment. synthesized on Ti6Al4V alloy on scaffold. Hydroxyapatite synthesis was also performed with sol-gel to compare the synthesis method. In addition to these, synthesis of Ag, Zn or Co doped HA by biomimetic method and then coating of functionalized Ti with Ag, Zn or Co doped HA/fMWCNT composite was performed. Finally, the drug delivery system NCQDs/Dox/HA hydrogel was developed.
Synthesized hydroxyapatite, tricalcium phosphate, brushit, reduced graphene oxide, Ti and Ti6Al4V after pre-surface treatments, functionalized carbon nanotube, Ag, Zn or Co doped HA, functionalized Ti, Nitrogen doped carbon quantum dots; Characterization, interactions and examinations of the coatings and 3 dimensional porous scaffolds, hydrogels prepared, XRD, SEM, FESEM, TEM, Raman and FTIR spectrophotometry, zeta potential, DLS, TGA, EDS, XPS, EIS, BET, UV-Vis, optical microscope, MTT, contact angle, surface energy, compression and adhesion test, gelling time, injectability, DST measurements, antibacterial activity, drug release measurement on normal and cancerous cells and bioimaging measurements. As a result of the studies, biomimetic HA with different morphologies can be synthesized by using microwave assisted biomimetic method in SBF with different Ca source; biomineralization of GO can be accelerated by changing the reduction rate; in the HA coating of Ti surface, different front surface processes have different effects on the coating process; Col/fMWCNT/CS/HA 3D porous bone scaffold is suitable for spongy bone; a CaP phase and the brushit phase leading to bone formation are possible in biomimetic conditions with the modification of SBF; the solution ratio of HA produced by sol-gel method affects the synthesized HA properties; biomimetic synthesis of Ag, Zn or Co doped HA is possible, and functionalization of Ti surface increases interactions with Ag, Zn or Co doped HA/fMWCNT composite; it has been found that NCQDs/Dox/HA hydrogel produced with HA additives promises to be used as an in-vivo smart drug delivery system.