Şekil verilebilen ve gözenek boyutu ayarlanmış hidroksiapatit bulk malzeme sentezi /
Yazar: EYLÜL ODABAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ESİN AKARSU
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, radikalik katılma polimerizasyonu yöntemi kullanılarak, özel teflon kalıplar içerisinde, istenilen çap ve yüksekliğe sahip biyoaktif hidroksiapatit (HAP) partikülleri (dolgu maddesi) içeren kompozit malzemeler sentezlenmiştir. Elde edilen kompozit malzemeler, 70°C'de polimerleştirilmiştir. Farklı yüzey modifikasyon ajanlarının ve üç farklı metakrilik polimerin hazırlanan kompozit malzemelerin fizikokimyasal özellikleri üzerine etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir.  Daha sonra, hazırlanan kompozit malzemeler yapısındaki organik fazların sinterlenerek yapıdan uzaklaştırılmasıyla gözenekli yapıya hidroksiapatit bulk malzemeler hazırlanmıştır. Hazırlanan HAP bulk malzemelerin porozitesi ve mekanik özellikleri kıyaslamalı olarak değerlendirilmiştir.
	Yaş çöktürme yöntemiyle sentezlenen hidroksiapatit partiküllerinin morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, kristal yapısı ise X-ışını difraksiyonu (XRD) ile incelenmiştir. Yüzey modifikasyonu gerçekleştirilen hidroksiapatit partiküllerinin kimyasal yapısı FT-IR analizi ile aydınlatılmıştır. Sentezlenen kompozit malzemelerin sinterleme öncesi mikrosertlik değerleri, SBF çözeltisinde bekletilmeden önce ve bekletildikten sonra Vicker's sertlik yöntemi ile belirlenmiştir. Seçilen sistemlerin termal özellikleri termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri ile incelenmiştir. Kompozit sistemlerin, fosfat tamponlu salin (PBS) çözeltisi içerisindeki (dietilen glikol) dimetakrilat (DEGDMA), (trietilen glikol) dimetakrilat (TEGDMA) ve (tetraetilen glikol) dimetakrilat TEeGDMA monomer türü salımı (%) yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC) cihazı ile, kalsiyum salım oranları (%) ise atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS) cihazı kullanılarak belirlenmiştir. HAP temelli kompozit malzemelerin sinterlenmesinin ardından elde edilen HAP bulk malzeme örneklerine ait toplam gözeneklilik (%) ve gözenek boyutu dağılımları, cıva porozimetresi testi ile gerçekleştirilmiştir. Buna ek olarak, polimer matriksin hazırlanması amacıyla tercih edilen artan zincir uzunluğuna sahip monomer türlerinin, mekaniksel dayanım ve toplam gözeneklilik (%), gözenek boyutu dağılımı üzerindeki etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir.
	Modifikasyon işlemleri ile elde edilen kompozitlerin termal dayanımı ve mekaniksel özellikleri geliştirilmiş, ayrıca SBF çözeltisinde bozunma dirençleri artırılmıştır. Gözeneklilik ve gözenek boyutu dağılımının kontrol edilmesiyle, bu malzemelerin biyouyumluluğu optimize edilmiştir. Literatürde yer alan mekaniksel dayanım ve gözeneklilik arasındaki ters korelasyon göz önünde bulundurulduğunda, yüzey modifikasyonu ile bu durumun başarıyla tersine çevrilebilmiş olması doktora tez çalışmasının en önemli bulgularından biridir. Bahsi geçen sistemler; MH-50DM, MH-50TGDM ve PaH-50DM, PaH-50TGDM sistemlerinde gözlenmiş olup, yaklaşık %70 gözenekliliğe kadar, artan gözeneklilikle birlikte artan mekaniksel dayanım sergilemiştir. Özellikle, MPTS ile modifiye edilen sistemlerin en yüksek termal ve mekanik performansı sergilediği belirlenmiştir. En yüksek %gözeneklilikte, referans sisteme kıyasla maksimum mekaniksel dayanım davranışı sergilemesinden dolayı MH-50TEeDM sistemi optimum sistem olarak belirlenmiştir. Bu bulgular, biyomalzeme olarak kullanım potansiyelini artırarak, hücre göçü ve doku infiltrasyonu gibi biyolojik süreçleri destekleyebilecek nitelikte kompozitlerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.

Abstract:
In this study, composite materials containing bioactive hydroxyapatite (HAP) particles (filler) with the desired diameter and height were synthesized in special Teflon molds using the radical addition polymerization method. The obtained composite materials were polymerized at 70°C. The effects of different surface modification agents and three different methacrylic polymers on the physicochemical properties of the prepared composite materials were examined in detail. Subsequently, hydroxyapatite bulk materials with a porous structure were prepared by removing the organic phases from the structure of the prepared composite materials through sintering. The porosity and mechanical properties of the prepared HAP bulk materials were evaluated comparatively.
The morphology of the HAP particles synthesized by the wet precipitation method was examined with scanning electron microscopy (SEM), and their crystal structure was analyzed with X-ray diffraction (XRD). The chemical structure of surface-modified hydroxyapatite particles was elucidated with FT-IR analysis. The microhardness values of the synthesized composite materials before sintering were determined using the Vicker's hardness method, both before and after being kept in SBF solution. The thermal properties of the selected systems were investigated using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) analyses. The release of (diethylene glycol) dimethacrylate (DEGDMA), (triethylene glycol) dimethacrylate (TEGDMA), and (tetraethylene glycol) dimethacrylate (TEeGDMA) monomers in phosphate-buffered saline (PBS) solution was determined with high-performance liquid chromatography (HPLC), and the calcium release rates (%) were determined using atomic absorption spectroscopy (AAS). The total porosity (%) and pore size distributions of the HAP bulk material samples obtained after sintering the HAP-based composite materials were performed with mercury porosimetry tests. Additionally, the effects of the monomer types with increasing chain lengths preferred for preparing the polymer matrix on mechanical strength, total porosity (%), and pore size distribution were examined in detail.
The thermal stability and mechanical properties of the composites obtained with modification processes were improved, and their degradation resistance in SBF solution was increased. By controlling porosity and pore size distribution, the biocompatibility of these materials was optimized. Considering the inverse correlation between mechanical strength and porosity in the literature, the successful reversal of this situation with surface modification is one of the most significant findings of this doctoral thesis. These systems were observed in the MH-50DM, MH-50TGDM, PaH-50DM, and PaH-50TGDM systems, exhibiting increased mechanical strength with increasing porosity up to approximately 70% porosity. Especially, the systems modified with MPTS were determined to exhibit the highest thermal and mechanical performance. The MH-50TEeDM system was identified as the optimal system due to exhibiting maximum mechanical strength behavior at the highest % porosity compared to the reference system. These findings contribute to the development of composites that can support biological processes such as cell migration and tissue infiltration, thereby increasing the potential for use as biomaterials.