Biyomedikal uygulamalar için titanyum implantların mikro ve nano yapılı titanyum oksit filmler ile kaplanması ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of micro and nano structured titanium oxide films produced on titanium implant for biomedical applications
Yazar: TUNCAY DİKİCİ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TOPARLI
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry ; Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Titanyum ve titanyum alaşımları sahip oldukları yüksek korozyon direnci, mekanik dayanım ve mükemmel biyouyumluluk özelliklerinden dolayı biyomedikal uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Biyomalzemeler vücut içine yerleştirildikten sonra implant yüzeyi ile biyolojik sıvı, hücreler ve dokular arasında bir dizi etkileşim meydana gelir. Yüzey pürüzlülüğü, yüzey topografyası, kimyasal kompozisyonu ve ıslanabilirliği implantın uygulamadaki başarısını doğrudan etkileyen özelliklerdir.
Son yıllarda implant üreticilerinin, nano yapılı yüzey modifikasyonuna yönelik çalışmalarını yoğunlaştırdığı bilinmektedir. Nano yapılı titanyum yüzeylerin protein adsorpsiyonu ve osteblastik hücrelerin adhezyonundaki artışı nedeniyle osseointegrasyonu hızlandırdığına dair veriler mevcuttur. Bu tez çalışmasında da implant yüzeyleri kumlama ve dağlama işlemleri ile modifiye edilip, bu yöntemle elde edilen konvensiyonel mikro pürüzlü titanyum yüzeylerinde anotlama prosesi yardımıyla nano yapılı TiO2 filmler oluşturulmuştur. Çalışmanın bir diğer bölümünde ise titanyum örneklerin yüzeyleri mikro poroz TiO2 film ile kaplanmıştır. Yüzey modifikasyonuna tabi tutulan titanyum örneklerinin özellikle yüzey morfolojisi, yüzey topografyası, yüzey pürüzlülüğü ve ıslanabilirlikleri incelenmiş ve analiz edilmiştir. Ayrıca mikro ve nano yapılı TiO2 filmler içinde mekanik özellikler açısından bir karşılaştırma çalışması yapılmıştır.
Sonuç olarak; titanyumun yüzeyinde mikro pürüzlendirme işleminden sonra nanoporoz TiO2 filmlerin oluşturulması sonucu yeni bir mikro ve nano tekstürlü implant yüzeyi elde edilmiştir. Kumlama/dağlama sonrası yapılan anotlama ile TiO2 nanoporların oluşumu yüzey morfolojisini de değiştirmiştir. Diğer taraftan bu işlemler, yüzey pürüzlülüğünde bir miktar artışa neden olurken, titanyum yüzeyinin ıslanabilirliğini artırmış ve implant uygulamaları için oldukça önemli bir parametre olan hidrofilik yüzeyler elde edilmiştir.

Abstract:
Titanium and its alloys are widely used in biomedical applications due to their high corrosion resistance, superior mechanical properties, and excellent biocompatibility. After implantation, a series of interactions occur between the surface of biomaterials and the biological ﬂuids, cells and tissues. The efficiency of implantation in applications depends on directly surface roughness, topography, chemical composition and wettability properties of implants.
Recently it is well known that implant manufacturers have focused their research on the nanostructured implant surfaces. There are some findings about nanostructured titanium surfaces which increase the adsorption of proteins and adhesion of osteoblastic thus rate of osseointegration. In this thesis, implant surfaces have modified by sandblasting and acid-etching and than nanostructured titanium dioxide (TiO2) films were formed on these prepared micro roughened titanium surface like conventional implant surface. In another part of the study, titanium samples were coated with micro porous TiO2 films. Surface morphology, topography, roughness and wettability of the samples prepared by various surface modifications were investigated in details. In addition, a comparative study for mechanical properties of micro- and nanostructured TiO2 films was carried out.
Finally, a new micro- and nano textured implant surface were successfully fabricated on the titanium surface resulting in micro roughened treatment and then formed nanoporous TiO2 films respectively. TiO2 nanopores that changed the surface morphology were prepared by anodizing of sandblasted/acid-etched titanium surfaces. In addition, these treatments increased the surface roughness and hydrophilicity which are important parameter for implant applications.