Ortopedik implant malzemesi olarak kullanılan östenitik paslanmaz çeliğin sol-jel tekniği ile yüzey özelliklerinin geliştirilmesi
Improving surface properties of austenitic stainless steels using for orthopedic implant by sol-gel method
Yazar: YAKUP GÖNÜLLÜ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Kaplama = Coating ; Malzeme bilimi = Material science ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Ostenitik paslanmaz çelikler mükemmel korozyon direnci ve iyi Şekillendirilebilirliği nedeniyle oldukça ihtiyaç duyulan bir malzemedir. Ortopedik implant olarak kullanılacak ostenitik paslanmaz çeliklerden iyi korozyon direnci ve Şekillendirilebilirlik özelliklerinin yanı sıra vücut içerisinde aşınma direnci ve yüzey mukavemetinin de yüksek olması istenir. Ostenitik paslanmaz çelikler titanyum ve kobalt-krom alaşımlarının ucuz alternatifi olarak uzun yıllardır cerrahi implant malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte ostenitik paslanmaz çelik ortopedik implantların vücut içerisinde korozyona uğramasıyla demir, krom ve nikel iyonlarının salınımının gerçekleştiği rapor edilmiştir. Salınan krom, özellikle de nikel iyonları toksik, alerjiktir ve vücut içerisinde kanser yapıcı etkide bulunmaktadır. Ostenitik paslanmaz çeliklerin oyuklanma ve aralık korozyonu gibi bölgesel korozyon dirençleri biyomedikal uygulamalar için tatmin edici değildir. Nikel salınımı gösteren bir malzemenin performansını arttırabilmek için korozyona karşı daha dirençli kılınmalıdır. Ancak östenitik paslanmaz çeliklerin biyouyumluluğunun az olması bazı durumlarda da yetersiz kalmasından dolayı kullanımı kısıtlanmaktadır. Bu çalışmanın amacı bu yüzey özellikleri bakımından eksik olan östenitik paslanmaz çeliğin biyo aktivite açısından yüzey özelliklerinin geliştirilmesidir.Yapılan çalışma ile östenitik paslanmaz çeliğin yüzeyi sol-jel daldırma yöntemi kullanılarak TiO2 ve Ag/TiO2 ince filmleriyle kaplanmıştır. Öncelikle sol-jelin termal karakterizasyonu yapılmıştır. Bu işlemden sonra daldırma hızının kaplamanın kalınlığına, yüzey pürüzlülüğüne ve ıslatma açılarına olan etkisi incelenmiştir. Daldırma hızının ince filme olan etkilerinin incelenmesinden sonra ince filmin yapısal analizleri SEM görüntülerinin incelenmesi, EDS analizi ve X ışınları difraksiyonu ile yapılmıştır. Yapılan yapısal karakterizasyonun ardından standart numunenin ve TiO2 ile Ag/TiO2 ince filmleriyle kaplanan numunelerin korozyon dayanımları elektrokimyasal korozyon deneyi yaparak incelenmiştir. Standart 316L kalite östenitik paslanmaz çelik,ve TiO2 ile Ag/TiO2 ince filmleriyle kaplı numunelerin biyoaktivite davranışları 1 aylık SBF testi yapılarak incelenmiştir. SBF testi sonrası numunelere SEM görüntleri incelemsi, EDS analizi ve FTIR analizi yapılmıştır. Son olarak 3 tip numunenin antibakteriyel davranışları incelenmiştir. Numunelerin antibakteriyel deneyleri E.coli tipi bakterilerle ve S.aureus tipi bakteriler yapılmıştır. Belirli saatlerde ölçümler alınarak öldürma davranışları ile miktarları ölçülmüştür.

Abstract:
Austenitic stainless steels are generally used where excellent corrosion resistance and good formability are required. The application of austenitic stainless steel as an orthopaedic implant material not only requires high corrosion resistance and good formability but also excellent wear behavior within a corrosive environment such as body fluids. Austenitic stainless steels have been used as a material for surgical implant applications for many years and is still an inexpensive alternative to currently used implants made from titanium and its alloys and to cobalt-based alloys. However, it has been reported that austenitic stainless steels orthopaedic implants corrode in body environment and release iron, chromium and nickel ions. Leached chromium and especially nickel ions are toxic species and powerful allergens and have been shown to be carcinogenic in human body. The localized corrosion resistance of austenitic stainless steels such as pitting and crevice corrosion is dissatisfactory with respect to their use as materials for biomedical engineering. An increase of a material?s performance concerning the release of nickel ions may be obtained by either creating a more corrosion resistant material. Although austenitic stainless steels have good in a condition for mechanical behavior, some times, its biocompatibility is not enough for using in living body. The aim of this study is improving the surface properties (especially bioactivity) of austenitic stainless steel by using sol-gel method.In this study, 316L quality austenitic stainless steel used as a substrate and they were coated with TiO2 and Ag/TiO2 by dip coting sol-gel method. Firstly sol-gel thermal properties were chacterized with termal analizer. After coating the samples with TiO2 and Ag/TiO2 thin films, effects of dipping speed for the coating was analysied according to its roughness, thickness of the coting and surface contact angle. Structurel characterization of thin films were done by aid of SEM images, EDS analyses and x-ray difraction method. Corrosion resistance of TiO2 and Ag/TiO2 thin films were measured by electrochemical corrosion experiment. After corrosion experiment, biocompatibility of TiO2 and Ag/TiO2 coated samples were analysed by one mounth SBF experiment. Finaly, anti bacterials activities of TiO2 and Ag/TiO2 thin films were measured with E.coli kind of bacteries and S.aureus kind of bacteries in a specific time.