3 boyutlu baskı yönteminde kullanılabilecek sol-gel methodu ile sentezlenen biyoaktif cam doku iskelesi geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of 3D-printed bioactive glass tissue scaffold synthesized using the sol-gel method
Yazar: YİĞİT TURAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SONGÜL ULAĞ ; PROF. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Kemik dokusu yüksek yenilenebilme özelliğine sahip çeşitli mikro yapıları içeren karmaşık bir doku türüdür. Çeşitli hastalık ve travmalar sebebiyle zarar gören kemik dokunun hasar boyutuna bağlı olarak kendiliğinden tamamen iyileşmesi mümkün olmayabilir. Bu gibi durumlarda tahribata uğrayan kemik dokunun yerine çevresindeki dokulara yapısal destek sağlayacak, hücrelerin tutunmasını ve çoğalması için uygun ortamı sağlayacak kemik grefti adı verilen sentetik veya doğal malzemeler kullanılmaktadır. Kemik greftinin tedavi sürecine olan katkısı greft malzemesi, mikro ve makro yapısı, kimyasal yapısı ve dokularla etkileşiminin başarısına bağlıdır. Kemik doku mühendisliğinde kullanılan ve doğal kemik yapısı ile bağlanabilme yeteneğine sahip olan malzemelere biyoaktif malzemeler adı verilmektedir. Biyoaktif malzemeler arasında biyocamlar çok önemli bir yere sahiptir. Doğru kompozisyona sahip biyoaktif cam malzeme ve kemik doku çok güçlü bağlar kurarak dokuya rejenerasyon sırasında destek olmak ile birlikte içeriğindeki kalsiyum, silisyum gibi iyonlar ile kemik hücrelerinin ihtiyaç duyduğu iyonları sağlayarak dokunun tedavisinde aktif rol oynayabilir. Kemik hücrelerinin büyümesi ve çoğalması için kemik doku iskelelerinde kullanılan malzemenin yanı sıra bu malzemelerin doğru morfolojik özelliklere sahip olması gerekir (ör. yüzey yapısı, makro ve mikro porozite, greft şekli boyutu ve fiziksel dayanımı). Biyoaktif cam malzemeler her ne kadar malzeme olarak bu kriterleri karşılasa da, işlenebilirliğin az olması, kırılganlık ve sentez yöntemleri sebebiyle genellikle toz katkı olarak kemik doku iskelelerinde kullanılabilir. Bu tez önerisinde Sol-Gel metodu ile sentezlenen biyoaktif cam malzemenin sentez prosesi sırasında jel aşamasında 3-boyutlu yazıcı kullanılarak şekillendirilmesi ve kürleme, sinterleme gibi ek işlemler ile kararlı hale getiririlerek kemik doku iskelelerinin istenilen şekil, boyut, porozite ve morfolojide üretilmesi için Sol-Gel sentez parametrelerinin ve 3-boyutlu baskı yönteminin optimizasyonu yapılacaktır. Sol-Gel biyoaktif cam sentezi ve 3 boyutlu baskının bir arada gerçekleştirilerek cam malzemenin üretimi ile kemik doku mühendisliği alanında yeni bir üretim yöntemi geliştirilmiştir. Örnek alınan çalışmada daha önce sol-gel yöntemi ile sentezlenen biyocam, jel formda üretilerek poliüretan sünger üzerine emdirilmiş ve mekanik olarak dayanımı düşük bir iskele üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma ile 3- boyutlu biyoyazım tekniği sayesinde dayanımı çok daha üstün, morfolojik özellikleri hassas bir şekilde kontrol edilebilen dayanımı yüksek doku iskelesi üretimi hedeflenmiştir. Üretilecek doku iskelesinin karakterizasyonu yapılarak literatüre SolGel yöntemi ile 3B baskı tekniğinin bir arada kullanılması farklı Sol-Gel metodları ve eklemeli imalat yöntemlerine ilham kaynağı olabilecek bir teknik geliştirilmiştir.

Abstract:
Bone tissue is a complex type of tissue containing various microstructures with high regenerative properties. Depending on the extent of damage to the bone tissue damaged by various diseases and traumas, it may not be possible to completely heal on its own. In such cases, synthetic or natural materials called bone grafts are used instead of the damaged bone tissue, which will provide structural support to the surrounding tissues and provide a suitable environment for cells to attach and multiply. The contribution of the bone graft to the treatment process depends on the success of the graft material, micro and macro structure, chemical structure and interaction with the tissues. Materials that are used in bone tissue engineering and have the ability to bond with the natural bone structure are called bioactive materials. Among bioactive materials, bioglasses have a very important place. Bioactive glass material and bone tissue with the right composition can support the tissue during regeneration by forming very strong bonds, and can play an active role in the treatment of the tissue by providing the ions needed by the bone cells with the ions such as calcium and silicon in its content. In addition to the material used in bone tissue scaffolds for the growth and proliferation of bone cells, these materials must have the correct morphological properties (eg, surface structure, macro and micro porosity, graft shape size and physical strength). Although bioactive glass materials meet these criteria as a material, they can generally be used as powder additives in bone tissue scaffolds due to their low machinability, fragility and synthesis methods. In this thesis proposal, Sol-Gel is used to produce bone tissue scaffolds in the desired shape, size, porosity and morphology by shaping the bioactive glass material synthesized by Sol-Gel method using a 3-dimensional printer during the synthesis process and stabilizing it with additional processes such as curing and sintering. Optimization of synthesis parameters and 3-dimensional printing method will be made. A new production method will be developed in the field of bone tissue engineering with the production of glass material by performing Sol-Gel bioactive glass synthesis and 3D printing together. In the study taken as an example, bioglass, which was synthesized by the sol-gel method, was produced in gel form and impregnated on a polyurethane sponge, and a scaffold with low mechanical strength was produced. With this study, it is aimed to produce scaffolds with high strength, whose morphological properties can be precisely controlled, thanks to the 3-dimensional biowriting technique. By characterizing the tissue scaffold to be produced, a combination of Sol-Gel method and 3D printing technique will be used in the literature, and a technique that can inspire different Sol-Gel methods and additive manufacturing methods will be developed.