Hidroksiapatit-perlit kompozit biyomalzeme üretimi,  karakterizasyonu ve ın vıtro davranışı
Hydroxyapatite-perlite composite biomaterial production, characterization and in vitro behavior
Yazar: ERDOĞAN KARİP
Danışman: PROF. DR. MEHTAP MURATOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Günümüzde uygulama alanı ve önemi gittikçe artan biyouyumlu, güvenilir ve etkin olan biyomalzemeler, insan vücudundaki organ veya canlı dokuların işlevlerini yerine getirmek veya desteklemek amacıyla kullanılan malzemeler olup, sürekli olarak veya belli aralıklarla vücut sıvıları ile temas halindedir.
Biyoseramiklerden biri olan ve biyomedikal alanda en çok kullanılan hidroksiapatit, bir kalsiyum fosfat bileşiği olup, Ca10(PO4)6(OH)2 şeklinde gösterilir. Hidroksiapatit malzemeler, implant etrafındaki kemik büyümesini hızlandırdığı için kemik onarımında kullanılan çok popüler bir malzemedir.
Hidroksiapatit (HA), sentetik ve doğal kaynaklı olmak üzere iki yoldan elde edilir. Sentetik hidroksiapatit biyomalzemeler oldukça güvenilirdir, fakat üretimi karışık ve pahalıdır. Doğal olarak üretilen biyolojik apatitlerin ise üretimi daha kolay ve ekonomiktir.
Bu çalışmada, sentetik HA ve koyun kemiğinden elde edilen doğal HA matris olarak kullanılmıştır. Üç grupta kompozitler hazırlanmıştır. 
I. Grupta; sentetik hidroksiapatit ve koyun hidroksiapatit matrislerine, ağırlıkça    % 1, 3, 5, 7, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler, tane boyutunun etkisini kıyaslanması için 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir.
	II. Grupta; aynı iki farklı matrise, mekanik ve fiziksel özelliklerin arttırılması amacıyla ağırlıkça % 5 oranında TiO2, ayrıca fiziksel özelliklerin yanı sıra kemiksi yapı kazandırmak ve biyouyumluluğu arttırabilmek amacı ile ağırlıkça % 5 MgO ile bir butanol çözeltisi olan P2O5 ağırlıkça % 5 oranında ilave edilmiştir. Bu gruptaki tüm numunelerde TiO2, MgO ve P2O5 ağırlıkça % 5 oranında sabit tutulmuştur. Bunlara ilaveten ağırlıkça   % 1, 5, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir.
III. Grupta; aynı matrislere, mekanik ve fiziksel özelliklerin arttırılabilmesi amacıyla ağırlıkça % 5 oranında ZrO2, II. Grupta ki ile aynı gerekçeyle % 5 MgO ve % 5 P2O5 ilave edilmiştir. Tekrar ana takviye olarak % 1, 5, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir.
Hazırlanan numuneler, her numune 30 dakika olmak üzere elektronik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Hidrolik pres yardımıyla, 25 MPa presleme basıncı ile 11mm çapına sahip peletler oluşturulmuştur. Pelet haline getirilmiş numuneler 900 oC sıcaklıkta 5 oC/dk sinterlenme hızı ile 1 saat boyunca sinterlenmiştir. Elde edilen kompozitlerin; mekanik özellikleri mikro-sertlik ve yoğunluk ölçümleri, mikro-yapı özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDX analizleri, oluşan fazlar XRD analizi ile belirlenmiştir. Son olarak biyoaktiflik in vitro biyoaktivite testi ile değerlendirilmiştir. 
Genleştirilmiş perlitin hem ağırlıkça yüzde oranı hem de tane boyutu arttıkça mikro-setlik artmıştır. Koyun HA kompozitlerin mikro-sertlik değeri, sentetik HA kompozitlere göre daha fazla arttığı gözlenmiştir. En yüksek sertlik değeri 302 HV olarak tespit edilmiştir. Genleştirilmiş perlitin takviye miktarı arttıkça mikro gözenekli ve pürüzlü yapılar gözlenmiştir. Koyun HA matrisli kompozitlerde hidroksiapatit yapı gözlenmiştir. Sentetik HA kompozitler in vitro ortamda beşinci gün apatit yapı daha fazla gözlenirken, koyun HA kompozitlerin yüzeyinde ilk gün den apatit yapı oluştuğu, yapay vücut sıvısında bekleme süresinin artması ile apatit yapının arttığı gözlenmiştir. 
Sonuç olarak, genleştirilmiş perlitin biyoseramik bir malzeme olarak kullanımı umut vaat etmektedir. Ayrıca bu çalışmanın geliştirilmesi gerektiği düşünülmektedir.

Abstract:
Nowadays, the application areas and importance of biomaterials, which are used as an improvement or replacement of a living tissue or an individual part of the human body with continuously or interruptedly contact with body fluids, have been gradually increasing.
One of the bio-ceramics, hydroxyapatite, which is mostly used in the biomedical field, is a calcium phosphate compound and it is shown as Ca10(PO4)6(OH)2. Hydroxyapatite materials are a very popular material used in bone repair because it accelerates bone growth in the implant surroundings.
Hydroxyapatite can be obtained by both synthetic and natural methods. Synthetic hydroxyapatite biomaterials are highly reliable; however their production is complex and expensive. Naturally HA produced biological apatite is both easier and more economical to produce.
In this study, synthetic HA and natural HA obtained from sheep bone were used as matrix. Composites were prepared in three groups.
In group I; both synthetic hydroxyapatite matrix and sheep hydroxyapatite matrix were prepared by adding 1, 3, 5, 7, and 10 weight % expanded perlite reinforcement. The expanded perlites added in order to compare grain size were used in three different sizes of 50, 75 and 100 microns.
In group II; the same two different matrices were added with 5 weight % TiO2 in order to increase the mechanical and physical properties, additionally, all composites were added with 5 weight % MgO and P2O5 in order to increase the physical properties and improve the bony structure and increase the biocompatibility. TiO2, MgO and P2O5 are kept fixed at 5 weight % in all samples in this group. In addition, composites were added as 1, 3, 5, 7 and 10 weight % expanded perlite reinforcement. The expanded perlites added in order to compare grain size were used in three different sizes of 50, 75 and 100 microns.
In group III; the same two different matrices were added with 5 weight % ZrO2 in order to increase the mechanical and physical properties, additionally, all composites were added with 5 weight % MgO and P2O5 in order to increase the physical properties and improve the bony structure and increase the biocompatibility. TiO2, MgO and P2O5 are kept fixed at 5 weight % in all samples in this group. In addition, composites were added as 1, 3, 5, 7 and 10 weight % expanded perlite reinforcement. The expanded perlites added in order to compare grain size were used in three different sizes of 50, 75 and 100 microns.
Prepared samples were mixed with electronic mixer for 30 minutes each sample. Pellets with a diameter of 11 mm were formed with a cold press with a pressing pressure of 25 MPa. The All samples were sintered at 900 oC for 1 hour at a sintering rate of 5 oC /min. The all samples were applied analysis is such as density, micro-hardness test, X-ray diffraction, scanning electron microscope (SEM) and EDX. Also, the samples were kept in the synthetic body fluid and their in vitro behavior was observed.  
The micro-hardness of the expanded perlite increased with both the percentage by weight and the grain size rise. Sheep HA composites micro-hardness showed higher values than synthetic HA composites. The highest micro-hardness value was determined as 302 HV. As the amount of expanded perlite reinforcement increased, micro-porous and rough structures were observed. The hydroxyapatite structure was observed in sheep HA matrix composites. Synthetic HA composites were observed to have more apatite structure on the fifth day in vitro. However apatite formations were observed to occur on the surface of sheep HA composites on the first day. It was also observed that the formed apatite structure increased with the increase of the waiting period in the synthetic body fluid (SBF).
As a result, the use of expanded perlite as a bio-ceramic material is promising. It is also thought that this work should be developed.