Production and characterisation of titanium foam scaffolds as bone substitute materials
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: OKTAY ÇETİNEL
Danışman: Bora Yıldırım
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Çalışmalar, titanyumun (Ti) kemik temasını ve yüzey gelişimini artırabildiğini doğrulamaktadır. Titanyum köpük, bu nedenle, implant bölgelerinin iyileşmesini ve bu bölgelerden daha fazla güç elde edilmesini desteklemede faydalı olabilir. Biyomedikal metodolojiler, kemiğin yapısını ve mekanik özelliklerini kopyalamada poröz metal kafesleri kullanmayı ancak son zamanlarda denemektedir. En iyi özelliklerini elde etmek amacıyla metal köpük oluştururken ve yaparken mekanik faktörlerinin ve olası mekanizma kopmalarının iyi anlaşılması en büyük öneme sahiptir. Onların mekanik olarak davranış şekilleri, sahip oldukları mikro-form ve hücresel organizasyon tarafından belirlenir. Dansite, topoloji, kırılma mekaniği ve hücresel alüminyum, çelik ve magnezyum köpük yorgunluğu (daha çok biyo-uyumlu olmayan) farkları daha önce çok araştırılmıştır. Yine de, poröz titanyum köpükler gibi yeni biyo-uyumlu köpüklerin kopma prosesleri yeterince anlaşılmış değildir. Bu tez, bu nedenle, önümüzdeki yıllarda biyomedikal kullanımda yararlanılabilecek titanyum köpüklerin ve yeni materyallerin mekanik fonksiyonlarının temel olarak anlaşılmasına katkıda bulunmayı amaçlamaktadır. Çalışma, titanyum köpüklerin üç farklı, yani %60, 70 ve 80 porozite derecesinden oluşan ve hem süngerimsi hem de kortikal kemiğin özelliklerini tanımlayacak olan özel kimyasal ile nasıl üretildiğine dair detayları kapsamaktadır. Çalışma, ayrıca titanyum formdan oluşan implantların analizi için bir Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) modeli oluşturmayı amaçlamaktadır. Böylece, çeşitli porozite boyutlarındaki, sıkıştırma ayarlarındaki ve seviyelerindeki mekanik özelliklerin ölçümü mümkün olacaktır. Sonuç olarak, cerrahi durumlarda etkili tasarıma sahip uygun implantlar ortaya çıkacaktır. Mekanik kontekstteki performansın yanı sıra basınç dayanımının elastisite modülünün incelenmesi için tek eksenli basınç deneyi yapılmıştır. Titanyum köpüğün üç porozite derecesinin ortalama elastisite modülü ve sünme dayanımı değerleri, insan kortikal ve süngerimsi kemiği için elde edilenlere benzer bulunmuştur. Morfolojik özelliklerin anlaşılmasına katkıda bulunmak amacıyla basma testinden önce ve sonra, fiziksel ve morfolojik parametrelerinin bir makro ve mikro değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, elektron mikroskoplarının (tarayıcı ve optik), mikro-CT, EDS (Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi) ve XRD (X-Işını Toz Kırınımı) analizlerinin ve Vickers sertliğinin kullanımı ile desteklenmiştir. Ek olarak, titanyum köpük numunelerinin vücut sıvısına benzer maddelerin içerisine immersiyonu yoluyla iki, üç ve dört hafta için kemik tümleşimi değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın esas amacı, insan kemiklerine ilişkin porozite özelliklerini taklit ederken vaskülatür rejenerasyonu sağlamak için yeterli bir şekilde iç bağlar oluşturacak köpük porozite derecesinin ve organizasyonunun anlaşılmasıdır. İnsan kemiğiyle ilgili en iyi morfolojik ve mekanik özellikler, %60 poröz numunelerde elde edilmiştir. Ancak süngerimsi insan kemiğinin optimum taklidi, %80 porozite derecesinde elde edilmiştir. %60, 70 ve 80 titanyum köpük implantların basınç davranışını simüle etmek amacıyla sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu değerlendirmelerin sonuçları, model validasyonunu sağlayan deney bulgularını desteklemiştir. Model, daha sonra diş implantlarının titanyum köpük yapısındaki gerilimin dağılımının incelenmesinde kullanılmıştır. Araştırmanın bulguları, poröz titanyum iskeleler üretmek için aralık tutucu metodunun kullanımının sert doku mühendisliği alanında çok büyük olanaklar sunduğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle, bu çalışmanın bulgularının yeni materyallerin formasyonu ve bunların biyomedikal alanda kullanımı açısından faydalı olması beklenmektedir.