Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mühendislik Fakültesi Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Azade Yelten
Danışman: Suat Yılmaz
Özet:
Hızlı prototipleme teknolojisi, bilgisayar ortamında çizimi yapılmış bir parçanın elle tutulabilir bir formda hazırlanmasına dayanmakta olup tıp/biyomedikal, havacılık/uzay, otomotiv gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Özellikle biyomalzeme uygulamaları kapsamında kişiye özgü implant üretimi dikkat çekmektedir. Kişinin vücut anatomisine birebir uygun ölçülerde hazırlanan bir implant, hem yerleştirme operasyonu esnasında cerrahların karşılaşabileceği sorunları en aza indirgemekte hem de hastanın implanta adaptasyon sürecini kolaylaştırmaktadır. Hızlı prototipleme yöntemlerinden biri olan üç boyutlu (3b) yazıcılar, toz katmanlarının bağlayıcı aracılığıyla birbiri üzerine eklenmesi esasına dayanmaktadır. 3b yazıcılarda kullanılan toz malzemenin şekil ve boyut karakteristikleri, baskısı alınacak parçanın çözünürlük ve yoğunlaşma özellikleri üzerine etki etmektedir. 3b yazıcılara şarj edilebilecek tozların çok miktarda ve ekonomik bir şekilde üretilmesi, söz konusu cihazlardan daha efektif olarak yararlanılmasına fırsat tanıyacaktır. Bu çalışmanın hedefinde de 3b yazıcılarda kullanılmaya aday biyoseramik kompozit tozlarının üretilmesi ve elde edilen malzemelerin fiziksel, kimyasal, mekanik ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi yer almaktadır. Doktora tezi kapsamında hidroksiapatit (HA), alümina ve biyoaktif cam biyoseramik malzemelerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. HA tozları, yaş kimyasal çöktürme yöntemi ile üretilmiştir. 30 °C, 50 °C ve 85 °C reaksiyon sıcaklıkları; hızlı ve yavaş asit ilave hızı; 950 °C ve 1250 °C ısıl işlem sıcaklıkları dikkate alınan proses parametreleridir. Alümina (Al2O3) tozları, sol-jel metodu doğrultusunda; başlangıç malzemesi alüminyum izopropoksit miktarının ağırlıkça % 3'ü ve % 6'sı oranında alümina çekirdeklendirici katkısı yapılarak üretilmiştir. Biyoaktif cam tozları, klasik ergitme-su verme prosesi ile elde edilmiştir. Biyoaktif cam kompozisyonu olarak Prof. Larry Hench ve ekibinin geliştirdiği ağırlıkça % 45 SiO2, % 24,5 Na2O, % 24,5 CaO ve % 6 P2O5 kimyasal bileşimine sahip Biyocam (45S5) tercih edilmiştir. Cam oluşturucu harmanı ergitmek için 1250 °C, 1300 °C ve 1350 °C olmak üzere üç farklı sıcaklık değerinde çalışılmıştır. Alümina-HA-biyoaktif cam üçlü kompozit gruplarında yer alacak olan HA toz numunelerinin belirlenebilmesi için 1250 °C'de ısıl işlem gören HA tozlarından silindirik peletler preslenmiştir ve bu peletlere mikrosertlik ve basma mukavemeti testleri uygulanmıştır. 950 °C'de ısıl işlem gören HA tozları, elle dahi kolayca öğütülebilecek kadar mukavemetsiz oldukları için kompozit numunelerinde kullanılmaya uygun bulunmamıştır. 1250 °C'de ısıl işlem görmüş HA tozlarından şekillendirilen ve ardından 1250 °C'de sinterlenen peletlere, mekanik dayanım testlerinin yanısıra % açık porozite, % su emme ve bulk yoğunluk tayini analizleri de yapılmış ve peletlerin ~ % 25 oranında açık poroziteye sahip olduğu anlaşılmıştır. Ağırlıkça % 80 HA, % 10 alümina ve % 10 biyoaktif cam tozu içerecek şekilde hazırlanan üçlü kompozit tozları preslenerek silindirik peletler formuna şekillendirilmiş ve sonrasında 1250 °C'de sinterlenmiştir. Kompozit peletlerinin mekanik karakterizasyonu neticesinde ağırlıkça % 3 çekirdeklendirici katkılı α-Al2O3 tozlarının bileşen olarak yer aldığı yapıların daha yüksek mikrosertlik ve basma mukavemeti özellikleri sunduğu ortaya çıkmıştır. Arşimet Prensibi doğrultusunda gerçekleştirilen testler, üçlü kompozit gruplarının % 30'a varan açık gözeneklilik taşıdığını göstermiştir. Gözenekliliğin yüksek olması üçlü kompozit malzemenin biyoaktivite davranışını da olumlu yönde etkilemiştir. Zira fosfat tamponlu tuz çözeltisi (PBS) içerisinde 37 °C'de 7, 14 ve 21 günlük bekletme sürelerinin sonunda kompozit parça yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiş ve yüzey üzerinde PBS çözeltisi içinde bekletme sürelerine bağlı olarak farklı tipte morfolojilere sahip birikmelerin olduğu gözlemlenmiştir. Söz konusu kümelenmiş Ca, P, Na ve Si zengini birikintilerin 21 gün sonunda tüm yüzeyi kapladığı ve malzemenin yüksek porozite içeriğinin de bu gelişmeyi desteklediği kanısına varılmıştır. Yüksek poroziteli ve vücut dışı (in-vitro) biyoaktivite davranışı umut vaat eden bu biyokompozit malzemenin, süngersi kemik dokusu gibi mekanik dayanım beklenmeyen yerlerde kullanılabileceği öngörülmektedir. 3b yazıcı uygulamaları, 950 °C'de ısıl işlem gören HA tozları kullanılarak gerçekleştirilmiş olup ~ 0,2-0,3 µm partikül boyutu ve küresele yakın partikül şekli faktörlerinin değişik geometrideki parçaların basımı için uygun olabileceği sonucuna ulaşılmıştır.