Kalıcı Ortopedik Uygulamalarda Kullanılmak Üzere Tabakalı ve Hibrit Ta2O5/Hidroksiapatit Kaplı AZ91 Magnezyum Alaşımının Üretimi ve In Vitro ve In Vivo Performanslarının Belirlenmesi


Creative Commons License

Gökmen U., Çinici H. (Executive), Güngör K., Karakoç H., Akkol E., Turanlı S., et al.

TUBITAK Project, 2018 - 2022

  • Project Type: TUBITAK Project
  • Begin Date: November 2018
  • End Date: March 2022

Project Abstract

Titanyum (Ti) ve alaşımları, kobalt (Co) esaslı alaşımlar ve paslanmaz çelik gibi metalik malzemeler, özellikle sert doku tamirine yönelik biyomalzeme üretiminde günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu malzemelerin kemiğe kıyasla, yoğunluklarının çok yüksek olması gerilme bariyer etkisine, yani doku-implant uyumsuzluğuna ve arayüzeyde enfeksiyonlara sebep olabilmektedir. Böyle durumlar çoğunlukla implant kaybı ve yeni travmatik doku hasarı ile sonuçlanmakta ve dolayısıyla ikincil operasyon gerektirmektedir. Bunlara karşın magnezyum alaşımları düşük yoğunluk değeri ve mekanik özellikleri bakımından kemiğe benzerliği ve biyouyumluluğu nedeniyle uygulamalarda tercih edilen bir alaşım haline gelmiştir. Genellikle biyobozunur özelliğinden faydalanılarak çeşitli çalışmalar yapılmış ve ortopedik fiksasyon araçları (vida ve plaka vb.) gibi biyomalzeme uygulamalarında başarılı olduğu görülmüştür. AZ91 Mg alaşımı düşük yoğunluk, mekanik dayanım ve korozyon dayanımı özellikleri açısından magnezyumun en iyi kombinasyonuna sahip alaşımlarından biridir.  Avantajlarının yanında vücutta biyobozunur özellik göstermesi kalıcı implant uygulamaları için bir dezavantajdır ve bunun önlenmesi için çalışmalar yapılmaktadır. Bu amaçla kompozit türevlerinin oluşturulması, yüzey modifikasyonları ve/veya çeşitli kaplamalar yapılarak biyobozunurluluğunun önlenmesi için çalışmalar yürütülmektedir. Bu işlemlerle yalnızca korozyonun iyileştirilmesi için değil, aynı zamanda biyomalzemelerde ihtiyaç duyulan diğer önemli özelliklerin de geliştirilmesi hedeflenmekte ve bunu sağlamaya yönelik malzeme seçimleri yapılmaktadır.

 

Önerilen projede, kemik ile mekanik uyumluluk gösteren AZ91 Mg ana alaşımının tantal oksit (Ta2O5) ile kaplaması yapılarak korozyon direncinin artırılması ile radyoopak (MRI ve Röntgen’de görülebilir olma özelliği) ve antibakteriyel özellik kazandırılması, en üst katmanda ise hidroksiapatit (HA; Ca10(PO4)6(OH)2) kaplaması ile biyoaktifliğinin arttırılarak biyouyumluluğunun geliştirilmesi ile biyolojik sabitlemenin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilecek olan malzemenin yeni nesil implant sektöründe birçok ihtiyacı aynı anda karşılayabilmesi, özgün bir tasarım olarak literatürde yerini alması ve ileride yapılacak çalışmalara da öncü olması hedeflenmektedir.

 

Sunulan çalışmada, ana malzeme olan AZ91 Mg alaşımı, toz metalurji yöntemi ile üretilecek ve mekanik testleri yapılacaktır. Yüzey hazırlıkları tamamlanan numunelerin yüzeyine, Ta2O5 çözeltisi ile sol-jel yöntemi kullanılarak tabakalı kaplama yapılacaktır. Ta2O5 kaplaması yapılan yüzeyler, kurutma işleminin ardından, yine sol-jel yöntemi kullanılarak HA ile kaplanacaktır. Hibrit kaplama yapılacak olan numuneler ise, önce Ta2O5 ile kaplanacak olup, sonrasında üzerlerine %5-10-25-50 oranlarında Ta2O5/HA hibrit kaplamaları yapılacaktır. Hazırlanan tüm numuneler daha sonra yaşlandırma, kurutma ve sinterleme işlemlerine tabi tutulacaktır. Numunelerin karakterizasyon işlemlerinde; faz analizleri X-ışını kırınımı (XRD), arayüzey bağlanma ve yüzey kaliteleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM), kimyasal yapı ve bağ karakterizasyonu fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometre (FTIR) kullanılarak incelenecektir. Aşınma davranışlarını incelemek amacıyla çizik testleri yapılacaktır. Korozyon davranışlarının belirlenmesi için potansiyodinamik elektrokimyasal korozyon testleri yapılacaktır. Antibakteriyel özelliklerinin belirlenebilmesinde ise literatür taramaları sonucunda implant ile ilişkili enfeksiyonların yaygın sebepleri olarak belirlenen, gram pozitif S. Aureus ve gram negatif E. Coli bakteri kültürleri ile antibakteriyel özellikleri belirlenecektir.  Yüzey biyoaktivitelerinin belirlenebilmesi için yapay vücut sıvısında (SBF) apatit büyümesi gözlemlenecek olup, orijinal numuneler ve SBF ile muamele edilmiş numunelerin sitotoksik analizleri ve yüzey reaktiviteleri in vitro memeli hücre kültürlerinde Mg alaşımlarında sıklıkla kullanılan sıçan kalvarial osteoblast hücreleri  (skOBH) ve sıçan kemik iliği mezankimal kök hücreleri (kiMKH) ile ayrı ayrı test edilecektir. Biyomalzemelerin in vivo sitotoksisitesi ve radyograflar elde edilerek densitometrik analizler ve röntgen performansları (radyoopaklık) tavşanlar üzerinde gerçekleştirilecek olup, tüm analizlerin sonuçları dikkate alınarak insanlar üzerindeki muhtemel kullanımları tespit edilecektir.