Yazar
Özdemir, Zeynep
Basım Tarihi
2017-05
Konu
Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
01aa7b61-99d5-488c-961e-eebb448350bb
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2017-05
Örnek Metin
Biyomateryaller diş protezlerinde, ortopedik uygulamalarda, kalp kapakçıklarında ve kateterlerde vücutta implant malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bugüne kadar yapılan araştırma çalışmalarına göre titanyum ve alaşımlarının, olağanüstü mekanik özelliklerinin yanı sıra yüzey özellikleri nedeniyle de en biyouyumlu malzemeler olduğu bilinmektedir. İmplant malzemelerinin işleme yöntemleri de yüzey özelliklerini etkileyerek biyouyumluluğu azaltacak kontaminasyonlara neden olabilmekte ve implantasyon sonrası hastalarda %4'e varan enfeksiyonlara neden olabilmektedir. İmplant malzemesinin biyouyumluluğunu arttırmak ve biyo-inertliği sağlamak amacıyla literatürde yüzey pürüzlülüğünün değiştirilmesi ve yüzey oksit filmi oluşturulması çeşitli yöntemlerle uygulanmaktadır. Yüzeyin kirlenmesine neden olabilecek yüzey pürüzlülüğünü değiştirmek amacıyla titanyum yüzeylerine desen vermek için kum püskürtme ve kimyasal aşındırma yöntemleri yaygın olarak kullanılır. Ancak yüksek sıcaklıkta plazma kaplama ve lazerle desenleme gibi diğer alternatif yöntemler maliyetlidir. Bu tezde, implant malzemesinin yüzey özelliklerini değiştirmek amacıyla literatürdeki mevcut yöntemlere alternatif bir teknik olarak Kimyasal Mekanik Parlatma (CMP) işlemi oluşturulmuştur. CMP işlemi, yarı iletken endüstrisinde eşzamanlı mekanik ve kimyasal eylemlerle yüzey düzlemselliğini sağlamak için kullanılan yöntemlerden biridir. Parlatma çamurlarındaki aşındırıcı parçacıklar, işlem sırasında mekanik etki sağlayarak nanometre düzeyinde erozyona olanak tanır ve implantın işlenmesi sırasında olası kirlenmelerden temizlenmesini sağlar. Öte yandan bulamacın stabilizatörler, pH ayarlayıcılar ve oksitleyiciler dahil kimyasal bileşenleri, yüzeyi kaplayan pasif bir oksit filmi oluşturmaya yardımcı olur. Genel olarak CMP çok düzgün yüzeyler oluşturmak için kullanılır ancak çamur parçacık boyutunu ve tampon malzemesi özelliklerini değiştirerek cilalı yüzey üzerinde de kontrollü pürüzlülük oluşturmanın mümkün olduğu gösterilmiştir. Oluşturulan oksit filmin koruyucu doğası, yarı iletken uygulamalarda düzlemselleştirmeye olanak sağlar. CMP'nin implant uygulamalarında, vücut ortamındaki biyo-implantların yüzeyindeki kontaminasyonun azaltılmasına ve in vivo kimyasal reaksiyonların durdurularak enfeksiyon riskinin azaltılmasına yardımcı olduğuna inanılmaktadır. Literatürde CMP'nin Ti filmleri üzerine uygulanmasının pürüzsüz bir yüzey ve TiO2 oksit filmi oluşturma açısından başarılı olduğu gösterilmiştir. Bununla birlikte, CMP'den sonraki doğal oksit filmi, yarı iletken CMP uygulamalarındaki Ti/TiN filmlerin pasifleştirici özellikleri dışında koruyucu doğası açısından tam olarak karakterize edilmemiştir. Titanyum oksit filminin biyouyumluluğu, hücre yapışmasını ve hidroksiapatit katmanlarının oluşumunu desteklediği bilinmektedir. Ancak yapay oksidasyon yöntemleriyle elde edilen oksit filmler kalın filmler oluşturur ve gözenekli yapılara sahiptir. Bu nedenle, bu çalışmada, potansiyel olarak kontamine olmuş yüzey katmanlarını ortadan kaldırmak ve implant yüzeylerinde kontrollü pürüzlülük sağlamak için Ti plakalara sinerjistik olarak CMP işlemi uygulanmıştır. Ek olarak, işlenmiş yüzey oksit katmanları, kendi kendini koruma özellikleri açısından metal oksit katmanlarının doğasına göre karakterize edilmiştir. Ayrıca, CMP uygulanan yüzeylerin biyouyumluluğu, biyofilm analizleri yoluyla hücre büyümesi ve enfeksiyona dayanıklılık yetenekleri ile değerlendirilmiş ve hücre davranışını geliştirmeye yardımcı olan yüzey tepkilerinin istenilirliğine göre optimal yüzey parametreleri belirlenmiştir. Bu tezin sonuçlarının gelecek çalışmalara taşınması açısından, implantların 3 boyutlu yapısı dikkate alınarak 3 boyutlu bir CMP sürecinin geliştirilmesi en önemli gerekliliktir. İmplant yüzeylerine 3 boyutlu CMP işleminin uygulanmasının, titanyum bazlı biyo-implantların yüzeyinin yapılandırılmasında hem ekonomik hem de daha etkili bir yöntem olduğuna inanılmaktadır. Kimyasal ve bakteriyel reaktiviteyi en aza indirgemek için kendini koruyan yüzeylere sahip Ti bazlı biyo-implantlar üzerinde tasarlanmış yüzeyler oluşturmak ve eş zamanlı yüzey desenleme yoluyla biyouyumluluklarını arttırmak için CMP odaklı bir yüzey nano-yapılandırma metodolojisinin daha da geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Günümüzde yapılan aramaların sonucu titanyum ve alaşımları sahip oldukları yüzeylerin yanı sıra olağanüstü mekanik özellikler ile en biyouyumlu özellikler arasında yer almaktadır. İmplant malzemesinin işlenme sürecinde yüzeyin etkilenmesi ve kontaminasyona neden olabilmekte, bu da biyouyumluluğu en aza indirgemek ve implante etmek için sonraki süreçte bulgulanan ve %4 oranlara ulaşabilen şehira neden olmaktadır. İmplant malzemelerinin biyouyumluluğu ve biyoinertliğini olumluya yönelik malzeme pürüzlülüğünün değiştirilmesi ve yüzeylerde oksit filmlerde çeşitli parametrelerle literatüre kazandırılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü değişikliği amaçlı desenlemede genellikle kullanılan kumlama ve kimyasal aşındırma yöntemleri implantasyon yöntemiyle kontaminasyona neden olmaktadır. Ayrıca kullanılan diğer alternatif oranlar olan yüksek oranda plazma kaplama ve lazer ile desenlendirme yöntemleri ise yüksek oranlara neden olmaktadır. Bu proje kapsamında implant malzeme yüzeylerinin çalıştırılması için literatürde var olan iyileştirmelere alternatif olarak Kimyasal Mekanik Cilalama/Düzlemleme (CMP) prosesi geliştirildi. CMP prosesi yarıiletkenler kullanılan cihazlardan biri olup aynı anda hem mekanik olarak hem de kimyasal olarak uçulabilmektedir. İşlemler sırasında kullanılan bulamaç içindeki aşındırıcı kimyasallar mekanik etki sağlayarak yüzeyde nanometre seviyelerinde aşınım sağlanarak üretim sırasında oluşan potansiyel kontaminasyondan arındırılmış yüzeyler oluşturulmaktadır. Diğer ürünler bulamacın kimyasal bileşenleri olan stabilizatörler, pH ayarlayıcı ajanlar ve oksitleyiciler yüzeyde pasif oksit film kaplamadan oluşur. CMP genel olarak pürüzsüz yüzeyler oluşturmak amacıyla kullanılan da cilalanan yüzeylerde kullanılan sıcaklıkların tane boyutu ve cilalama pedinin dokusunun kotrollü bir pürüzlülük oluşturularak daha önceki ayrıntılarla birlikte kullanılması amaçlanır. Kimyasal olarak bu film oranlarını durduran koruyucu bir oksit katmanı olması yarıiletken uygulamaların uçuşmasını sağlar. CMP'nin implantlara sonuçları ise kimyasal reaksiyonları durdurarak yüzeylerde bulunan kontaminasyon ve ekonomik riskin azaltılacağı anlamına gelir. Literatürdeki bütçe implant malzemesi olarak kullanılan Ti filmleri üzerindeki CMP uygulamalarının pürüzsüz bir yüzeyi ve TiO2 oksit filmleri oluşturulduğu belirtildi. Ancak CMP prosesi sonucu biyoimplantlar üzerinde oluşan titanyum oksit film koruyucu özellikleri ile birlikte, yarıiletkenler teknolojisinde kullanılan Ti/TiN filmlerin CMP sırasında pasif düzenleyici özellikleri bilinmektedir. Oluşturulan oksit filmlerin hücre tutunmasını, biyoyumluluğu ve hidroksiapatit tutunmasını arttırdığı bilinen fakat parçalar oksit filmlerin çoğu yapay oksidasyon yöntemleri ile elde edilenlerden kalın ve fizyolojik bir yapıya sahiptirler. Bu filmlerin yapısı alt katmanda bulunan ana metal malzemenin inertliğini sağlayamamakta ve kontaminasyonunu engelleyememektedir Bu nedenle bu gelişim, CMP prosesi uygulanarak implant malzemesi olarak kullanılan Ti plakalar üzerinde kontaminasyona maruz kalabilecek üst tabakanın aşınımını ve aynı zamanda yüzeyde kontrol edilen nano/mikro çoğaltma pürüzlülük oluşumu nedeniyle. Ayrıca CMP ile metal yüzeylerde oluşan korunumlu metal oksit tabakaların yapısı yüzeydeki kimyasal dayanımı sınırlamak açısında yapılmıştır. CMP ile işlenen yüzeyleri biyouyumluluk ve biyofilm oluşumuna direnç açısından da gençleştirilmiş ve uyumluluğuna bağlı olarak hücre tutunmasını artmaya yönelik optimal yüzey özelliklerinin belirlenmeye başlaması. Tez çalışmasının devam ettiği ileriki aşama düşünüldüğünde, implant malzemelerinin üç boyutlu yapısı gözönüne alınarak 3 boyutlu çalışılabilecek bir CMP prosesinin yaygınlaşması en önemli husustur. CMP uzmanının titaniyum bazlı biyo-implantlar üzerinde üç boyutlu uygulamaların diğer alternatiflerine göre hem çok daha ekonomik hem de çok daha etkili bir yöntem olacağı belirtiliyor. Titanyum ve titanyum alaşımlı biyolojik implantlar üzerinde CMP dosyası oluşturulacak nano-desenli yüzeylerin kendisinden korunumlu oksit tabaka ile kimyasal ve parçaların reaksiyonlarının önlenmesi ve aynı zamanda yüzey desenlemesi ile de biyouyumluluğunun arttırılması amaçlanmaktadır.
