Karbon nano tüp takviyeli biyoaktif seramik tozlarının sentezi, karakterizasyonu ve Ti-6Al-4V alaşımı üzerine kaplanması

Abstract

Biyomedikal endüstrisinde kullanılmakta olan biyomalzemeler, çeşitli malzemelerden üretilmektedir. Bilinen en eski biyomalzeme, halen günümüzde de kullanılmakta olan metalik malzemelerdir. Bu malzemeler insan vücudunda, çeşitli hastalıklar yada yaralanmalar sonucu işlevini yitiren birçok organ ve dokunun görevini yapacak şekilde farklı uygulamalarda karşımıza çıkmaktadır. Metalik malzemelerin biyomalzeme olarak en yaygın kullanım alanlarından biride protezlerdir. Protez olarak kullanılan malzemeler implant edildiği ortama ve koşullara uyum sağlayabilecek yapıda olmalıdırlar, protezler implant edildiği ortam ile daha iyi bir bağ oluşturabilmesi amacıyla, biyo uyumluluğunun ve biyolojik tutunmanın artırılması için yüzeyleri, biyoaktivitesi yüksek, kararlı bir kaplama malzemesi ile kaplanmaktadır. Protezlerin kaplanmasında yaygın olarak biyoaktif özelliği olan ve vücutla uyumlu olduğu çok iyi bilinen hidroksiapatit (HA) [Ca10(PO4)6(OH)2], biyocam veya değişik kalsiyum fosfatlar içerikli seramik tozları kullanılmaktadır.Yapay olarak üretilen HA seramikler mineralojik ve kimyasal olarak doğal kemiğe benzerdir. HA seramikler bu özelliğinden dolayı yüzeyinde kemik dokusu oluşumuna imkân tanımaktadır. HA seramiklerin biyolojik uyumluluğunun iyi olmasına karşın mekanik özellikleri değişken devirli yüklerin olabileceği ortamlar için yeterli değildir. HA seramiklerin mekanik özellikleri çeşitli katkı malzemeleri ile artırılmaya çalışılmıştır. Karbon nano tüpler (KNT) mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle birçok uygulamada malzemelerin mekanik özelliklerinin artırılması amacıyla kullanılmaktadırlar. Tez çalışmasında metalik protez malzemelerinin yüzeyinin kaplanılmasında kullanılacak biyoaktif tabaka oluşturmak amacıyla HA/KNT den oluşan nano kompozit toz karışımı kullanılmıştır.Nano boyutta HA toz üretimi farklı başlangıç malzemeleri kullanılarak, asit baz yöntemi, yaş çöktürme teknikleri ile nano boyutlu çökeltiler elde edilmiş, bu çökeltiler içerisine KNT'ler ilave edilerek hidrotermal proses ile karıştırılmaya çalışılmıştır. Bu çalışmanın odak noktası KNT'lerin yüzeylerinin fonksiyonelleştirilmesinin hidrotermal metot ile gerçekleştirilmesidir. KNT'lerin yüzeylerinin fonksiyonelleştirilmesinde en yaygın olarak asidik yöntem kullanılmaktadır, nitrik asit ve sülfürik asit karışımından oluşan çözelti ile yüzey fonksiyonelleşmesi gerçekleştirilmektedir. Asidik yöntem KNT'lerin özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Asit karışımı içerisine karıştırılan KNT'ler, asitlerin parçalayıcı etkisi nedeniyle yüzeylerinde hatalar ve kopmalar meydana gelmektedir. Bu nedenle kompozit malzeme üretimi için KNT'lerin yapısını bozmayan, yeni bir yüzey fonksiyonlaştırma işlemi ihtiyacı ortaya çıkmaktadır.Bu tez çalışmasında bilimsel literatürde ilk kez uygulanılan hidrotermal yöntem ile KNT'lerin yüzeyleri fonksiyonelleştirmeye çalışılmıştır. HA nano partiküllerin sentezi ve HA/KNT nano kompozit yapı hidrotermal proses kullanılarak elde edilmiştir. Bu yeni teknik ile asidik modifikasyonun aksine KNT'lerde hasar oluşmamaktadır. Böylece daha ekonomik, çevreci, proses basamakları ve süresi daha kısa olan bir yöntem geliştirilmiştir.Hidrotermal yöntem ile elde edilen HA/KNT nano kompozit karışım Elektro Kinetik Biriktirme (EKB) yöntemi kullanılarak biyomedikal uygulamalarda protez olarak kullanılan metalik alaşımlar üzerine kaplanmışlardır. EKB metodu diğer kaplama tekniklerine göre daha ekonomik, kaplama parametrelerinin kolay kontrol edilebilmesi ve basit düzenekler kullanılarak uygulanabilmesi nedeniyle avantajlı bir kaplama tekniğidir. Yapılan deneysel çalışmalarda kaplama parametreleri değiştirilerek elde edilen kaplamaların özellikleri incelenmiştir. Üretilen HA ve HA/KNT tozları ve kaplama tabakalarının özellikleri çeşitli karakterizasyon teknikleri kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır, ayrıca HA ve KNT'lerin etkileşim mekanizmaları tartışılmıştır.