Köpük enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilen polilaktikasit/halloysit nanotüp doku iskelelerinin özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Biyobozunur ve biyouyumlu polimer esaslı doku iskeleleri, doku mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle biyobozunur kemik implantı uygulamaları için kullanılan doku iskelelerinin yeterli mekanik dayanıma ve biyolojik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Polilaktik asit (PLA), biyouyumluluk, biyolojik olarak parçalanma ve işlenebilirlik gibi özelliklere sahip olmasından dolayı doku mühendisliğinde tercih edilen malzemelerden biridir. Ancak PLA’nın gevrek olması ve hidrofobik karakter göstermesi, bu malzemenin kullanım alanını daraltmaktadır. Literatürde PLA’nın, bu özelliklerinin geliştirilmesi üzerine çeşitli çalışmalar mevcuttur. Ancak, halloysit nanotüp (HNT) takviyeli PLA doku iskelelerinin geliştirilmesi üzerine çalışmalar oldukça sınırlı sayıdadır. Bu tez çalışmasında HNT takviyeli PLA esaslı doku iskeleleri kimyasal köpük enjeksiyon kalıplama yöntemi ile elde edilmiştir. Bu amaçla öncelikle PLA/HNT nanokompozit granüller, ağırlıkça %1-5 HNT takviye oranında, çift vidalı ekstrüderde eriyik karıştırma yöntemi ile elde edilmiştir. Eriyik karıştırma işleminden sonra, saf PLA ve PLA/HNT nanokompozit granüllere, kimyasal köpük enjeksiyon kalıplama yöntemi uygulanmış ve doku elde edilmiştir. PLA/HNT nanokompozitlerin karakterizasyonu için FTIR, DSC ve TGA analizleri yapılmıştır. PLA/HNT doku iskelerinin mekanik özelliklerini belirlemek için çekme, 3 nokta eğme ve izod darbe testi; morfolojik özelliklerini belirlemek için SEM; biyolojik özelliklerini belirlemek için de MTT, biyobozunma ve su temas açısı testi uygulanmıştır. Ayrıca, geliştirilen doku iskelerinin hidrofobikliğini azaltmak ve hücre tutunma kabiliyetini geliştirmek amacıyla numunelerin yüzeyine lazer ile tekstür işlemi uygulanmıştır. Doku iskelelerinin mekanik özelliklerindeki değişim hem HNT oranına göre hem de köpük morfolojisine göre incelenmiştir. %3 HNT içeren PLA doku iskelelerinde, saf PLA doku iskelelerine göre %27,5 kütle kaybı olmasına karşılık, çekme dayanımında %124 ve uzamada %118 artış gözlemlenmiştir. Bu oranın üzerindeki konsantrasyonlarda, polimer matrisde gözlemlenen nano partikül topaklanmalarından ötürü mekanik özelliklerde düşüş gözlemlenmiştir. Üç nokta eğme ve izod darbe test sonuçlarında da benzer bir davranış görülmüştür. Doku iskelelerinin mekanik özelliklerindeki değişim köpük morfolojisine göre incelendiğinde, %3 HNT takviyeli PLA doku iskelesi, en fazla gözenek yoğunluğu (0,947x104 pore/cm3) ve en düşük ortalama gözenek çapı (71,72 µm) ile geliştirilen doku iskeleleri arasında en yüksek mekanik özelliklere sahip olmuştur. Köpük enjeksiyon kalıplama ile elde edilen doku iskelelerinde görülen kabuk tabakasında (skin layer), köpük gözenekleri yoktur. Bu nedenle bu yüzeylerin hücre tutunma kabiliyeti zayıf olmaktadır. Bu tez çalışmasında, doku iskelerinin bu yüzeylerine iki farklı desende lazer ile tekstür işlemi uygulanmıştır. Tekstür işlemi uygulanan yüzeylerde artan yüzey pürüzlülüğüne ve su temas açısına bağlı olarak hidrofobik olan PLA yüzeylerine, hidrofilik özellik kazandırılmıştır. Buna bağlı olarak da doku iskelerinini hücre tutunma kabiliyeti %108 oranında artmıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında geliştirilen PLA esaslı doku iskelerinin özellikleri hem hafiflik kazanımı, hem mekanik özellikler hem de biyolojik özellikler yönünden değerlendirildiğinde, elde edilen sonuçların literatürdeki PLA esaslı doku iskelelerinkine kıyasla daha başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, çalışmada elde edilen sonuçlar süngerimsi kemik, bağ ve tendon gibi bazı insan dokularının mekanik özellikleri ile kıyaslandığında, sonuçların kabul edilebilir seviyede olduğu görülmüştür.