Hidroksi apatit içerikli policaprolacton filament yapılı yapay kemik materyalinin üretimi ve biyouyumluluğunun araştırılması
Production and biocompatibility assessment of hydroxyapatite-containing polycaprolactone filament-based artificial bone material
- Tez No: 1001815
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET BEKTAŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE SÜMEYYE AKAY ZENGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biyomühendislik, Diş Hekimliği, Biophysics, Bioengineering, Dentistry
- Anahtar Kelimeler: Biyofizik, Kemik ve Kemikler, Biyopolimerler, Biophysics, Bones and Bones, Biopolymers, Bone and bones
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyofizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyofizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezi kapsamında, kemik doku mühendisliği uygulamaları için sürdürülebilir bir kalsiyum karbonat kaynağı olan atık yumurta kabuklarından yüksek saflıkta hidroksiapatit (HA) sentezlenmiş ve poli (ß-) kaprolakton (PCL) matrisli biyo-mimetik yapı iskeleleri geliştirilmiştir. Çalışmanın başlangıç aşamasında, ıslak kimyasal çöktürme yöntemiyle elde edilen HA' nın kristalinitesi, fonksiyonel grupları ve yüzey morfolojisi FTIR, XRD ve SEM analizleri ile biyofiziksel açıdan doğrulanmış, doğal kemik minerali ile stokiyometrik tam uyum (Ca/P = 1,67) sergilediği saptanmıştır. Sentezlenen HA, PCL polimeri ile kompozit hale getirilerek Ergitmeli Yığma Modelleme (FDM) tabanlı 3B baskı sistemleri için özgün bir filament formuna dönüştürülmüştür. Üretim sürecinde; doluluk oranı (%10 - %100), baskı deseni (8 farklı), kabuk kalınlığı (0,2 – 0,4 - 0,6 mm) ve katman yönelimi gibi parametrelerin yapısal bütünlük, porozite ve mekanik cevaplar üzerindeki etkileri 741 farklı ürün üzerinden sistematik olarak modellenmiştir. Yapılan çekme testlerinde, özellikle Tri-Hexagon desen geometrisinin ve optimize edilmiş kabuk kalınlığının stresi üç eksenli dağıtarak malzemenin biyomekanik performansını radikal bir şekilde arttırdığı ve 61,5 MPa ile kortikal ve trabeküler kemik arasında ideal bir biyofiziksel köprü kurduğu gözlenmiştir. In vitro biyoaktivite testlerinde, numunelerin Simüle Edilmiş Vücut Sıvısı (SBF) içindeki iyon difüzyonu ve yüzey mineralizasyonu incelenmiş; 8 haftalık periyot sonunda karnabahar benzeri apatit kristallerinin PCL matrisini tamamen maskelediği (masking effect) saptanmıştır. MTT analizleri ise HA takviyesinin hücre adezyonu ve proliferasyonu (MC3T3-E1) üzerinde sitotoksik bir etki barındırmaksızın destekleyici bir rol oynadığını doğrulamıştır. Tezin in vivo bölümünde, optimize edilen iskeleler fare kafatasındaki kritik boyutlu kemik defektlerine implante edilmiştir. Mikro - BT (micro-CT) görüntüleme ve hacimsel işleme analizleri, implant-kemik arayüzündeki dikey kemik köprüleşmesinin istatistiksel olarak anlamlı (P = 0,0059) bir rejenerasyon başarısı sergilediğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak bu çalışma; doğal kaynaklı HA' nın biyofiziksel optimizasyonu ve 3B baskı parametrelerinin bilimsel olarak modellenmesi sayesinde, kişiye özel implant tasarımında yük aktarım mekanizmalarına, doku yenilenmesine, iyileşmeye ve yeni nesil yapay kemik iskelelerinin geliştirilmesine bütüncül bir katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this PhD thesis, high-purity hydroxyapatite (HA) was synthesized from waste eggshells, a sustainable source of calcium carbonate, for bone tissue engineering applications, and poly (ß-) caprolactone (PCL) matrix biomimetic scaffolds were developed. In the initial phase of the study, the crystallinity, functional groups, and surface morphology of the HA obtained via the wet chemical precipitation method were biophysically verified through FTIR, XRD, and SEM analyses, and it was determined that it exhibited a perfect stoichiometric match (Ca/P = 1.67) with natural bone mineral. The synthesized HA was composited with PCL polymer and transformed into a unique filament form for Fused Deposition Modeling (FDM)-based 3D printing systems. During the production process, the effects of parameters such as infill density (10% - 100%), infill pattern (8 different types), shell thickness (0.2 - 0.4 - 0.6 mm), and layer orientation on structural integrity, porosity, and mechanical responses were systematically modeled using 741 different specimens. In the tensile tests performed, it was observed that the Tri-Hexagon pattern geometry and optimized shell thickness, in particular, radically increased the biomechanical performance of the material by distributing stress triaxially, establishing an ideal biophysical bridge between cortical and trabecular bone with 61.5 MPa. In in vitro bioactivity tests, ion diffusion and surface mineralization of the samples in Simulated Body Fluid (SBF) were examined; at the end of an 8-week period, it was determined that cauliflower-like apatite crystals completely masked the PCL matrix (masking effect). MTT analyses confirmed that HA reinforcement played a supportive role on cell adhesion and proliferation (MC3T3-E1) without harboring any cytotoxic effect. In the in vivo section of the thesis, the optimized scaffolds were implanted into critical-sized bone defects in mouse calvaria. Micro-CT imaging and volumetric processing analyses revealed that vertical bone bridging at the implant-bone interface exhibited a statistically significant (P = 0.0059) regeneration success. Consequently, this study offers a holistic contribution to load transfer mechanisms in patient-specific implant design, tissue regeneration, healing, and the development of next-generation artificial bone scaffolds through the biophysical optimization of naturally derived HA and the scientific modeling of 3D printing parameters.
Benzer Tezler
- Genioplastide kullanılan titanyum plaklar ve rezorbe olabilen plakların stabilite ve stres dağılımlarının sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi
Evaluation of stability and stress distributions of titanium and resorbable plates used in genioplasty by finite element analysis
BERİVAN KOZAN
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2025
Diş Hekimliğiİnönü ÜniversitesiAğız, Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR SANCAR
- Farklı kanal patlarının apikal sızdırmazlık özelliklerinin uzun süreli incelenmesi ve bunun klinik başarı ile olan ilişkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the long-term effects between different root canal sealers as per their apical leakage and clinical success
BERRİN GÜL UTANDI
- Hidroksiapatit ve biyoaktif cam içerikli farklı diş macunlarının mine remineralizasyonu üzerine etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effect of different toothpastes including hydroxyapatite and bioactive glass on enamel remineralization
MERVE KULAN
- Hidroksiapatit bağlayıcı antimikrobiyal peptit içerikli bir self adeziv rezin simanın fiziksel ve mekanik özelliklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of physical and mechanical properties of a self adhesive resin cement containing hydroxyapatite binding antimicrobial peptide
AYŞENUR TURAN
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2025
Diş HekimliğiErciyes ÜniversitesiRestoratif Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HACER BALKAYA
- Farklı türde silanlarla modifiye edilen hidroksiapatit içerikli biyokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of hydroxyapatitecontained biocomposites modified by different type silanes
EYLÜL ODABAŞ