Biomaterials

Abdominal cerrahide kullanılmak üzere PHBHHx membranların hazırlanması ve karakterizasyonu

Abdominal cerrahi sonrası iyileşme sürecinde hastaların yaklaşık %90'ında peritoneal adezyonlar gelişmektedir. Adezyonlar, iyileşme sürecinden kaynaklanan anormal fibröz veya skar dokusudur. Yapışkanlık önleyici olarak degrade olmayan polypropilen ve polietilenterrafitalat meshlerin dışında, degrade olabilen poliglaktin, poliglikolik asit, poli4-hidroksibutirat meshlerde kullanılmaktadır. Degrade olan meshlerin mekanik problemlerinin yanı sıra adhezyon problemi görülmüştür. Sunulan tez çalışmasında abdominal cerrahi sonrası oluşan yapışıklıkların önlemek için PHBHHx membranlarının hazırlanması ve in-vitro, karakterizasyonun yapılması amaçlanmıştır. PHBHHx membranların serbest yüzey enerjilerini düşürmek, fibroblast adhezyonunu engellemek, pıhtılaşma faktörlerini uyarmamak için oleik asit, polietilen glikol-400 (PEG), PEG-8000, izopropil miristat ilave edilerek modifiye edilmiştir. PHBHHx membranların serbest yüzey enerjileri, dinamik mekanik test cihazı ile mekanik özellikleri, su tutma kapasiteleri, belirlenmiştir. Modifikasyonlar ile insan fibroblast hücre adhezyonu korele edilmiştir. Aynı zamanda modifikasyonun sitokin salımına etkisi, hücresel oksidasyona etkisi, insan serum albümin bağlama kapasitesi belirlenmiştir. Kan pıhtılaşma faktörlerini etkilemeyen, hücre adhezyonuna izin vermeyen, proinflomatuar sitokinleri uyarmayan formülasyonlar belirlenmiştir.

Kaplanmış gözenekli Tİ6A14V implantların lazer metal toz ergitme (LAM) teknolojisi ile üretimi ve karakterizasyonu

Metal ortopedik implantlar, fonksiyonel olarak kemik hasarlarında iç onarımı sağlamak için oldukça umut verici tıbbi cihazlardır. İmplantın uygulanan bölgeye uygun elastik modülüs ve vücutta oluşacak olumsuz etkileri önleyici biyouyumluluk özelliklerinin olması minimum gereksinimlerdir. İdeal implant malzemesi üzerine yaygınlaşmış çalışmalar, yüksek mekanik mukavemet ve osteointegrasyon özellikleri nedeniyle titanyum elementler ve alaşımlar üzerinde yapılmaktadır. Bununla birlikte, piyasada geleneksel yöntemlerle yapılan Ti6Al4V alaşımlı implantlar, yüksek mekanik mukavemeti, stres koruma etkisi ve düşük süneklik gibi dezavantajlardan dolayı ideal implant özelliklerinden uzaktır. Bu problemi çözmek için tezde, dokuları implanta daha iyi entegre etmek ve kemiğin mekanik özelliklerine yaklaşmak amacıyla üçlü periyodik minimal yüzey (ÜPMY) kafes yapısına sahip gözenekli implantlar kullanılmıştır. Tezin başlangıç noktası, istenen mekanik özellikleri ve gözeneklilik oranı ile hücre hareketini sağlamak için kontrollü ÜPMY gözenek yapısının tasarımı ve bu yapıya sahip Ti6Al4V implantların, lazerle metal toz ergitme (LAM) teknolojisi kullanılarak üretimini sağlamaktır. Tezin genel amacı, ortopedik cerrahide kullanılabilen, piyasadaki konvansiyonel gözeneksiz titanyum implantlara kıyasla, mekanik özellikleri kemiğe daha yakın ve biyouyumluluk açısından daha yüksek aktivasyon gösterebilecek Ti6Al4V ÜPMY implantlar tasarlamak ve üretmektir. Ek olarak, gözenekli implantları kalsiyum fosfat ve polimer kompozitle kaplayarak osteointegrasyonun arttırılması amaçlanmaktadır. Amaca göre, tezin ilk bölümü Ti6Al4V ÜPMY yapılar için tasarım ve üretim süreci olmuştur. Bu bölüm ayrıca implant gereksinimlerini sağlamak için önce ÜPMY tasarım parametreleri, daha sonra LAM işlem parametreleri ve son adım temizleme işlemi parametreleri optimizasyonu ile prototip geliştirme olan yinelemeli süreci içermektedir. İkinci bölüm olan kaplamada, yüzey işlevselleştirme, CaP / Polimer kompozit sentezi, daldırma kaplama parametre optimizasyonu ve daldırma kaplama işlemi ile devam edilmiş, son olarak kompozit ve titanyum yüzey arasındaki kaplama kalitesini ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi için kaplama gerilme testleri yapılmıştır. Üçüncü bölümde, Ti6Al4V gözenekli implantların biyouyumluluk özelliklerinin elde edilmesi için sitotoksisite testi uygulanarak karakterizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir.

Kemik implant malzemesi olarak titanyum köpük materyalin üretimi ve karakterizasyonu

Studies have confirmed that titanium (Ti) can improve the contact of bone and its surface growth. Titanium foam may, therefore, prove beneficial in aiding healing and the generation of greater power from implant regions. Biomedical methodologies have only recently sought to use porous metal frameworks in copying the structure and mechanical features of bone. When forming and constructing metal foams with the aim of achieving their best features, it is of utmost significance that their mechanical factors and possible failures of mechanism are comprehended. The way they behave mechanically is determined by their microform and their cellular organisation. Differences in density, topology, mechanics of breaks and cellular aluminium, steel and magnesium foam fatigue (mainly not biocompatible) have been researched a lot previously. Nevertheless, for the new biocompatible foams such as the porous titanium foams, there is a lack of comprehension of their failure processes. This report therefore seeks to enhance the basic comprehension of the mechanical functions of titanium foams and new material that can be employed for biomedical use in the coming years. The study spans details on how titanium foams are produced with individual chemical make up of three varied degrees of porosity; namely 60, 70 and 80% and which will define the features of both cancellous and cortical bone. The study also seeks to form a Finite Element Method (FEM) model for analysis of the implants made of titanium form. This would allow for assessment of the mechanical properties across the various dimensions, compression settings and levels of porosity. This will result in the efficacious design of suitable implants at times of surgery. Uniaxial compression testing was used to examine the performance in the mechanical context together with the compressive strength and the elastic modulus. The mean elastic modulus and yield strength values of the three degrees of porosity of the titanium foam were similar to those attained for human cortical and cancellous bone. Prior to and following compression, a macro and micro assessment of their physical and morphological parameters was carried out to aid in comprehension of the morphological features. This work was supported with the use of electron microscopes (scanning and optical), micro-CT, EDS (Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy) and XRD (X-ray Powder Diffraction analyses and Vickers hardness. Moreover, osteointegration was assessed for two, three and four weeks by immersion of the samples of titanium foam in substances that are similar to body fluid. The primary objective of this study was comprehension of the degree of porosity and organisation of the foam that would adequately form inner connections to enable regeneration of vasculature whilst also mimicking the features of porosity associated with human bones. The best morphological and mechanical features regards human bone were achieved for samples that were 60% porous. However, the optimum mimicking of cancellous human bone was achieved at a degree of 80% porosity. Finite element analyses were carried out in order to simulate the compression behaviour of the titanium foam implants with 60,70 and 80%. The outcomes of these evaluations supported the experimental findings which in turn resulted in model validation. The model was subsequently employed in the examination of distribution of stress within the titanium foam structure of dental implants. The findings of the research showed that the use of the space holder method to produce porous titanium scaffolds had great possibilities in the field of hard tissue engineering. It is therefore anticipated that the findings of this study would be advantageous for the formation of new materials and their employment in the biomedical field.

Kayısı çekirdeği kabuğu temelli selüloz sentezi, sürdürülebilir enerji depolamada kullanılmak üzere sert karbon üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması

Yenilenebilir kaynaklara dayalı sürdürülebilir enerji sistemlerinin geliştirilmesi, enerji depolama teknolojilerinde çevre dostu ve maliyet etkin çözümlerin önemini artırmaktadır. Bu çalışmada, biyokütle tabanlı kayısı çekirdeği kabuğu kullanılarak, sodyum-iyon bataryalarda anot elektrot olarak değerlendirilebilecek sert karbon malzemelerinin üretimi ve performansı araştırıldı. Karbon öncülü olarak kayısı çekirdeği kabuğu (KÇK), bu biyokütleden izole edilen selüloz (S) ve nanoselüloz (NS) olmak üzere üç farklı malzeme seçildi. Her bir malzeme üzerinde üç farklı işleme yaklaşımı uygulandı: i) temel karbonizasyon süreci, ii) sodyum karbonat ile kimyasal aktivasyon sonrası karbonizasyon ve iii) hidrotermal işlem ile Mn katkılama işlemini takiben karbonizasyon. Elde edilen karbon bazlı malzemeler; X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), yüzey alanı ve gözenek boyutu analizi (BET) ile Raman spektroskopisi kullanılarak detaylı biçimde karakterize edildi. Elde edilen ve yapıları aydınlatılan karbon bazlı malzemelerin Na-iyon batarya testleri, yarım hücre tipi CR2032 bataryalarda gerçekleştirildi. Elektrokimyasal karakterizasyonlar; döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), galvanostatik çevrim testleri ve farklı akım yoğunluklarında C-rate performans analizleri yapıldı. Düşük akım yoğunluğunda (0,05 A/g) en yüksek ilk deşarj kapasitesi, 451,99 mAh/g ile alkali işlem görmüş nanoselüloz tabanlı örnekte elde edildi. C-rate testleri sonucunda, düşük akımda en yüksek kapasiteyi kayısı çekirdeği kabuğu esaslı ve alkali aktivasyon uygulanmış örnek gösterirken; yüksek akımda kapasitesini en iyi koruyan örneklerin Mn katkılı versiyonlar olduğu belirlendi. Elde edilen bulgular hem aktivasyon hem de Mn katkılama işlemlerinin elde edilen karbon bazlı malzemelerin elektrokimyasal performans üzerinde önemli etkiler yarattığını ortaya koymakta, özellikle alkali işlem görmüş karbonların yapısal dayanımını ve çevrim kararlılığını artırdığını göstermektedir. Bu sonuçlar, kayısı çekirdeği kabuğu ve türevi karbon malzemelerin sodyum-iyon bataryalar için potansiyel anot malzemeleri olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir.

Farklı üzengi kemik protezlerinin modellenerek ses iletim performanslarının mevcut ticari protezlere göre değerlendirilmesi

İşitme kayıplarının bazıları, orta kulakta yer alan ve seslerin iç kulağa iletilmesini sağlayan çekiç, örs ve üzengi kemikçiklerinde meydana gelen sorunlar sonucu oluşmaktadır. Böyle durumlarda, çoğunlukla üzengi kemiği alınarak yerine bir protez yerleştirilmektedir. Bu çalışmada, farklı üzengi kemik protezlerinin modellenmesi ve ses iletim performanslarının sağlıklı insan orta kulak modeli ile mevcut ticari protezlere göre değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada protez tasarımları, modellemeleri ve analizleri Solidworks ve Ansys programları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında öncelikle ticari olarak üretilen üç adet piston tipi protez seçilmiş ve modellenmiştir. Bu protezler için dört farklı malzeme (teflon, titanyum, pet-g, nitinol), üç farklı çap (0.4, 0.5, 0.6 mm) ve üç farklı uzunluk (4.00, 4.75, 5.50 mm) belirlenerek her bir protez modelinde bu malzeme, çap ve uzunlukların değerlendirilmesi yapılmıştır. Tasarlanan protez modellerinin ve gerçek kulak modelinin harmonik titreşim analizleri gerçekleştirilmiştir. 100 ile 10000 Hz aralığındaki bir frekans için çalışma yapılmıştır. Analizde modellenen kulağın timpanik membran kısmından anlık ses basınç seviyesi 90 dB olan yaklaşık 0.632 Pa'lık bir basınç gönderilmiş ve analizler belirlenen sınır şartları altında gerçekleştirilmiştir. Üzengi tabanında titreşim sonucu oluşacak etkilerin frekans yanıtı ile sesin iletimindeki hız dağılımları incelenmiştir. Modellenen mevcut ticari protezlerin her biri harmonik analizdeki dağılımları açısından karşılaştırılmış ve sağlıklı insan orta kulak modeli ile kıyaslanarak işitme üzerindeki ses iletim performansları değerlendirilmiştir. Tez çalışması kapsamında analizi yapılan 108 protez modeli arasından sağlıklı insan orta kulak modeline en yakın sonuçları veren 0.6 mm çap, 5.50 mm uzunluğundaki titanyum malzeme ile üretilen Ticari 3 protez modeli, Çizelge 4.15'teki veriler ile karşılaştırılmış ve ses iletiminde 10 kat iyileşme görülmüştür.

Design of biocompatible hydrogels with regions of different chemical and mechanical properties

A polymer gel is simply a soft and wet material. There are two critical points to form a polymer gel. These are: a crosslinked, elastic three dimentional (3D) polymer network architecture and a fluid, filling the interstitial spaces of network, in which the polymer network can swell without dissolving. Their elastic crosslinked network brings them a soft texture, while the entrapped fluid renders this materials wet. Although polymer gels have wet and soft look, they are capable of bearing large deformations. Therefore, polymer gels are mostly used materials with their wide-ranging and tunable properties in such areas like bone-tissue engineering, biomedical applications, etc. Within this thesis, two different kinds of gels were investigated from two different aspects. First, single network (SN), double network (DN) and triple network (TN) cryogels were investigated in the manner of biocompatibility. Then, in the second part, multi-segmented hybrid hydrogels were discussed within the framework of their synthesis, creation aspects and mechanical properties. Silk, as a biological material, covers a history more than 5000 years. This protein polymer in the form of fibers spun by silkworms has served as a bridge between cultures. Today, silk is mainly utilized in textile industry, for its unique properties such as strength, low heat conductivity, luster and moisture absorbance capacity. Another interesting applications of silk include: the interior decoration of houses, parachute clothing, bicycle tires, bed filling, etc. Moreover, most importantly, silk is used in biomedical fields such as tissue engineering and regenerative medicine with their various physical characteristics, biocompatibility and ability to support the attachment, proliferation and differentiation of many types of cells. Within the scope of this thesis, biocompatibity of Bombyx mori based silk-fibroin protein was investigated as a pre-made scaffold through the specific form of porous gels, SN-, DN- and TN- silk-fibroin cryogels. Investigations were carried out on readily-prepared scaffold samples which of their mechanical and morphological properties were already identified by our research group. Pre-identified feature-dependent changes in cell viability was tested quantitatively by MTT assay and qualitative observations were conducted through layer-by-layer images (3D images, composite images collected from different depths of scaffold) from Laser Confocal Scanning Microscopy (LCSM). For all cell-culturing purposes, Normal Human Dermal Fibroblast (NHDF) cell line was used. Among the scaffolds, there were two kinds of materials available to clarify the relationships between cell viability and pore size, surface area and wall thickness. SN cryogels synthesized by increasing fibroin concentrations represents decreasing pore size and porosity while wall thickness is increasing. The other set of cryogels, named as DN and TN through this thesis, formed by double-networking concept represent increasing fibroin concentrations by the penetration of new networks into the SN. However, DN and TN cryogels exhibit no increase in wall thickness with the help of formed pores inside the bigger pores of single network pores, called as second generation pores. Moreover, decreasing in pore size occasioned by second generation pores and increasing fibroin concentration cases were run with increasing surface area. Besides all, both of two cryogel types have an advantage for biomedical applications as they have interconnected pores. MTT assay results represented that cryogels with the porosity (%) ratios between 90 and 75% reveal better cell viability (%) ratios which are in correlation with literature. Additionally, it was revealed that the cell viability results are independent from silk-fibroin concetrations (CSF) of cryogels. Pore size ranges of scaffolds in dermal fibroblast culturing were reported between 5-15μm. Within the range of scaffolds, SN-4 codded cryogel has the bigger pore sizes as 33μm which decrease to 3.4μm for DN-4/29. For both case, MTT say results show good level of cell viability (far more higher than 50 % for 3rd, 7th and 10th days which are the evidence for the absence of acute toxicity). LCSM images received from the SN-4 (33 μm) and TN4/7/20 (4.3μm) cryogels supported the viability results. This good viability results of TN-4/7/20 is attributed to the extraordinary pore architecture generated by second generation pores. As a summary of these results, it was revealed that the DN and TN cryogels can increase the cell viability and be protected from any loss on mechanical properties as well. For this reason, these "second generation pores" make DN and TN cryogels a good candidate for load-bearing pre-made scaffolding approaches. Within the second part of this thesis, multi-segmented hybrid hydrogels with two or three individual segments, which of each have chemically and physcially different properties were investigated from the stand point of designing and mechanical characterization. As a general meaning, "hybrid" term corresponds to a thing which combines two different elements to obtain a new, mixed character. Within hydrogel studies, hybrid is a common use to describe the material via their structural components' character in a chemical or physical manner. Within a chemical manner, a hybrid hydrogel may be a combination of a synthetic and a natural, organic and inorganic sources. On the other hand, in terms of physical manner, a hybrid hydrogel may be a combination of different components having different physical properties together, such as isotropy and anisotropy, amorphus and semicrystalline structure, rigidity and flexibility, etc. to create a new material with a new desired character. Biological tissues are mainly anisotropic, non-homogenous and multi-phasic natural constructs in an intermeshed architecture of hard and soft components with an extremely tough interface. Such important examples are bone, cartilage, ligament, tendon and intervertebral disc (IVD). Hydrogels are important materials with their similarity to biological tissues as they are matrices with ability to entrap the water or aqueous solutions. However, even their common brittle character was overcome by many techniques improved for decades, these high strength hydrogels reported so far were mostly isotropic. Here, for the first time, preparation step of monomer mixtures for the one-step synthesis of hybrid hydrogels was achieved by stratification method to form an anisotropic multi-segmented hybrid hydrogel. By taking advantage of stratification, it was exhibited that, this method is available for a wide range of monomers. Therefore, with several combination possibilities of different segments (with required physical and chemical properties), a multi-segmented hybrid gel formation serves as a puzzle-like method to use in various desired applications. Additionally, based on the biocompatibity of the polymers utilized in this study, hybrid hydrogels are potentially biocompatible. Within this study, two- and three- segmented hybrid hydrogels were synthesized by using UV-initiated bulk copolymerization technique as polymerized density-stratified monomer solutions of hydrophobic (at least one or more) and hydrophilic monomer mixtures. Hydrophilic monemers were N-dimethyl acrylamide (DMA) or acrylic acid (AAc); hydrophobic monomers were octadecyl acrylate (C18A), stearyl methacrylate (C17.3M) or lauryl methacrylate (C12M). Hydrophobic monomers carrying alkyl side chains of different lengths lead to the formation of supramolecular, semi-crystalline hybrid hydrogels. Through this concept, it was possible to adjust the mechanical and thermal properties of segments and interfaces by varying the combinations of monomers. By this means, anisotropic biological tissue inspired hybrid hydrogels were demonstrated, as intermeshed hard and soft components through a strong interface(s), which never rupture at interface region(s). According to the investigations, two-segmented hybrids exhibit a high modulus (0.46−74 MPa) and tensile strength (0.19−3.9 MPa) and sustain 24−30 MPa stresses at 78−83% compressions which are comparable to the natural IVD. Moreover, it was seen that it is possible to expose these gels to cyclic deformation without any irreversible deformation by the help of their semi-crystalline or supramolecular structure. In case of three-segmented hybrids, obtained results show also a high modulus (89-118 MPa) and tensile strength (3.6−4.6 MPa) with tensile strain of 50−75%. Multi-segmented hybrids have the ability to self-heal upon heating above melting temperatures (Tm) once one or both of their gel components are damaged. It was also tested by separate examinations that the interface regions, also, have self-healing ability. Besides the self-healing ability, they exhibit a pseudo triple- or multiple- shape memory effect as well, arising from the different Tm belonging to the gel components of hybrids. For instance, two-segmented hybrid H2-2 (two-segmented hybrid) have only one semi-crystalline segment because the other segment shows an amorphous character. Thus, the H2-2 exhibit only dual shape memory. However, H2-1 (two-segmented hybrid) possesses two semi-crystalline segments which reflect to the whole body of two-segmented hybrid as a pseudo-triple- shape memory effect. Moreover, in case of three- segmented hybrids, H3-1 hydrogel comprises of three semi-crystalline segments which of their two have close Tm values than that of the remaining segment. Thus, two different Tm are obtained resulted in a pseudo-triple- shape memory. Another hybrid example, three-segmented H3-2 hydrogel, was observed as it has three semi-crystalline segments, hence three Tm which of these are in far different temperatures. Stemming from these three different Tm, H3-2 is able to exhibit pseudo-multiple- shape memory effect. The synthetic strategy presented here thus enables combination of multiple gel components in a single, intermeshed material, leading to the preparation of multiple-shape memory hydrogels with multi-responsivity. Moreover, it is also possible to decide the place of stretchable and rigid parts in a multi component hybrid structure, according to the requisite, by using the monomers in different densities and chemical properties.

Nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere biyomalzeme temelli kontrollü salım sistemlerinin geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, Alzheimer hastalığının semptomatik tedavisinde kullanılan FDA (U.S. Food and Drug Administration) tarafından onaylı bir asetilkolinesteraz inhibitörü Galantamin hidrobromür (GAL) etken maddesinin kontrollü salımı için mini emülsiyon polimerizasyon yöntemi ile p(HEMA-MAPA) nanopolimerleri sentezlenmiştir. Sentezlenen nanopolimerlerin morfolojik özelliklerini ve yüzeydeki elementlerin miktarını belirlemek için SEM-EDS analizi yapıldı. Kimyasal yapılarının tespit edilmesi için FTIR analizi yapıldı ve partikül boyutu Zeta-Sizer cihazı ile belirlendi. SEM analizi sonucunda nanopolimerlerin yüzey morfolojisinin küresel olduğu görülmüş, Zeta-sizer analizine göre ortalama partikül boyutunun 113,3 nm olduğu bulunmuştur. Nanopolimerlerin spesifik yüzey alanı ise 844,38 m2/g olarak hesaplanmıştır. GAL'in nanopolimerlere optimum adsorpsiyon koşulları altında maksimum adsorpsiyon miktarının 1:39 polimer-ilaç oranında, 25 ̊C'de, 120 dakika temas süresinde, pH 5,5'te, 250 μg/mL GAL konsantrasyonunda 109,29 mg/g olduğu bulunmuştur. GAL'in p(HEMA-MAPA) ile adsorpsiyonunun Langmuir izotermi ile uyumlu olduğu bulunmuştur. Optimum koşullarda nanopolimere yüklenen GAL'in in vitro kontrollü salım çalışmaları için pH ve sıcaklık denemeleri ise diyaliz yöntemi ile yapılmıştır. Anahtar sözcükler: Alzheimer Hastalığı, Asetilkolinesteraz inhibitörü, Nanopolimer, Galantamin hidrobromür, Kontrollü Salım Sistemleri, Mini emülsiyon polimerizasyonu

Modification of biopolyelectrolytes for bioadhesive applications

Biomimetic research on the development of bioadhesives mimicing the adhesive proteins secreted by blue mussels have become very popular in the recent years. The most important feature of the adhesive proteins is that they can stick to any type of surfaces in dry or wet environment. Furthermore, these proteins can preserve their bulk adhesive properties over time in the presence of water in which most adhesives fail to manage. 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (L-DOPA) is an aminoacid found in the adhesive proteins of marine mussels. L-DOPA is the most abundant molecule at the interface of adhesion and the catechol group of DOPA is believed to be the key funtional group in mussel attachment. There have been numerous studies on catechol functionalization of polymers to mimic the adhesive feature of mussel adhesive proteins. However, the advantage of our method is that the polymers were modified by forming strong amide bond, which is more stable against hydrolysis, using catechol containing molecules.In this study, the catechol modification of two biopolyelectrolytes; hyaluronic acid (HA) and chitosan (CHI) with L-DOPA-Methyl ester and 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid (DOHA), respectively, was achieved via carbodiimization of active esters. The modification was confirmed with 1H-NMR analysis, UV spectroscopy and gelation with periodate. The degrees of modification (% by mole) of polymers were calculated by UV-Vis spectroscopy. Potentiometric titrations were also carried out to investigate the effect of modification on pKa of biopolymers. Higher pKa values of modified polymers than that of unmodified ones also confirmed the modification.

Kemik yüzeyi taklit biyobozunur polimerik doku iskeleleri

Ortopedik uygulamalar için polikaprolakton-kitosan nanolif kaplı Ti-mikroalaşımlı AZ31 Mg alaşımının biyobozunurluk özelliklerinin araştırılması

Bu tez çalışmasında, ortopedik implant uygulamaları için AZ31 Mg alaşımının Ti mikro alaşımlandırma (ağr. %0,1 Ti, AZ31Ti) ile kontrollü biyobozunur özelliğinin geliştirilmesi çalışılmıştır. Çalışma kapsamında, AZ31 ve AZ31Ti alaşımlarının mikroyapı, sertlik ve çekme dayanımları karşılaştırılmıştır. Kaplanmamış ve elektro-eğirme yöntemi ile nanofiber kaplanmış alaşımların biyouyumluluk ve hücre tutunma testinin yanı sıra yapay vücut sıvısı (SBF) içinde in-vitro korozyon dayanımları araştırılmıştır. Fiber oluşumu için polikaprolakton (PCL) ve kitosan (CS) kullanılmıştır (PCL/CS). Ayrıca, PCL/CS karışımına karanfil özütlü enkapsüle gümüş nanopartikül (eAgNP) ilave edilerek ayrı bir kaplama karışımı (PCL/CS-eAgNP) hazırlanmıştır. AZ31Ti yüzeylerine elektro-eğirme yöntemiyle PCL/CS ve PCL/CS-eAgNP olmak üzere iki farklı nanofiber kaplama yapılmıştır. Biyouyumluluk testi için MC3T3-E1 (CRL-2593) osteoblast hücreleri model olarak kullanılmıştır. Malzeme karakterizasyon analizleri; Optik Mikroskop (OP), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FE-SEM), X-Işınları Difraksiyonu (XRD), Fouirer Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), temas açısı ölçümleri ile yapılmıştır. OP görüntüleri ve SEM mikroyapı sonuçları; AZ31 ile kıyaslandığında, Ti mikro alaşımlamayla ortalama tane büyüklüğü ve şekillerinde belirgin bir farklılık olmadığını göstermiştir. XRD analizleri, AZ31 ve AZ31Ti alaşımlarının difraksiyon kırınımlarının benzerlik gösterdiğini ve Ti mikro alaşımlamanın AZ31 alaşımının kristal yapısının değiştirmediğini göstermiştir. Ti mikro alaşımlamayla hadde numunelerin sertlik değerlerinde ve mekanik özelliklerinde kayda değer bir değişiklik olmadığı gözlemlenmesine rağmen SEM analizleri, korozyon kaybı sonuçlarını teyit ederek en fazla korozyona uğrayan alaşımın AZ31 alaşımı oluğunu göstermiştir. FESEM görüntüleri, PCL/CS ve PCL/CS-eAgNP kaplamaların ortalama fiber çapları arasında anlamlı bir fark bulunmadığını ve her iki kaplama için de ~55 nm olduğunu göstermiştir. PCL/CS kaplı numunenin temas açısı 123° ve PCL/CS-eAgNP kaplı numunenin ise 118° olarak ölçülmüş ve eAgNP ile kaplamanın ıslatma özelliğinin çok da değişmediği, PCL/CS nanofiber kaplı AZ31Ti alaşımının korozyon kaybı, kaplanmamış AZ31Ti numunesine oldukça yakın olduğu için kaplamanın korozyon kontrolünde beklenen performansı gösteremediği sonucuna varılmıştır. XTT hücre proliferasyon testine göre absorbans sonuçları; PCL/CS kaplanmış numunelerin kaplanmamış alaşım grubuna kıyasla daha iyi biyouyumluluğa sahip olmasına karşın PCL/CS-eAgNP kaplı numunelerin en zayıf biyouyumluluğa sahip olduğunu göstermiştir. Hücre kültürü çalışmaları sonrasında numunelerin SEM görüntülerinde, kaplanmamış numune, zayıf hücre yapışması sergilerken, hücreler, karakteristik kaplama morfolojisi nedeniyle PCL/CS nanofiber kaplı numune üzerinde düzleşmekte ve genişlemekte olduğu gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: AZ31 Alaşımı, Biyouyumluluk, Biyobozunma, Elektro-eğirme Yöntemi, Ti mikro alaşımlandırma

Synergistic effects of bone surface mimic topography and chemistry on osteogenic stem cell differentiation and osteoimmunomodulation

The term "osteoimmunomodulation" refers to regulating immune responses to enhance bone healing. Osteoimmunology highlights the significant role of immune cells in bone repair. Conventional bone repair approaches often neglect the immune response, causing discrepancies between in vitro and in vivo environments. A suitable osteo-immune environment is crucial for successful bone regeneration. Surface and bulk properties like surface charge, porosity, pore size, wettability, bioactive ion release, and surface topography significantly affect cell behavior on biomaterials. These features influence cell adhesion, proliferation, stem cell differentiation, and immune cell behavior, including macrophage polarization. This thesis explored how the topographical and chemical characteristics of bone surfaces affect cellular behavior, specifically promoting osteogenic differentiation and enhancing osteoimmunomodulation. Model Poly-L-Lactic Acid (PLA) membranes were produced to mimic natural bone surface properties through soft lithography technique. To enhance biomimicry, BSM PLA membranes were modified with collagen type I (Col-I) and hydroxyapatite (HA). The effect of these membranes on the osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) and on osteoimmunomodulation using RAW 264.7 macrophage cells was examined. HA-deposited BSM PLA membranes promoted osteogenic differentiation in ADMSC and stimulated sequential M1 and M2 macrophage polarizations in RAW264.7 macrophage cells. These results lay the groundwork for future biomaterials research by demonstrating the capability of HA-deposited BSM PLA membranes to promote osteogenic differentiation and stimulate the osteoimmune response.

Fabrication of polymer-bioactive glass nanocomposite materials in bone tissue engineering applications

The main driving idea of the study was to produce nano-scaled bioactive glass/polymer composite scaffolds with the inclusion of relevant ions in order to develop multifunctional scaffolds for bone tissue engineering. The originality of the study was related to the integration of several functions in a single advanced scaffold composite system based on specific compositions of bioactive glasses, providing a platform for the delivery of therapeutic ions, and biodegradable polymers as the backbone material. This new material was aimed to have the capacity, through engineered nanoparticles and tailored kinetic release of specific ions, to stimulate early angiogenesis and provide an ideal scaffold for cell recruitment and proliferation, thereby accelerating the bone repair process. In this context, nano-scaled materials from polymer blends (e.g., gelatin/sodium alginate and gelatin/poly(ε-caprolactone)), as well as their composites with bioactive glasses were fabricated with the use of electrospinning technique. In electrospinning technique, solutions containing blends of polymers without or with bioactive glass particles were prepared to be converted into electrospun nanofibers at the relevant conditions. For this purpose, the optimal solution parameters (i.e., concentration of each polymer solution, ratio of one polymer to another, and solvent composition) to produce polymeric scaffolds were first investigated by using Box-Behnken design technique. Secondly, the processing parameters (e.g., applied voltage, tip-to-collector distance, and feeding rate) were also optimized in order to conduct a stable electrospinning process and to have a desirable surface topography.Then, cross-linking treatment was also carried out for enhancing the surface properties of the obtained scaffolds. After that, microstructural and physical properties of the polymeric and nanocomposite scaffolds were determined by using scanning electron microscope, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectrophotometer, and differential thermal analyzer. Finally, a comprehensive in vitro simulated body fluid study was also evaluated to determine the bioactivity of the nanocomposite scaffolds. Furthermore, the release of therapeutic ions from the nanocomposite scaffolds was investigated by using inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The overall results put forth that scaffolds obtained in this study could be promising candidates for bone tissue engineering applications.

Yara doku yenilenmesine yönelik nanoteknolojik kompozit membran eldesi ve karakterizasyonu

Deri vücudumuzu dış etmenlere karşı koruyan en büyük yüzey alanına sahip bir organdır. Dıştaki epidermis vücudu yanık, yaralanma gibi hasarlara karşı korurken iç kısımdaki dermis vücudu travmalara karşı korumaktadır. Kısmi ya da tam onarım yara dokularında olağan bir durumdur. Bu çalışmada, enfeksiyon riskinin yanı sıra bakteri oluşumunu da engelleyebilecek nefes alabilen, akıntıyı absorbe edebilecek, yara iyileşme sürecini kontrol edebileceğimiz şeffaflıkta yeni nesil yara örtücüler yonca, kasık otu, papatya, sarımsak, ciğer otu, kudret narı, sarı kantaron (H. perforatum L.) ve aynısefa çiçeği (Calendula officinalis) gibi farklı maddeler polietilen oksit (PEO) ve polivinil alkol (PVA) gibi suda çözünebilen polimer çözeltilerine takviye edilerek nanoteknolojik elektroeğirme sistemi kullanılarak üretilmiştir. Doku iskelelerinin morfolojik analizi (Alan Emisyon Tabancalı Taramalı Elektron Mikroskobu (FEGSEM), mekanik analizi (Çekme Testi) ve biyolojik analizleri (Hücre Kültürü) gerçekleştirilerek yara örtücü uygulamalarda kullanılabilecek malzeme özellikleri belirlenmiştir.

Ultrasonik aktivasyon ve manuel teknikle uygulanan dört farklı kök kanal patının dentine bağlanma dayanımlarının karşılaştırılması

Kök kanal tedavisinin temel amacı, kök kanal sistemindeki mikrobiyal enfeksiyonu elimine etmek veya önlemektir. Koronal ve apikal bölgelerden kaynaklanabilecek sızıntı ve bakteriyel kontaminasyonu önlemek için kök kanal boşluğunun doldurulması gerekmektedir. İyi bir kanal dolgusu ile periapikal doku sıvılarının kanala geçmesi engellenerek, kanalda kalan enfeksiyon kaynağı mikroorganizma toplulukları o bölgede hapsedilebilir. Son zamanlarda kök kanal dolgusunun kalitesini artırmak amacıyla kök kanal dolgu patlarının ultrasonik olarak aktive edilmesi gündeme gelmiştir. Çalışmamızda çeşitli sebeplerle çekilmiş, kök gelişimini tamamlamış, 80 adet tek köklü mandibular premolar dişler kullanıldı. Kök boyu standardizasyonunu sağlamak için dişler, kalan kök uzunluğu 13 mm olacak şekilde elmas frezlerle su soğutması altında kronlarından ayrıldı. Dişler her bir grupta 10 adet diş olacak şekilde rastgele 8 gruba ayrıldı. Dişlerin preparasyonları FKG RACE EVO 35/0.06 eğe sistemiyle tamamlandı ve dört farklı kök kanal patı ultrasonik olarak aktive edilerek ve aktive edilmeden kanallara tek kon yöntemiyle uygulandı. Dişler kullanılan kök kanal patı türü ve patlara ultrasonik aktivasyon uygulanıp uygulanmamasına göre 8 gruba ayrıldı. 1. Grup: AH Plus Bioceramic, 2. Grup: VDW.1Seal, 3. Grup: FKG TotalFill BC, 4. Grup: AH Plus, 5. Grup: AH Plus Bioceramic+Ultrasonik Aktivasyon, 6. Grup: VDW.1Seal+Ultrasonik Aktivasyon, 7. Grup: FKG TotalFill BC+Ultrasonik Aktivasyon, 8. Grup: AH Plus+Ultrasonik Aktivasyon Daha sonra dişlerin koronal, orta ve apikal bölgelerinden 1 mm kalınlığında kesitler alınarak itme bağlanma dayanımı(push-out bond strength) testi uygulandı. Elde edilen veriler istatistiksel olarak değerlendirildi. Ultrasonik aktivasyon yapılmayan gruplarda koronal, orta ve apikal bölgelerde istatistiksel olarak en yüksek bağlanma dayanımı FKG TotalFill BC grubunda görülürken, koronal bölgede istatistiksel olarak en düşük bağlanma dayanımı AH Plus Bioceramic, orta bölgede AH Plus, apikal bölgede ise VDW.1Seal grubunda bulunmuştur. Ultrasonik aktivasyon yapılan gruplarda koronal bölgede bağlanma dayanımı değerlerinde istatistiksel olarak anlamlı bir fark görülmemiştir. Orta ve apikal bölgede istatistiksel olarak en yüksek bağlanma dayanımı FKG TotalFill BC grubunda bulunurken, orta bölgede istatistiksel olarak en düşük bağlanma dayanımı VDW1.Seal grubunda, apikalde ise AH Plus Bioceramic grubunda bulunmuştur. Ultrasonik aktivasyon yapılan ve yapılmayan gruplararası karşılaştırmalarda, koronal bölgede bağlanma dayanımı değerlerinde istatistiksel olarak anlamlı bir fark görülmemiştir. Orta bölgede VDW.1Seal'a ait bağlanma dayanımı değerlerinin ultrasonik aktivasyon yapılmayan grupta, ultrasonik aktivasyon yapılan gruba göre istatiksel olarak daha yüksek olduğu görülmüştür. Apikal bölgede, VDW.1Seal ve AH Plus'a ait bağlanma dayanımı değerlerinin ultrasonik aktivasyon yapılan gruplarda, aktivasyon yapılmayan gruplara göre istatistiksel olarak daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, ultrasonik aktivasyonun patların dentine bağlanma dayanımını artırdığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Ultrasonik aktivasyon, bağlanma dayanımı, itme bağlanma dayanımı testi, patın aktivasyonu, AH Plus Bioceramic, VDW.1Seal, FKG TotalFill BC, AH Plus

Grafen katkılı nanolif üretimi ve uygulamaları

Son yıllarda nanomalzemelere olan ilgi oldukça artmış ve bu tür malzemelerin kullanılmasıyla üstün özelliklere sahip yapıların elde edilmesi amaçlanmıştır. Grafen sağladığı avantajlı özellikleri sayesinde nanomalzemelerin başında gelmektedir. Nanolif uygulamaları ise hem üretim yöntemi hem de kullanım kolaylığı ile pek çok uygulama alanlarında tercih edilmektedir. Bu tür malzemelerin kullanılması günümüzde pek çok alanda olmakla birlikte özellikle biyomedikal uygulamalarda mevcut birçok problemin üstesinden gelmeye yardımcı olmuştur. Günümüzde kablosuz sensörler, implante edilebilir ya da giyilebilir elektronik cihazlardaki hızlı gelişmelerle birlikte uzun ömürlü güç kaynaklarına ihtiyaç artmaktadır. Bu tez çalışmasında, vücut hareketlerini kullanarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren kendiliğinden enerji eldesi sağlayan piezoelektrik nanojeneratör (PENG) tasarlanmıştır. PENG yapısında piezoelektrik polimer olarak PVDF (Poliviniliden Diflorür) polimeri kullanılmış ve bu polimere Baryum titanat (BaTiO3) nanoparçacığı ve farklı oranlarda indirgenmiş grafen oksit (rGO) katkılanarak katkısız ve katkılı nanokompozit nanolifler elde edilmiştir. BaTiO3 ve rGO katkısı PENG'in piezoelektrik ve dielektrik özelliklerini geliştirmektedir. Elde edilen nanokompozit liflerin yapısal karakterizasyon ve elektriksel karakterizasyon ölçümleri yapılarak katkı oranları karşılaştırılmıştır. Ayrıca iletken elektrot olarak PANI-rGO-PVA nanolif elektrodu üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece biyomedikal alanda giyilebilir elektronik cihazlara harici güç kaynağına ihtiyaç duymadan sürekli enerji sağlamayı amaçlayan bir çalışma olarak esnek PENG tasarımı için gerekli olan malzemelerin üretim parametreleri ve özellikleri araştırılmıştır.

Kemik doku iskeleleri için biyoaktif cam esaslı nanokompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Canlılar, yaşam döngülerinin belirli evrelerinde hastalıklar, kazalar ve yaşlanmanın etkisiyle bazı doku ve organlarında işlev kaybı yaşamaya başlar. Bu sorunlar beraberinde iskelet sisteminde oluşan sıkıntıları da getirmektedir Kemiklerde oluşan çatlaklar, kırıklar veya uzuvların tamamen kaybedilmesine kadar gidebilen ciddi sağlık sorunları bu problemlerden bazılarıdır. Bu sıkıntıların giderilmesinde biyomalzemeler ve doku mühendisliği uygulamaları büyük rol oynamaktadır. Kullanılan biyomalzemeler hasarlı dokuya destek sağlayacak şekilde hazırlanabildiği gibi hasarlı dokunun yerini alıp dokunun bulunduğu bölgede tedaviyi başlatabilecek özelliklere de sahip olabilmektedir. Bu tez çalışmasında kemik doku mühendisliği ve hasarlı kemik dokularının tedavisinde kullanılan biyoaktif camlar sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Çalışmada katkı malzemeleri olarak doğal bir silika kaynağı olan diatomları içeren tortul bir kayaç türü olan diatomit ve alumina nanopartikülleri kullanılmıştır. Üretilen toz numunelerin karakterizasyonları yapılmış, ardından bu numunelerle polimer sünger kopyalama yöntemi kullanılarak kemik doku iskeleleri üretilmiştir. Doku iskelelerine L929 hücre hattı kullanılarak biyouyumluluk ve yapay vücut sıvısı (SBF) kullanılarak biyoaktivite analizleri yapılmış, yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. 30 gün süreyle SBF içerisinde bekletilen doku iskelerinin hepsinin yüzeyinde apatit oluşumu gözlenmiştir olup buna ek olarak diatomit ile katkılanmış numunelerde apatit oluşma hızının ve yoğunluğunun daha fazla olduğu tespit edilmiştir. SBF'de bekletilmiş olan tüm numunelerin Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) sonuçlarında apatit oluşumuna karakteristik olan 550-600 cm-1 bandı ve X Işını Difraksiyon (XRD) sonuçlarında 26° ile 32°'de apatitleşmeye özgü pikler gözlenmiştir. L929 hücre hattı ile yapılan kültür ve sitotoksisite çalışmaları sonucunda malzeme morfolojisinin hücre tutunmasını destekleyici bir yapıda olduğu gözlenmiş ve malzemelerde uygulama esnasında negatif etkiye sebep olacak ciddi bir toksik etkiye rastlanmadığı görülmüştür. Çalışmada hazırlanan malzemeler kemik doku mühendisliği uygulamalarında kullanılacak malzemelerden beklenen özellikleri fazlasıyla göstermiş olup biyoaktif cama yapılan katkılar ile malzeme özelliklerinin arttırılmış olmasıyla tezin amacına uygun nanokompozit malzemeler üretilmiştir.

Şekil hafızalı nitinol malzemelerin biyomedikal uygulamalarda yüzey özelliklerinin incelenmesi

Şekil hafızalı alaşımlar arasında yer alan Nitinol, şekil hafıza etkisi ve süperelastiklik gibi dikkat çekici özelliklerinin yanı sıra, yüksek mekanik dayanımı, korozyon direnci ve üstün biyouyumluluğu sayesinde başta biyomedikal uygulamalar olmak üzere birçok mühendislik alanında geniş bir kullanım alanına sahiptir. Nitinol alaşımlarının biyouyumluluğu, yüzeylerinde oluşan koruyucu pasivasyon tabakasına atfedilmekte olup, bu tabakanın özellikleri alaşımın yüzey kalitesinden doğrudan etkilenmektedir. Yüzey iyileştirme tekniklerinden biri olan elektro-parlatma (EP) prosesi, pasivasyon tabakasının kalınlaştırılarak yüzeyde homojen bir TiO₂ oluşumunun sağlanmasında etkili bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, Nitinol yüzeylerinin elektro-parlatma (EP) ve termal pasivasyon işlemleri sonrası yüzey özellikleri, üç farklı elektrolit çözeltisi (K₁, K₂ ve K₃) kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Çalışmada kullanılan elektrolit çözeltileri; K₁ (sülfürik asit, metanol ve glikol), K₂ (sülfürik asit, hidroklorik asit ve distile su) ve K₃ (hidrojen peroksit, hidroklorik asit ve distile su) olup, bu çözeltilerin elektro-parlatma etkileri yüzey pürüzlülüğü, kimyasal bileşim ve biyouyumluluk açısından değerlendirilmiştir. Deneysel yöntemler, pürüzsüz bir yüzey elde etmek ve nikel salınımını en aza indirgemek amacıyla optimize edilmiştir. Yüzey morfolojisinin analizi FESEM (Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu) ile gerçekleştirilmiş, EP işlemi sonrası yüzeyde TiO₂ oluşumuna işaret eden bir oksijen artışı tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü analizleri, AFM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) ile gerçekleştirilmiş ve K₃ elektroliti ile 4,8 V optimum voltajında 66 nm yüzey pürüzlülüğü değeri elde edilmiştir. Ayrıca, ICP-MS (Indüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometresi) kullanılarak yapılan nikel salınım testleri, EP ve termal pasivasyon işlemleri sonrası tüm elektrolit çözeltilerinin nikel salınımını önlediğini ortaya koymuş; K₃ elektroliti ile işlenen numunelerin literatürdeki diğer çalışmalara kıyasla üstün sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, Nitinol yüzey işlemlerinin optimize edilmesi yoluyla biyouyumluluk ve yüzey özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik önemli bulgular sunmuş; biyomalzeme alanında Nitinol'ün geliştirilmesine katkı sağlayacak özgün önerilerde bulunmuştur.

Characterization of Au, Au/GO and Au/rGO surfaces for carotid endothelial cell proliferation by electrical impedance spectroscopy method

Endothelium dysfunction may be the cause of cardiovascular diseases such as heart attack, aneurysm, or atherosclerosis. Thus understanding endothelial cell prop- erties helps explaining the reasons and treatment of cardiovascular diseases. Electrical impedance spectroscopy (EIS) is a real-time tool for evaluation of cell behavior. In this dissertation, human carotid artery endothelial cell (HCtAEC) proliferation on graphene derivatives was analyzed through EIS, optical images, Alamar Blue cell viability test and cell staining. Gold (Au) layers were deposited on glass surfaces by using photo-lithographic technique and plasma enhanced chemical vapor deposition. Graphene oxide (GO) was immobilized on Au electrodes through self-assembly mono- layers (Au/GO). Hydrazine vapor reduction process was performed in order to obtain reduced graphene oxide (rGO) surfaces (Au/rGO). Au, Au/GO and Au/rGO surfaces were examined through SEM images and water contact angle measurements. These coatings were performed on the electrodes used in EIS analysis. EIS analysis (100 Hz-1 MHz) was performed for HCtAECs cultured on the Au, Au/GO Au/rGO electrodes for 10 days. Results showed that GO and rGO coatings did not prevent neither the electrical measurements nor the cell proliferation. rGO had a positive effect on HCtAEC proliferation. The rate of increase of impedance change from Day 1 to Day 10 was nearly five-fold for all electrode surfaces. Alamar Blue assay performed to monitor cell proliferation rates between groups, and rGO has shown the highest Alamar Blue reduction value of 43.65 ± 8.79%. Acridine orange/propidium iodide (AO/PI) staining showed that cell viability on electrodes was similar to tissue culture plate.

Biomimetic apatite coating on 3d printed scaffolds for bone tissue engineering application

Bone-like apatite coating of polymeric materials by biomimetic coating to enhance their bone tissue healing capability is a very successful technique used in bone tissue engineering. Creating favorable environment for cells of the bone tissue by forming apatite layer is one of the best approaches for controlling the cell response. The purpose of this thesis is to obtain bone-like apatite layer onto 3D printed [Polylactic Acid (PLA)/Polycaprolactone (PCL); (70/30 w/w)] blend polymer scaffolds by means of using a simple biomimetic coating process and also to determine the most effective pretreatment and coating process. Before coating pretreatment was applied to all scaffolds with 1M NaOH alkaline solution and then 0.2M CaCl2 and K2HPO4 solutions respectively to improve Ca-P layer attachment and formation. Simulated body fluid (SBF) was utilized to mimic physiological conditions of the body throughout immersion duration of the samples which were eventually observed under scanning electron microscopy (SEM) for their morphological development at the 8th, 14th and 21th days. Ca-P development on the scaffolds were confirmed with Electron Dispersive Spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD).

Biomedical applications of sharkskin mimicked polymeric membranes

Infection is one of the biggest challenges of implantable biomaterials. The difficulty of eliminating implant-associated infection imposes a huge burden on the patient's life quality aside from the considerable financial cost of the treatment. Thus, effective approaches must be explored to design biomaterials with enhanced antibacterial activity. Sharks have been investigated via biomimetic and bioinspiration approaches and discoveries have shown that sharkskin possesses antibacterial effects due to the reduced drag force on the skin whilst swimming which is because of their skin's surface microstructure. In this thesis the antibacterial properties of sharkskin mimicked polymeric membranes in static conditions, with and without the aid of antibacterial and bactericidal chemicals was studied. The aim was to understand the adhesion behavior of both bacteria and mammalian cells onto the biomimicked polymeric membranes and how the surface topography affected these properties. Moreover, the impact of surface topography on drug release and bactericidal activity of these membranes was investigated by examining the physicochemical, antibacterial, and cytocompatibility properties of fabricated membranes. In vitro experiments were conducted to evaluate cellular responses of mammalian cells along with bactericidal properties using human keratinocyte (HaCaT), mouse fibroblast (L929), and human dermal primary fibroblast (HDFa) cell lines as model cells and Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Staphylococcus aureus bacterial strains as model bacteria species. The results presented in this thesis show that sharkskin polymeric membranes have great potential for reducing bacterial biofilm formation most probably via preventing bacterial adhesion. Also, the cell adhesion on these membranes can be enhanced via chemical modifications.

Yüzey özellikleri femto saniye lazer ile değiştirilen yeni nesil alaşımların sentetik vücut sıvısı ortamında biyouyumluluk incelemesi

Günümüzde çeşitli kemik ve eklem rahatsızlıklarını tedavi etmek veya desteklemek amacı ile metalik implantlar kullanılmaktadır. Paslanmaz çelik, Co-Cr alaşımları, Ti ve Ti alaşımları ortopedik implantlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Birçok avantajı bulunan bu metalik malzemelerin biyouyumluluk ve osseointegrasyon özelliklerinde eksiklikler göze çarpmaktadır. Son zamanlarda yeni nesil alaşımlardan olan TiAlNb alaşımı ve yüksek entropili TiTaHfNbZr alaşımı, içeriğindeki biyouyumlu elementler, kemik doku ile elastik uyumu ve biyouyumluluk açısından umut vaat eden biyomedikal alaşımlar olarak dikkat çekmektedir. Ancak her iki alaşım için de biyouyumluluk üzerine yeterince çalışma bulunmamaktadır. Ayrıca bu alaşımların da ortopedik uygulamalarda kemik doku ile daha iyi bağlanabilmesi için yüzey özelliklerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Metalik alaşımların yüzey özelliklerinin geliştirilmesi amacı ile kullanılan en güncel yöntemlerden biri olan femto saniye yüzey işleme yöntemi, yüzeyde homojen bir topografya sağlanması ve malzeme ile çok kısa süreli etkileşim nedeni ile faz dönüşümü gibi olumsuzluklar yaratmaması gibi avantajları ile biyomedikal uygulamalar için yüzey işleme teknikleri arasından ön plana çıkmaktadır. Ancak literatürde yeni nesil biyomedikal alaşım yüzeylerinin lazer işleme yöntemi ile işlenerek biyomalzeme olarak kullanımı ile ilgili çalışmalar sınırlıdır. Bu motivasyonlar ile bu çalışmanın ilk bölümünde TiAlNb alaşımının biyouyumluluğu üzerine sentetik vücut sıvısı ortamında bir ön araştırma yapılmış ve Al iyon salımının yüzey modifikasyon yöntemleri ile önlenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise yüksek entropili TiTaHfNbZr alaşımının yüzeyinde femto saniye lazer işleme yöntemi kullanılarak çeşitli desenler ve tekrar sıklıklarında yüzeyler elde edilmiştir. Elde edilen çeşitli yüzeyler, ıslanabilirlik ve yüzey enerjisi gibi özellikler açısından karakterize edildikten sonra ex situ düzeyde biyouyumluluk testlerine tabi tutulmuş ve yüzeylerin sentetik vücut sıvısı ile etkileşimi ve biyoaktivitesi incelenerek yüzey özellikleri ile ilişkili şekilde biyouyumluluk değerlendirmesi yapılmıştır.

Ti bazlı alaşımlarda alaşım elementleri ve yüzey işlemlerinin biyoaktiviteye etkisi

Titanyum (Ti) alaşımları sahip oldukları; düşük yoğunluk, yüksek spesifik mukavemet, iyi korozyon direnci ve elastik modülünün kortikal kemiğe yakın olmasından kaynaklı elastik uyumsuzluk sorununa neden olmaması gibi üstün özelliklerinden dolayı dental ve ortopedik uygulamalarda en çok tercih edilen alaşım türlerindendir. Farklı alaşım elementlerinin ilavesiyle Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb gibi alaşımlar ve yeni nesil yüksek entropili TiTaHfNbZr gibi alaşımlar geliştirilmiştir. Bu alaşım elementleri titanyumun mekanik özelliklerini iyileştirirken alaşımın biyoaktivitesinde yani, yüzeyinde kalsiyum fosfatlı yapıların (CaP) tutunmasında da belirleyici bir rol oynamaktadır. Titanyumun biyoaktivitesini etkileyen diğer bir önemli parametre de alaşımın yüzeyine uygulanan ve yüzey kimyasına etki eden alkali işlem, alkali+ısıl işlem ile yüzey topografyasını değiştiren lazerle desenleme gibi yüzey işlemleridir. Bu yüzey işlemleri yüzey pürüzlülüğü, temas açısı ve yüzey serbest enerjisi gibi alaşımın yüzey özelliklerine etki eder. Bu çalışmada saf Ti, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb ve yüksek entropili TiTaHfNbZr alaşımlarının biyoaktivitelerine alaşım elementlerinin ve uyulanan çeşitli yüzey işlemlerinin etkileri incelenecektir.

Farklı güncel biyomateryaller ile doldurulan yapay rezorptif defektlere sahip kök kanallarında; ph değişiklikleri, kalsiyum iyon salınımı ve kırılma direncinin incelenmesi

Endodontik tedavinin esas amacı kök kanallarının vücuda uyumlu materyallerle doldurarak başarılı bir sonucun elde edebilmesidir. Fakat bazı olgularda, yapılan tedavilerde başarısızlıklar gözlenmektedir. Bu çalışmada, yeni geliştirilen biyoseramik içerikli kanal patları ve klinikte sık kullanılan rezin esaslı kanal patları kullanılarak, yapay olarak hazırladığımız rezorptif defektlere sahip kök kanalları lateral kompaksiyon yöntemiyle doldurulup patların fiziksel özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada 90 adet çekilmiş, tek köklü ve tek kanallı, insan üst keser dişleri kullanıldı. Bütün dişler, Protaper Next döner eğeleri kullanılarak şekillendirildi. Dişler, her biri 15 diş içeren 6 gruba ayrıldı. Kök kanalları AH Plus, TotalFill BC Sealer, Gutta-Flow Bioseal, Endosequence BC sealer ve BioRoot RCS kanal patlarıyla soğuk lateral kompaksiyon yöntemi ile dolduruldu. Kontrol grubu olarak bir grup salin solüsyonu ile yıkanarak boş bırakıldı. Kanal dolumları tamamlanan dişler ağız ortamı ve klinik şartları yansıtabilmesi amacıyla 37 derecelik etüve yerleştirildi. 1.gün, 1.hafta, 2.hafta ve 1.ay sonunda, grupların pH değişiklikleri pH metre ile; kalsiyum iyon salınımları ise atomik absorpsiyon spektrometresi ile ölçüldü. 1.ay sonunda gruplarda bulunan örnekler 5mm lik kısımları dışarıda kalacak şekilde akrilik bloklara gömülerek Instron cihazında kırılma direnci ölçüldü. Bu çalışmada istatistiksel analizler NCSS (Number Cruncher Statistical System) 2007 Statistical Software (Utah, USA) paket programı ile yapılmıştır. Sonuç olarak, Endosequence BC Sealer patı tüm zaman aralıklarında pH değişimi ve kalsiyum iyon salınımı açısından, diğer gruplara oranla istatistiksel olarak anlamlı derece de yüksek çıkmıştır. AH Plus grubu ise kırılma direnci açısından 1.ay sonunda diğer gruplara oranla istatistiksel olara anlamlı çıkmıştır. Anahtar kelimeler: kök rezorpsiyonları, biyoseramik kanal patı, pH, kalsiyum iyon salınımı, kök kırıkları

Kuersetin katkılı Zn esaslı hidroksiapatit örneklerinin sentez ve karakterizasyonu

Sunulan yüksek lisans tez çalışmasında, günümüz biyoteknolojik uygulamalarında kemik ve diş gibi sert dokuların tedavisinde sıklıkla kullanılan hidroksiapatit (HAp) biyomalzemelerin Zn esaslı ve kuersetin katkısıyla yaş kimyasal metotla sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen HAp biyomalzemelerin kristal yapıları ve fazları XRD analizi tekniğiyle, fonksiyonel grupları ise Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisiyle, morfolojileri taramalı elektron mikroskopisi (SEM) cihazıyla, elementel bileşimleri ise enerji dağılımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi ile belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, kuersetin ve Zn katkısıyla sentezlenen HAp biyomalzeme örneklerinin örgü parametrelerinde ve kristalleşme yüzdelerinde değişiklikler olduğu saptanırken, üretilen HAp numunelerinin benzer morfolojilere sahip oldukları ve herhangi bir safsızlık ve/veya kalıntı ihtiva etmedikleri gözlenmiştir. Sentezlenen biyomalzemelerin HAp ve β-TCP fazları ihtiva ettikleri saptanmıştır. FT-IR analiz sonuçlarına göre üretilen biyomalzemelerin HAp'in karakteristik fonksiyonel grupları olan OH- ve PO43- gruplarını içerdikleri belirlenmiştir.