Biyouyumlu damar greftlerinin mikromekanik özelliklerinin nanoindentasyon ile belirlenmesi

Bu çalışmada, dokuma olmayan yapıda imal edilmiş ve damar grefti olarak kullanıma uygun elektroeğirilmiş nanoliflerin mekanik dayanım özelliklerinin nano ölçekte belirlenmesi ve karşılaştırılması amaçlanmıştır. Damar greftleri, damar hasarı ile sonuçlanan travmalarda, kan akışının ilgili dokuya ulaşabilmesi için cerrahi olarak hasarlı damarın değiştirilmesinde kullanılan, dokuma (woven) veya dokuma olmayan (nonwoven) boru şeklinde yapılardır. Literatürde sınırlı sayıda veri olmasına rağmen, vasküler bypass greft prosedürlerinin A.B.D'de, yılda yaklaşık 600000 hastaya uygulandığı bilindiğinden, ülkemizde de kalp hastalığı yoğunluğunun yaklaşık aynı olması durumunda, yaklaşık nüfus oranı ile 100000 hasta/yıl'lık potansiyel olduğu tahmini yapılabilir. Bu tür rekonstrüktif arteriel ameliyatlarda, otojenik (hasta kökenli) vasküler greftler tercih edilse de, bu tür dokuların hastada bulunması bazen zor olmaktadır. Ayrıca, vasküler dokunun hastadan alınması, ilave maliyet ve süre gerektirmektedir. İlave süre ve ilave ameliyat süreçleri, hastaların ölüm oranlarının artmasına da neden olmaktadır. Günümüzde politetrafloroetilen (PTFE), polietilen tereftalat ve poliüretan gibi bazı sentetik damar greftleri kullanılsa da, pıhtı oluşumu, uyuşmazlık sorunları gibi nedenlerle bu greftlerden herhangi birinin çapı 6 mm'den daha küçük olan damarların yerine kullanılması konusunda uygun değildir. Bu nedenle, farklı bileşimlere sahip damar greftlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Damar greftinin biyouyumluluğunun yanı sıra, doğal damarın yapısındaki kolajen ve elastin ile sağlanan dayanım ve viskoelastiklik koşullarını, uzun süreli dayanım açısından da karşılaması gerekir. Vasküler uygulamalarda mekanik dayanım oldukça önemlidir ve malzeme atımlı dairesel gerilime ve 80-120 mmHg fizyolojik basınca dayanmalıdır. Bu çalışmada, biyouyumlu damar grefti yapısı olarak Amerikan Gıda ve İlaç İdaresi "FDA (Food and Drug Administration)" tarafından tıbbi kullanıma yönelik onay verilen az sayıdaki polimerlerden ikisi olan poli(L-laktat) ve poli(ε-kaprolakton) kullanılmıştır. Damar grefti olarak kullanılabilecek esneklik ve dayanıma sahip olacak şekilde, farklı oranlarda monomer-dimer (ε -kaprolakton-L-laktat) oranları (70-30; 60-40; 50-50) kullanılarak poli(ε -kaprolakton-co-L-laktat) kopolimerleri sentezlenmiştir. Ayrıca aynı oranlarda karışımlar (blendler) da hazırlanmıştır. Damar greftlerinin hazırlanması için nanofiber üretiminde uygun olan elektroeğirme ("electrospinning") tekniği kullanılmıştır. Damar greftleri belirtilen kopolimer ve blendler kullanılarak elektroeğirme tekniği ile damar grefti üretimi için proses parametreleri (uygulanacak voltaj, çözelti konsantrasyonu, enjeksiyon hızı, tip-kollektör arası mesafe) optimize edilerek damar greftine uygun ancak borubiçimli olmayacak şekilde üretilmiştir. Makromekanik veya mikromekanik testler, uygulanan yük, uygulama alanı ve nispeten düşük hassasiyetli sonuçlar nedeniyle, ileri teknoloji ürünlerine uygulanamamaktadır. Örneğin, bir damar greftinin mekanik özellikleri (dayanım, sertlik gibi) klasik yöntemlerde uygulanan kg mertebesindeki yükler ile doğru bir şekilde ölçülememektedir. Bu nedenle, üretilen damar greftlerinin mekanik özelliklerinin nano-ölçekte belirlenmesi amacıyla nanoindentasyon tekniği kullanılmıştır. Malzemenin yapısı ile mekanik özellikleri arasındaki ilişki malzemenin seçimi esnasında en önemli husustur. Örneğin nN ölçeğinde küçük bir yük ile numunenin indentasyonu ve bu esnada sürekli olarak yük ve yer değiştirme miktarının kaydedilmesi işlemi şeklinde gerçekleştirilen cihaz kullanılarak nanoindentasyon işlemi, yük-yer değiştirme eğrileri kullanılarak bir malzemeye ait yerel mekanik özelliklerin tayin edilmesinde kabul gören bir tekniktir. Atomik kuvvet mikroskobisi (AFM) - kuvvet spektroskopisi kullanılarak gerçekleştirilen nanoindentasyon, birkaç nN ila pN seviyesinde değişen kuvvet uygulayabilir. Bu yöntem, aynı numune üzerinde birden fazla analiz gerçekleştirme imkânı ile ve ölçümlerin oldukça dar bir yerel alanda gerçekleştirilmesi ile (bir başka deyişle numune ve prob arasındaki temas alanının küçük olması ile) bilindik standart yöntemlere kıyasla çeşitli avantajlara sahiptir. Bu çalışmada, elektroeğirme yöntemi ile elde edilmiş olan vasküler greftlerin, mekanik özelliklerinin incelenmesi için yeni bir yöntem ortaya konulmaktadır. Elektroeğirme sonucu elde edilen nanoliflerin mekanik dayanımlarının belirlenmesinde makromekanik testlere alternatif olarak nanomekanik test yönteminin önerildiği bu çalışmada, malzemenin yapısal özellikleri ile nanomekanik davranışları arasında bir ilişki kurulmuştur. Elde edilen örneklerin yüzey ve yapı karakterizasyonları Taramalı Elektron Mikroskobisi (SEM) ve görüntü işleme yazılımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Temel polimerlerden poli(L-laktat) ile elektroeğirilen yapının ortalama 830 nm'e çapa sahip olduğu ve 42 kPa'lık bir sıkıştırma elastik modülü (E) ortaya koyduğu, poli(ε-kaprolakton)'un ise ortalama 135 nm çapta lifler ile 450 kPa E değerine sahip olduğu belirlenmiştir. Karışım ve kopolimer içerisinde poli(ε-kaprolakton) miktarının artması ile karışımlarda 7 MPa ve kopolimerlerde 17 MPa'lık sıkıştırma elastik modülü elde edilmiştir. Karışım nanoliflerin çapları 700-800 nm civarında iken, kopolimerlerde 55-175 nm'lik düşük çap değerlerine ve daha yüksek mekanik dayanım değerlerine ulaşılmıştır.