Biocompatibility – mechanical property – microstructure relationship in conventional and potential biomedical alloys

Burada sunulan çalışmanın amacı, geleneksel ve potansiyel biyomedikal alaşımlarda, biyouyumluluk-mekanik özellik-mikroyapı ilişkisini incelemektir. Bu amaçla, bilinen ve potensiyel biyomedikal alaşımlarda bu özellikler, aralarında bağlantı kurularak incelendi ve elde edilen bilgiler yapısal metalik malzemelerin davranışlarının anlaşılmasında da faydalı oldu. Öncelikle, şekil bellekli Nikel-Titanyum (NiTi) alaşımlarının biyouyumlulukları, geometri ve vücut bölgesine olan bağlantısı açısından incelendi. Bu analizde, farklı geometrilerin, o geometriyi elde etmek için uygulanan işleme yöntemine bağlı olarak farklı yüzey özellikleri gösterdikleri ve bunun alaşımın biyouyumluluğunu etkilediği gözlendi. Ayrıca, her geometrinin farklı bir vücut bölgesi için daha uygun olduğu, bu bulgunun da NiTi şekil bellekli alaşımlarının biyouyumluluk davranışının, alaşımın geometrisi, yüzey özellikleri ve vücut bölgesine bağlı olarak değiştiğini gösterdiği tespit edildi. Bunun ardından, farklı bir uygulama için kullanılan NiTi şekil bellekli alaşımlar olan, NiTi ortodontik tellerin biyouyumlulukları, NiTi ortodontik tellerin biyouyumluluk test yönteminin değerlendirmesi üzerinde durularak, ex situ test edilen tellerle hasta ağzından çıkan tellerin kıyaslanması ile incelendi. Bu analizin sonuçları, gerçek yükleme koşullarının ex situ deneylere katılmasının, daha gerçekçi biyouyumluluk testi uygulamaları açısından önemini ortaya koydu. Gerçekçi mekanik koşulların NiTi ortodontik tellerin ex situ test edildiği ortamda simüle edilebilmesi için, bir ortodontik tel bir diş modeli üzerinde braketlere bağlanarak ayrıca ex situ olarak test edildi ve ex situ test edilen deforme edilmemiş bir tel ile kıyaslandı. Bu deneylerin sonuçları, ortodontik tellerin normalde maruz kalacağı gerçek yükleme koşullarının, ex situ deneylerde tel-braket teması sağlanarak başarılı biçimde simüle edilebileceğini ve tel-braket temas noktalarının, bu bölgede oluşan gerilim yoğunluğu ve gerilime bağlı korozyon sebebiyle, korozyon ürünlerinin birikmesi için kritik noktalar oluşturduğunu gösterdi. NiTi şekil bellekli alaşımlar üzerinde yapılan biyouyumluluk analizlerinin gösterdiği üzere, yüzey özellikleri, mikroyapı ve mekanik yükleme koşulları, metalik biyomalzemelerin biyouyumluluklarının belirlenmesi açısından önemli değişkenlerdir. Mikroyapı-mekanik özellik ilişkisinin daha ileri düzeyde incelenmesi ve biyouyumlulukla aralarında bağlantı kurulması için, devam eden incelemelerde, potensiyel bir biyomedikal alaşım olan Niobyum-Zirkonyum (NbZr) alaşımının darbe yükleri altındaki mekanik davranışı, farklı derecede anizotropi derecelerine sahip mikroyapısal durumlar için incelendi. Bu analiz, implant malzemeleri için kritik bir mekanik davranış durumu olan metalik malzemelerin darbe yükü altındaki davranışının mikroyapısal özelliklere son derece bağlı olduğunu gösterdi. Mikroyapının metalik malzemelerin darbe davranışı üzerindeki rolünün daha ayrıntılı açıklanabilmesi için, yapısal bir metalik malzeme olan bir yüksek manganezli östenitik çelik türünün darbe davranışı incelendi. Bu alaşım türünün seçilmesinin sebebi, içindeki yoğun kayma ve ikizleme mekanizmaları etkileşimleri nedeniyle sahip olduğu karmaşık mikroyapı idi. Bu incelemenin bulguları, geleneksel yükleme modları altındaki davranışı domine eden kayma-ikizleme etkileşimlerinden farklı olarak, darbe yüklemesi altında kayma veya ikizleme mekanizmalarından yalnız birinin aktive olduğunu gösterdi. Bu davranış, bu yük tipi altında oluşan olağandışı deformasyon hızına bağlandı ve her bir mikroyapısal mekanizmanın metalik malzemelerin deformasyon davranışında olan rolünün anlaşılması açısından önemli bilgiler sağladı. Sonuç olarak bu tezde sunulan sonuçlar, biyouyumluluk-mikroyapı-mekanik özellik ilişkisinin incelenmesinin biyomalzemelerde başarılı bir biyouyumluluk analizi yapmak açısından önemli olduğunu göstermektedir. Ayrıca, söz konusu bilgi birikiminin biyomedikal uygulamaların tasarım aşamasında kullanılmasının, hasta güvenliğini arttıracağı açıkça görülmektedir.