Hidroksiapatit-perlit kompozit biyomalzeme üretimi, karakterizasyonu ve ın vıtro davranışı

Günümüzde uygulama alanı ve önemi gittikçe artan biyouyumlu, güvenilir ve etkin olan biyomalzemeler, insan vücudundaki organ veya canlı dokuların işlevlerini yerine getirmek veya desteklemek amacıyla kullanılan malzemeler olup, sürekli olarak veya belli aralıklarla vücut sıvıları ile temas halindedir. Biyoseramiklerden biri olan ve biyomedikal alanda en çok kullanılan hidroksiapatit, bir kalsiyum fosfat bileşiği olup, Ca10(PO4)6(OH)2 şeklinde gösterilir. Hidroksiapatit malzemeler, implant etrafındaki kemik büyümesini hızlandırdığı için kemik onarımında kullanılan çok popüler bir malzemedir. Hidroksiapatit (HA), sentetik ve doğal kaynaklı olmak üzere iki yoldan elde edilir. Sentetik hidroksiapatit biyomalzemeler oldukça güvenilirdir, fakat üretimi karışık ve pahalıdır. Doğal olarak üretilen biyolojik apatitlerin ise üretimi daha kolay ve ekonomiktir. Bu çalışmada, sentetik HA ve koyun kemiğinden elde edilen doğal HA matris olarak kullanılmıştır. Üç grupta kompozitler hazırlanmıştır. I. Grupta; sentetik hidroksiapatit ve koyun hidroksiapatit matrislerine, ağırlıkça % 1, 3, 5, 7, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler, tane boyutunun etkisini kıyaslanması için 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir. II. Grupta; aynı iki farklı matrise, mekanik ve fiziksel özelliklerin arttırılması amacıyla ağırlıkça % 5 oranında TiO2, ayrıca fiziksel özelliklerin yanı sıra kemiksi yapı kazandırmak ve biyouyumluluğu arttırabilmek amacı ile ağırlıkça % 5 MgO ile bir butanol çözeltisi olan P2O5 ağırlıkça % 5 oranında ilave edilmiştir. Bu gruptaki tüm numunelerde TiO2, MgO ve P2O5 ağırlıkça % 5 oranında sabit tutulmuştur. Bunlara ilaveten ağırlıkça % 1, 5, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir. III. Grupta; aynı matrislere, mekanik ve fiziksel özelliklerin arttırılabilmesi amacıyla ağırlıkça % 5 oranında ZrO2, II. Grupta ki ile aynı gerekçeyle % 5 MgO ve % 5 P2O5 ilave edilmiştir. Tekrar ana takviye olarak % 1, 5, 10 oranlarında genleştirilmiş perlit ilave edilerek kompozitler hazırlanmıştır. Genleştirilmiş perlitler 50, 75 ve 100 mikron olmak üzere üç boyutta seçilmiştir. Hazırlanan numuneler, her numune 30 dakika olmak üzere elektronik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Hidrolik pres yardımıyla, 25 MPa presleme basıncı ile 11mm çapına sahip peletler oluşturulmuştur. Pelet haline getirilmiş numuneler 900 oC sıcaklıkta 5 oC/dk sinterlenme hızı ile 1 saat boyunca sinterlenmiştir. Elde edilen kompozitlerin; mekanik özellikleri mikro-sertlik ve yoğunluk ölçümleri, mikro-yapı özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDX analizleri, oluşan fazlar XRD analizi ile belirlenmiştir. Son olarak biyoaktiflik in vitro biyoaktivite testi ile değerlendirilmiştir. Genleştirilmiş perlitin hem ağırlıkça yüzde oranı hem de tane boyutu arttıkça mikro-setlik artmıştır. Koyun HA kompozitlerin mikro-sertlik değeri, sentetik HA kompozitlere göre daha fazla arttığı gözlenmiştir. En yüksek sertlik değeri 302 HV olarak tespit edilmiştir. Genleştirilmiş perlitin takviye miktarı arttıkça mikro gözenekli ve pürüzlü yapılar gözlenmiştir. Koyun HA matrisli kompozitlerde hidroksiapatit yapı gözlenmiştir. Sentetik HA kompozitler in vitro ortamda beşinci gün apatit yapı daha fazla gözlenirken, koyun HA kompozitlerin yüzeyinde ilk gün den apatit yapı oluştuğu, yapay vücut sıvısında bekleme süresinin artması ile apatit yapının arttığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, genleştirilmiş perlitin biyoseramik bir malzeme olarak kullanımı umut vaat etmektedir. Ayrıca bu çalışmanın geliştirilmesi gerektiği düşünülmektedir.