Kalça eklem protezleri yapımında kullanılacak olan ultra molekül ağırlıklı polietilen (UMAPE) yüzeylere kayganlık kazandırmak için kontrollü olarak poli(akrilik asit) (PAA) aşılanması

Günümüzde total kalça protezlerinde (TKP) %80 oranında 20 yıllık kullanılabilirlik süresi elde edilmiştir [1]. Bununla birlikte yaş ortalamasının her geçen gün artması ile birlikte gerçekleşen total eklem artroplastisi sayısının artması ve hasta yaş ortalamasının sürekli olarak azalmasından dolayı implant malzemelerin kullanım sürelerini daha da arttırmaya ihtiyaç duyulmaktadır [2]. Protez uygulamalarında revizyon nedenlerine bakıldığında bunun önemli bir kısmının (%75) aseptik gevşemeden kaynaklandığı görülmektedir [3]. Aseptik gevşemenin nedeni zamanla ortaya çıkan aşınma ürünlerinin oluşturduğu osteolizdir [4]. UMAPE implant malzemelerin aşınma problemi iyonlaştırıcı radyasyonla çapraz bağlanarak önemli ölçüde azaltılmıştır. Radyasyonla ışınlanarak çapraz bağlanan ve bu sayede aşınma direnci arttırılan UMAPE implant malzemeler ilk olarak 1990'lı yılların sonunda klinik olarak kullanılmaya başlanmıştır ve hala klinikte kullanılan malzemeler için uygulanmaktadır. Ancak iyonlaştırıcı radyasyonun avantajlarının yanı sıra malzemenin mekanik özelliklerini (kopmadaki uzama, tokluk (toughness), süneklik (ductility) ve yorulma direnci) azaltması ve oldukça maliyetli olması gibi dezavantajları da vardır. Diğer bir taraftan doğal eklem yüzeyleri arasında gözlenen oldukça etkili kayganlığa ve düşük sürtünme kuvvetine şu an kullanılan yapay eklemlerde ulaşılamamıştır. Yaygın bir şekilde kullanılan metalik baş ve UMAPE arasındaki aşınma mekanizması sert temas ve deformasyondan kaynaklanmaktadır ancak daha hidrofilik bir UMAPE yüzey ile doğal eklem yüzeyleri arasındaki gibi kayganlık sağlanabilir. Bu nedenle yapay eklemlerin kullanım süresini arttırmak için uygulanabilecek bir yaklaşım yapay eklem yüzeyini doğal eklemin karakteristik yüzey özelliklerine benzetmektir [5, 6]. Yapay eklem malzemelerin yüzeylerinde yapılacak modifikasyonlarla kazandırılacak özellikler ile protez malzemelerin aşınmasına bağlı kemik erimesi problemlerinin en aza indirilebileceği düşünülmektedir. Ayrıca, yüzey kayganlığının arttırılması ile protezler üzerinde etkili olan dönme momentinin azalması sağlanabilir ve bu şekilde de aseptik gevşeme riski azaltabilir. Polimerik malzemelerin yüzey özellikleri farklı yaklaşımlar (fiziksel, kimyasal kaplama) kullanılarak modifiye edilebilir [5]. Bu yöntemler arasından yüzeyden başlatılan aşı polimerizasyon yöntemi ile yüzeye polimerlerin homojen, yüksek yoğunlukta ve kimyasal olarak bağlanması avantajlıdır. Polimerik malzemelerin yüzeyine aşılanan polimerlerin kalınlığını kontrol edebilmek için kontrollü aşı kopolimerizasyon yöntemleri kullanılmaktadır [7]. Bu tez çalışmasında amaçlanan bu yaklaşımdan yola çıkarak total kalça protezlerinin bileşenlerinden biri olan yuvaların yapımında kullanılacak olan UMAPE'e UV ile başlatılan polimerizasyonla akrilik asit aşılamaktır. Aşılanan poli(akrilik asit) ile yüzeyde tutulabilecek sinoviyal sıvı tabakası sayesinde yüzeye kayganlık kazandırılabileceği ve sürtünme kuvvetinin en aza indirilebileceği öngörülmektedir. UMAPE yüzeylere geleneksel radikal polimerizasyonu ve kontrollü radikal polimerizasyon yöntemlerinden biri olan tersinir katılma-ayrılma zincir transfer polimerizasyonu (RAFT) ile PAA aşılanmıştır. UMAPE örneklerin yüzeyinde farklı kalınlıkta aşılamalar elde edebilmek için farklı monomer derişimi, ışınlama süresi, lamba uzaklıkları ve monomer/ RAFT ajani oranı ile aşılamalar optimize edilmiştir. Aşılamalar hem toz hem de konsolide haldeki UMAPE örneklere yapılmıştır. UMAPE yüzeylere PAA aşılandıktan sonra FT-IR/ATR, elementel analiz, X-ışınları fotoelektron spektropisi (XPS), temas açısı ile yüzey karakterizasyonları yapılarak aşılama sonrası yüzeyde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Aşılama sonrası malzemelerin mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimler gerilme ve darbe dayanım testleri ile yapılmıştır. Malzemelerin aşınma testleri ise sığır serumu içerisinde iki eksenli ve yörüngesel hareket uygulanarak incelenmiştir. PAA aşılanan toz örneklerden hazırlanan konsolide örneklerde meydana gelen aşınmanın konsolide edilmiş örneklerin yüzeyine PAA aşılanarak elde edilen örneklerde meydana gelen aşınmaya kıyasla daha az olduğu görülmüştür. PAA aşılanmış toz örneklerden hazırlanan konsolide örneklerin yüzeylerinde ve yığınında PAA aşılanmış örneklerin bulunması diğer bir deyişle aşılanmış hidrofilik polimer yoğunluğunun daha fazla olmasından dolayı yüzeyde daha fazla sıvının tutulması aşınmanın daha az olmasına neden olmaktadır. Hem geleneksel hem de kontrollü radikal polimerizasyonları ile PAA aşılanmış toz örneklerden hazırlanan konsolide örneklerin aşınma hızlarında işlem görmemiş UMAPE toz örneklerden hazırlanan konsolide örneklerinkine kıyasla yaklaşık %55 azalma sağlanmıştır. Yaklaşık olarak aynı aşılama yüzdesine sahip UMAPE-g-PAA örnekler için aşılanan zincirlerin uzunlukları RAFT yöntemi ile kontrol edildiğinde örneklerin aşınma hızları ve sürtünme katsayılarında pek bir farklılık gözlemlenmemiştir. Anahtar Kelimeler: UMAPE, UV aşılama, kalça protezi, RAFT, kayganlık, kontrollü radikal polimerizasyonu