Pirinç kabuğu kökenli silika içerikli MgO, SrO ve Al2O3 ilaveli 45S5 biyoaktif cam üretimi ve karakterizasyonu

Silika (SiO2), elektronik, seramik ve polimer malzeme endüstrisinde yaygın olarak kullanılan temel bir ham maddedir. Günümüzde ayrıca silika biyomalzeme üretiminde biyoaktif cam, diş dolgu kompozitleri üretimi gibi alanlarda da kullanılmaktadır. SiO2 genellikle silikat çözeltilerinden elde edilmektedir. Silikat çözeltiler ise kuvartzın 1400-1500°C gibi yüksek sıcaklıklarda ergitilmesi ya da cevher zenginleştirme gibi yüksek enerji gerektiren proseslerden sağlanmaktadır. Silika saf olarak ayrıca laboratuvar şartlarında SiO2 kaynağı olarak tetraetilortosilikat(TEOS) gibi başlatıcılar kullanılarak da elde edilmektedir. Ancak bu başlatıcıların kullanılmaları ekonomik değildir. Bu başlatıcıların kullanıldığı yöntemlere alternatif olarak SiO2 içeren tarımsal atıkların kullanımı gündemdedir. Bu atıklar arasında en dikkat çekici olan çeltiğin beyaz pirince işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde edilen pirinç kabuğudur. Pirinç kabukları yaklaşık % 20 oranında silika içermekte olup yakılmaları ile elde edilen pirinç kabuğu külü (RHA) ise yanma koşullarına bağlı olarak %87-97oranında amorf silika içermektedir. RHA?nın sırasıyla asit ile yıkama ve alkali ekstraksiyon işlemlerine tabi tutulması ile saf silika üretilebilmektedir. Ülkemizde ve Dünya?da pirinç kabuklarının yakılması çevre kirliliğine ve pek çok sektörde kullanım potansiyeli olan değerli bir hammaddenin de kaybına sebep olmaktadır. RHA düşük oranda metalurji sanayinde değerlendirilmektedir. Silis kaynağı olarak pirinç kabuğu ve külünün değerlendirilmesi ile ilgili bilimsel çalışmalar devam etmektedir. Silikanın kulanım alanları içerisinde yer alan biyoaktif camlar kemik bozuklukları ve kemik onarımında, kemik dolgu materyali ve çene yüz cerrahisinde kemik grafiti yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Biyoaktif camların yapısında temel olarak silisyum, kalsiyum, fosfor ve sodyum oksitleri bulunmaktadır. Yapısına eklenen metal iyonları biyoaktif camların özelliklerini (mekanik, biyoaktivite, hücre çoğalması) etkilemektedir. Biyoaktif camlar vücut sıvısı içerisinde yüksek oranda biyoaktivite gösteren, doku ile cam arasında hidroksiapatit tabakası oluşturarak canlı dokulara (kemik, kas, ligament) bağlanabilen inorganik malzemelerdir. Biyoaktif camların biyoaktivite seviyeleri apatit tabakası oluşum oranına, camın kimyasal kompozisyonuna ve yüzey genişliği, por hacmi ve büyüklüğü gibi morfolojik parametrelere bağlıdır. Elde edilecek SiO2 45S5 biyoaktif camlarda SiO2 kaynağı olarak kullanılacaktır. Biyoaktif camlar ergitme yöntemine göre 1450 °C?de CaO, P2O5, Na2O5 kaynakları ve pirinç külü bazlı SiO2 ile üretilecektir. RHA SiO2 %3 oranında safsızlık olarak vücuda uyumlu çeşitli metal iyonlarını (Mg, Mn, Ti, Fe, Cu) içermektedir. Literatürde yapılan çalışmalarda kemik kırıklarının tedavisinde kullanılan biyoaktif camların biyoaktivitelerini ve mekanik özeliklerini iyileştirmek amacı ile Sr, Mg, Cu, K, Al, Zn, Ag gibi metal iyonları biyoaktif camlara katılmış ve etkileri incelenmiştir. Oysa bizim ürettiğimiz silika içerisinde zaten bu iyonların büyük bir çoğunluğu mevcuttur. Bu metal iyonlarını içeren pirinç kabuğu bazlı silikadan üretilen biyoaktif camların proje kapsamında mekanik özellikleri (Vickers), biyoaktivitesi (SEM, XRD, vücut sıvısı içersindeki davranışı) incelenmiştir.Projede üretilen silikalara stronsiyum, magnezyum ve aliminyum da ilave edilerek biyoaktif camların yukarda belirtilen mekanik ve in vitro özelliklerine olan etkileri incelenniştir. Bu iyonlarla modifiye olmuş biyoaktif camların hem ticari hem de RHA silikadan aynı yöntemle üretilen 45S5 biyoaktif camların mekanik ve biyoaktivite özellikleri arasındaki farklar incelenmiştir. Bu çalışmalarda, ekonomik değeri olmayan RHA?dan biyoaktif cam üretiminde kullanılabilecek saflık ve özelliklerde, ekonomik değeri olan SiO2 tozları üretilerek RHA?nın geri dönüşümü sağlanacak, ekonomi ve çevrenin korunmasına katkı sağlanmıştır.