Grafen oksitin doğal kaynaklı ürünler ile indirgenmesi ve indirgenmiş grafen oksit-hidroksiapatit kompozitlerinin üretilmesi

Karbonun çok bilinen 3 boyutlu elmas ve grafit gibi allotroplarnın yanında son dönemde 0 boyutlu fulleren ve 1 boyutlu karbon nanotüp allotropları da bulunmuş ve araştırmalar bu allotroplar üzerine yoğunlaşmıştır. Grafen 40 yıldan fazla süredir deneysel olarak sentezlenmeye çalışılmıştır. Novoselov ve Geim 2004 yılında ilk kez, grafiti bir selobant üzerine tekrar tekrar yapıştırma ile grafiti katmanlarına ayırarak tek katmanlı grafen sentezlemişler ve basit bir optik mikroskop ile bu tek katmanlı grafeni gözlemlemişlerdir. Karbonun keşfedilen bu 2 boyutlu allotropu 2010 yılında fizik dalında Nobel ile ödüllendirilmiştir. Grafen bal peteği şeklinde örülü tek atom kalınlığındadır ve sp2 karbon atomları arasında σ bağları içerir. Bu 2 boyutlu sp2 karbon bağ yapısı ile yeryüzünde bilinen en sağlam ve en ince malzeme olma özelliği taşımaktadır. Grafen kütle oranına göre oldukça geniş spesifik yüzey alanına (teorik olarak, 2,630 m2g-1), oldukça yüksek termal iletkenliğe (~5,000 Wm-1K-1, bakırdan 10 kat daha yüksek) ve optik geçirgenliğe (~ %97.7) sahiptir. Diğer yandan, temel bir kalsiyum fosfat minerali olan hidroksiapatit (HA: Ca10(PO4)6(OH)2) biyoaktif malzemelerden biridir ve aynı zamanda kemik ve diş dokusunun major inorganik bileşeni olarak bilinmektedir. Kemik dokusuna bağlanma potansiyeli, kemik onarımını destekleme özelliği ve biyouyumluluğu ile diş, çene ve ortopedik alanlarda kullanım alanı bulmaktadır. Ancak düşük kırılma tokluğu, yüksek elastik modulü gibi zayıf mekanik özellikler gösterdiğinden yük dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanımı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmada, bitkisel olarak indirgenmiş grafen oksit (RGO) kullanılarak hidroksiapatitin negatif özelliklerinin güçlendirilmesine yönelik mekanik dayanımı arttırılmış HA kompozitlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bildiğimiz üzere, daha önce bitkisel olarak indirgenmiş grafen oksit-hidroksiapatit (RGO-HA) kompozitlerinin üretimi literatürde yer almamaktadır. Bu kapsamda, grafen oksit Hummers' yöntemi ile sentezlenmiş ve sentezlenen grafen oksit bitkisel metot uygulanarak ile indirgenmiştir. Bu metotta flavonoid, askorbik asit, pektin gibi indirgeyici ajan olarak görev yapan kimyasallarca zengin olan Achillea nobilis (civan perçemi), Laurus nobilis (defne), Lavandula agnustifolia (lavanta), Rosae caninae (kuşburnu), Salvia officinalis (adaçayı) ve Melissa officinalis (melisa) bitkilerinin ekstreleri kullanılmıştır. Bitki kaynaklı indirgeme metodunun; kimyasal metota göre toksik olmaması, ekonomik ve biyo-uygulamalarda kullanılabilir olması gibi önemli üstünlükleri bulunmaktadır. Bu nedenle, bu 6 bitki arasından grafen oksitin indirgenmesinde en yüksek verimi sağlayan bitki ekstresi seçilmiş ve bu bitki ekstresi ile indirgenen grafen oksit HA'ya ikinci malzeme olarak katkılandırılmıştır. Böylelikle, HA içerisinde farklı RGO konsantrasyonlarında ( % ağırlıkça, 0.25, 0.5, 1 ve 2) RGO-HA kompozitleri ve aynı zamanda kıyaslama için saf HA presipitasyon yöntemi ile üretilmiştir. Bu örnekler, Ultraviyole-Görünür Spektroskopi, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi, X-Ray Toz Difraksiyonu, Taramalı Elektron Mikroskopu, Geçirimli Elektron Mikroskopu ve Termogravimetrik analizler ile karakterize edilmiştir. Örneklerin mekanik özellikleri ise Evrensel Test Cihazı ile ölçülmüştür. Sonuç olarak, 2 saat süresince 80°C sıcaklıkta sonikasyon ile gerçekleştirilen ekstraksiyon koşullarında Melissa officinalis ekstresi grafen oksit üzerinde optimum indirgeme verimi göstermiştir. Bu nedenle Melissa officinalis ekstresi ile indirgenen grafen oksit (MRGO), HA kompozitleri için ikinci malzeme olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, gerçekleştirilen karakterizasyon testleri kompozitlerin başarılı bir şekilde üretildiğini ve HA yapısına RGO katkılandırılmasının HA'nın mekanik özelliklerini iyileştirdiğini göstermiştir. Saf HA ile kıyaslandığında, basınç dayanımı değerleri ağırlıkça % 0.25, 0.5, 1 ve 2 RGO-HA kompozitleri için sırasıyla %77.44, 156.05, 220.25 ve 231.51 artış göstermiştir. Üretilen RGO-HA kompozitlerinin kemik dokusu mühendisliği gibi gelecekte çeşitli biyoteknolojik uygulamalarda kullanım alanı bulması mümkün olacaktır.