Kemik doku uygulamaları için TiO2/akermanit katkılı kitosan doku iskelelerinin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, sentezlenen biyoseramik tozların kitosana katkılandırılması ile üç boyutlu biyobaskılama ve ardından dondurarak kurutma yöntemleri kullanılarak biyoaktif ve biyobozunur özelliğe sahip TiO2/akermanit katkılı kitosan doku iskelelerinin üretilmesi ve kemik rejenerasyonunu destekleyen alternatif kompozit doku iskelelerinin kemik doku oluşturma potansiyellerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Tez çalışmasının ilk aşamasında, akermanit tozları bir çok yöntemle sentezlenmiş olup, püskürtmeli kurutma ve 1300 oC'de ısıl işlem proseslerini içeren ardışık yöntem ile sentezlenerek saf akermanit fazı elde edilmiştir. Akermanit tozlarına katkılanan TiO2 nanopartikülleri ise, hidrotermal ve 800 oC'de kalsinasyon yöntemleri ile sentezlenmiştir. Sentezlenen tüm tozların kimyasal yapısı, fourier transform kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri ile doğrulanmıştır. Yapay kemik uygulamalarında, kusur eşleştirme iskelelerinin üretimi en kritik adımdır. Üç boyutlu yazıcı (3DP), özellikle yüksek kontrol edilebilirlik ve tasarım bağımsızlığı nedeniyle yapay kemik uygulamalarındaki özel tasarımlar için en iyi tekniklerden biridir. Çalışmanın sonraki aşamasında, kemik doku uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilen farklı miktarlarda akermanit ve TiO2/akermanit içeren kitosan doku iskeleleri, gözenek boyutunun kontrolü ve homojen gözeneklilik dağılımı elde etmek için üç boyutlu biyobaskılama ve ardından dondurarak kurutma yöntemlerinin kullanılmasıyla üretilmiştir. Doku iskelelerinin gözenek yapılarının, görülen sınırlar içinde olduğu gözlenmiştir. TiO2 ve akermanit katkıları ise, hem doku iskelelerinin yapısını hem de mekanik dayanımlarını önemli ölçüde etkilemiştir. Üretilen makro ve mikro gözenekli doku iskeleleri, yapay vücut sıvısı (SBF) içerisinde bir süre bekletilerek biyouyumluluk ve biyoaktiviteleri değerlendirilmiştir. Elde edilen verilere dayanarak, üretilen kompozit doku iskeleleri mükemmel biyouyumluluk ve bioaktivite göstermiştir. Tüm doku iskelelerinin mikroyapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleriyle karakterize edilmiştir. Bununla birlikte, doku iskelelerinin mekanik dayanımları ve şişme davranışları belirlenmiş, yoğunluk ve gözeneklilik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, TiO2 katkısının akermanitin mekanik özelliklerini iyileştirdiği, akermanit katkısının ise kitosan doku iskelelerine biyobozunurluk ve biyoaktivite gibi özellikler sağladığı ve üç boyutlu biyobaskılama yöntemi ile üretilen doku iskelelerinin kemik doku uygulamaları için alternatif bir yapı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

In this thesis, it is aimed to produce bioactive and biodegradable TiO2/akermanite doped chitosan tissue scaffolds by using three-dimensional bioprinting and freeze-drying methods and to evaluate the bone tissue formation potential of alternative composite scaffolds supporting bone regeneration. In the first part of the study, akermanite powders were produced by many methods and akermanite powders produced by spray drying and heat treatment at 1300 oC dual process methods were used in this study. TiO2 nanoparticles added to akermanite powders were synthesized by hydrothermal method. The chemical structure of all synthesized powders was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) analyzes. In artificial bone applications, the production of defect matching scaffolds is the most critical step. Three-dimensional printing (3DP) is one of the best techniques for special designs in artificial bone applications, especially because of its high controllability and design independence. In the next stage, chitosan tissue scaffolds containing different amounts of acermanite and TiO2 / akermanite developed for use in bone tissue applications were produced by using three-dimensional biomassing and then freeze-drying methods to obtain pore size control and homogeneous porosity distribution. It was observed that the pore structures of tissue scaffolds were within the observed limits. TiO2 and akermanite additions significantly affected the structure and mechanical strength of tissue scaffolds. Produced macro and microporous tissue scaffolds were kept in simulated body fluid (SBF) for a while to evaluate their biocompatibility and bioactivity. Based on the data obtained, the composite tissue scaffolds produced showed excellent biocompatibility and bioactivity. As a result, it is thought that TiO2 additive improves the mechanical properties of akermanite and akermanite additive provides biodegradability and bioactivity to chitosan tissue scaffoldings and tissue scaffolds produced by three-dimensional biomassing can be used as an alternative structure for bone tissue applications.