Zinc-iron co-doped/undoped hydroxyapatite thin film deposition on silicon wafer by sol-gel method

Abstract

Bu deneyin amacı; insan vücudunda enfeksiyon nedeniyle oluşan ölümlere sebep olmayan çinko ve demir ile katkılanmış antibakteriyal/antibiyofilmlerin geliştirilmesidir. Bu çalışmada, antibakteriyel/antibiyofilmlerin biyouyumluluk, antibakteriyel verimliliği ve katkılandırma özelliklerinin test edilmesi amaçlanmıştır. Bu analiz yapılırken ana malzeme olarak sağlığa zararı olmayan ve elektronik malzeme olarak oldukça yaygın olarak kullanılan tek kristalli silisyum altlıklar tercih edilmiştir. Bu çalışmada ulaşılacak hedefler; farklı miktarlardaki çinko-demir katkılı Hidroksiapatit ince film kaplamalarının üretim verimliliği, laboratuar koşullarında antibakteriyal /antibiyofilm kaplamalarının üretimi, üretilen biyomalzemelerin in-vitro biyouyumluluğunun araştırılması ve antibakteriyel özelliklerinin test edilmesidir. Bu deneyde, tek kristalli silisyum altlıklar (n tipi) temel ince film kaplama yüzeyi olarak kullanılmıştır. Hidroksiapatit (HAP) biyomalzeme olarak; çinko ve demir ise katkı malzemesi olarak biyo-verimliliği artttırmak için kulanılmıştır. Bu malzemeleri zararsız biyouyumlu malzemeler olarak kullanarak HAP'a antibakteriyel özellikler kazandırılması amaçlanmaktadır. Çinko ve demir katkılı HAP sol-gel solüsyonlarının hazırlanmasından sonra, ince film kaplamaları daldırma kaplama yöntemi ile tek kristalli silisyum altlık üzerine ince film kaplamaları uygulanmıştır. Değişik miktarlarda çinko ve demir katkı maddesinin HA partikül boyutuna etkileri morfolojik, yapısal ve kimyasal olarak incelenmiştir. İnce film karakterizasyonu Rigaku D-max RINT 2200 marka difraktometre (XRD), Philips XL 30 SFEG marka Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımı Spektroskopisi (EDS) kullanılarak analiz edilmiştir. Daha sonra, yapay vücut sıvısında 10 gün boyunca tutulan kaplamaların biyouyumluluğu SEM analizi ile gözlenmiştir. Son olarak, numunelerin bir hafta boyunca Staphylococcus aureus bakteri ortamında antibakteriyel özelliği test edilmiştir.

The aim of this research is to develop zinc-iron co-doped antibacterial/antibiofilm coatings that have no harmful effects on the human body in order to prevent infection-related deaths. In the study, it is aimed to test the antibacterial / antibiofilm properties of the surfaces in biocompatibility, antibacterial efficiency and doping fields. To be able to make this analysis as a base material, it was worked with silicon wafer which do not harm health. It is widely used as an electronic material. The objectives to be reached in this study are such as; the production efficiency of zinc-iron doping in various amounts, production of antibacterial / antibiofilm coatings on a laboratory scale, investigating in-vitro biocompatibility of the produced biomaterial and testing of antimicrobial properties of biocompatible biomaterials. In this experiment, n-type with the plane direction of (100) silicon wafers were used as the base material, Hydroxyapatite (HAP) was used as the biomaterial, zinc and iron were used as doping elements to increase the bio-efficiency. It is aimed to give antibacterial properties to HAP by using these materials as non-destructive biocompatible materials. After the preparation of zinc and iron doped HAP sol-gel solutions, thin film coatings were applied on a single crystal silicon wafer substrate by dip coating method. The effects of varying amounts of zinc and iron additive on HA particle size were investigated morphologically, structural and chemically. Thin film characterization was analyzed by using Rigaku D-max RINT 2200 brand diffractometer (XRD), Philips XL 30 SFEG brand Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Distributed Spectroscopy (EDS). Then, biocompatibility of the coatings which were kept in artificial body fluid for 10 days were observed by SEM analysis. Finally, the samples were tested in Staphylococcus Aureus bacteria medium for one week by antibacterial test.