Biyomalzeme uygulamalarında gözenekli Ti6Al4V alaşımının yüzey aktivasyonu ve karakterizasyonu

Abstract

Vücud içerisinde yük altında kalan bölgelerde kullanılan biyomalzemelergerinim gevşemesi ve yetersiz biyouyum problemlerinden müzdariptir. Buçalışmanın amacı, mekanik olarak vücut kemiğine uyumlu gözenekli Ti6Al4Valaşım köpüklerinin üretimi ve apatit oluşumuna imkan veren biyoaktif yüzeylerineldesi hidrotermal işlemlerle elde etmektir. Magnezyumun toz karışımlarından buharlaştırılmasıyla gözenek elde edilen yöntemde %100 açık hücreli, gözenek miktarı %53-66 arasında ve elastisite modülü sırasıyla 7.6-1.0 GPa arasında değişen, vücut kemiğine uygun alaşım köpükleri üretilmiştir. 5 M'lık NaOH sulu çözeltisinde 60 oC sıcaklıkta 24 saat süreyle alkali işlem gören köpük yüzeylerinde ağırlıklı olarak biyoaktif sodyum titanat hidrojel (Na2Ti3O7.nH2O) tabakası oluşmuş, alkali işlem ardından 600oC'de yapılan ek işlemlerle tabakanın yoğunluğunun arttığı ve jel tabakasının sodyum titanat tabakalarına dönüştüğü gözlenmiştir. Ek ısıl işlemlerin titanat tabakasının mekanik kararlılığını arttırmasına rağmen köpük mekanik özelliklerini kötüleştirmiştir. Fakat, argon atmosferinde yapılan ısıl işlemin havada yapılana nazaran köpük akma dayancı ile sünekliğinde daha az düşüşe ve ısıl işlem sırasında yüzeyde daha az sodyum kaybına neden olduğu görülmüştür.Yapay vücut sıvısı (YVS) içinde yapılan testlerde ise alkali işlem gören yüzeye sahip köpüklerin biyoaktivitesinin en yüksek olduğu ve 5 gün içeresinde yüzeyin tamamında hidroksiapatit oluşumunun gerçekleştiği belirlenmiştir. 25 günlük testler sonunda biyoaktiflik açısından alkali işlem görümüş numuneyi surasıyla argon ve havada ısıl işlem görmüş numuneler izlemiş, yüzey işlemi görmeyen numunede ise kaydadeğer bir hidroksiapatit oluşumu gözlenmemiştir.

Biomaterials, which used in load bearing applications in body, sufferedfrom stress shielding and insufficent biocompatibility problems. The aim of thisstudy, production of Ti6Al4V alloy foams mechanically compatible to body boneswere manufactured and to get bioactiactive surfaces by surface treatment usinghydrothermal treatments that allow apatite formation. Alloy foams with 100% open cells and porosities in the range 53-66% were manufactured by evaporation of magnesium from powder mixtures. Foams had elastic moduli in the range 7.6-1.0 GPa, respestively, comparable to that of body bone.Mainly bioactive sodium titanate hydrogel (Na2Ti3O7.nH2O) layer formation was observed on the foam surfaces as a result of alkali treatment in 5M NaOH aqeous solution at 60oC for 24 hours. The density of hydrogel layer increased and it transformed to crystalline sodium titanate layers as a result of post alkali heat treatment at 600oC. Although post heat treatment increased the mechanical stability of titanat layers, it degraded mechanical properties of foams. However, heat treatment under argon resulted relatively lower decrease in yield strength and ductility compared to air heat treatment and less sodium loss was detected upon argon treatment.As a result of in-vitro tests conducted by simulated body fluid (SBF), alkali treated surfaces revealed highest bioactivities among the tested samples and the surfaces allowed hydroxyapatite within 5 days. The order of bioactivities of surfaces after 25 days testing was determined as alkali treated, alkali+argon heat treated and alkali+air heat treated. On the other hand, hydroxyapatite formation on untreated surfaces was not considerable.