Akademik Veri Yönetim Sistemi
Aktarer S. M. (Yürütücü), Küçükömeroğlu T., Güvercin Y., Sekban D. M., Uzun Yaylacı E., Gökmen M. S., et al.
TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2025 - 2027
Ortopedik
implantlar için biyolojik olarak parçalanıp vücutta güvenli bir şekilde
çözünebilen malzemelerin geliştirilmesi, implantın çıkarılmasını gerektirecek
ikinci bir operasyon ihtiyacını ortadan kaldırdığı için tıbbi tedavilerde ve
hasta bakımında yenilikçi bir yaklaşım sunmaktadır. Magnezyum, hafifliği ve
biyouyumluluğu nedeniyle ideal bir biyomalzeme adayıdır; ancak yüksek korozyon
hızı ve kontrolsüz biyobozunurluğu gibi sınırlamaları vardır. Bu nedenle,
biyoseramik katkı maddeleri eklenerek magnezyum alaşımının mekanik
dayanıklılığı, korozyon direnci, biyouyumluluğu ve biyobozunma hızı gibi kritik
özelliklerinin optimize edilmesi, biyomedikal malzeme üretiminde önemli bir
boşluğu dolduracaktır.
Sürtünme
Karıştırma İşlemi (SKİ), malzemelerin tane boyutlarını küçültmek ve böylece
mekanik özelliklerini ve korozyon direncini iyileştirmek için son derece etkili
bir tekniktir. Bu proje, magnezyum alaşımının SKİ kullanılarak hidroksiapatit
(HA) ve zirkonya (ZrO2) gibi biyoseramik katkılarla güçlendirilmiş
biyobozunur implant malzemesi olarak geliştirilmesini amaçlamaktadır. Proje,
SKİ’nin sağladığı üstün mekanik ve mikroyapısal iyileştirmelerle biyoseramik
katkılar kullanılarak üretilecek metal matrisli kompozitlerin (MMK) mekanik
özelliklerinin geliştirilmesi, biyouyumluluğunun artırılması ve biyobozunurluk
süresinin uzatılmasına odaklanmaktadır.
Önerilen
proje, iki temel aşamadan oluşmaktadır: İlk aşama numune üretimi ve
optimizasyonunu, ikinci aşama ise deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle
yapısal biyomekanik özelliklerin karakterizasyonunu kapsamaktadır. Bu
çerçevede, farklı parametrelerle magnezyum alaşımına SKİ uygulanacaktır. SKİ'li
magnezyum alaşımlı numunelerin mikroyapı ve mekanik özellikleri, yanıt yüzey
metodolojisi (YYM) kullanılarak analiz edilecek ve optimum SKİ parametreleri
belirlenecektir. Optimum parametreler ile magnezyum alaşımlı plakaya farklı
oranlarda HA ve ZrO2 biyoseramik tozları SKİ yoluyla eklenerek MMK
numuneleri üretilecektir. Bu MMK numunelerinin mikroyapı, mekanik ve
biyouyumluluk özellikleri sistematik olarak derinlemesine incelenecektir.
Numunelerin mikroyapısı, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM),
enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), elektron geri saçılım
difraksiyonu (EBSD), X-ışını difraktometresi (XRD) ve X-ışını fotoelektron
spektroskopisi (XPS) gibi tekniklerle karakterize edilecektir. Mekanik
özellikler sertlik, çekme ve korozyon testleriyle belirlenecektir. Üretilen
numunelerin biyouyumluluk özellikleri ise temas açısı ölçümü, daldırma testiyle
biyobozunurluk ve biyoaktivite testleri, sitotoksisite, hücre adezyonu ve
hemoliz testleri kullanılarak incelenecektir. Farklı oranlarda HA ve ZrO2
içeren MMK numunelerinin biyouyumluluk ve mekanik test sonuçları YYM ile analiz
edilerek, biyouyumluluk ve mekanik özellikler açısından ideal HA ve ZrO2
oranları belirlenecektir. Optimize edilmiş HA ve ZrO2 oranları ve
SKİ parametreleri kullanılarak nihai MMK numunesi üretilecek ve yapısal
özellikleri yukarıda belirtilen tekniklerle karakterize edilecektir. SKİ ile
üretilen tüm numuneler, ortopedik bir implant uygulaması için sonlu elemanlar
yöntemiyle analiz edilerek biyomekanik performansları belirlenecektir. Tüm bu
karakterizasyon çalışmaları, “proses-yapı-özellik” ilişkilerinin ortaya
konulmasını sağlayacaktır.
Proje,
farklı disiplinlerden araştırma konularının bir arada bulunduğu geniş kapsamlı
bir çalışmadır. Bu
yüzden mevcut proje, disiplin alanı ile ilgili veya araştırma konusu ile ilgili
alanında çalışmaları olan danışman, araştırmacı ve bursiyerlerin birlikte
çalışmasıyla yürütülecektir. Sürtünme karıştırma işlemi ile numune üretimi, bu
konu ile ilgili nitelikli çalışmaları bulunan makine mühendisi bir danışman ve
iki araştırmacının birlikte çalışmasıyla yürütülecektir. Mikroyapı ve mekanik
özellik incelemeleri bu konularla ilgili üç araştırmacı tarafından
gerçekleştirilecektir. Biyouyumluluk testleri, iki biyolog araştırmacı ve bir
biyolog bursiyerin birlikte çalışmasıyla gerçekleştirilecektir. Üretilen
numunelerin bir ortopedik implant uygulamasının sonlu elemanlar analizi, bir
ortopedi uzmanı danışman ve bu konu ile çalışmaları bulunan bir araştırmacı ve biyomedikal mühendisi bir
bursiyer ile yürütülecektir. YYM ile deney tasarımı ve optimizasyon çalışmaları
bu konu ile ilgili tecrübeli bir araştırmacı tarafından
gerçekleştirilecektir.
SKİ ile üretilen biyomekanik özellikleri geliştirilmiş biyobozunur malzemeler, in vivo deneyler içeren ileri araştırmaların temelini oluşturmaya da potansiyel sunmaktadır. Ayrıca bu proje, vücutta güvenli bir şekilde parçalanabilen implantlara yönelik kritik ihtiyacın karşılanması, ikincil ameliyatlara olan ihtiyacın ortadan kaldırılması ve uzun vadeli komplikasyonların azaltılmasına yönelik uygulamalara katkı sağlayacaktır.