AKILLI POLİMERDEN BİYOKOMPOZİT MALZEME TASARIMI VE 3 BOYUTLU YAZICIDA KULLANIMI

Abstract

Biyomalzemeler, insan vücudundaki canlı dokuların işlevlerini yerine getirmek ya da desteklemek amacıyla kullanılan doğal ya da sentetik malzemelerdir. Bu biyomalzemelerden biri olan hidroksiapatit, doğal kemiğe benzerliği dolayısıyla ortopedik implantlarda yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Fakat hidroksiapatitin klinik uygulamaları kırılganlığı nedeniyle sınırlanmaktadır. Bu nedenle mevcut biyomalzemelerin mekanik, biyouyumluluk ve biyobozunurluk özelliklerini geliştirmek için kompozit malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca 3 boyutlu baskılama yöntemi ile iskele üretimi veya hidrotermal yöntem ile nano biyokompozit malzeme üretimi gibi yenilikçi yöntemler, son zamanlarda giderek önemini arttırmıştır. Bu çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada piyasada uygun fiyatlarda bulanan, tescilli olmayan, açık kodlu ve birtakım değişiklikler yapılmasına olanak tanıyan bir 3 boyutlu yazıcı satın alındı ve bu yazıcı pellet ekstrüder sistemine sahip bir 3 boyutlu yazıcıya dönüştürüldü. İkinci aşamada ise hidroksiapatit, kitosan ve perlit nano tozlar üretilerek, hidrotermal yöntem ile hidroksiapatit-perlit, kitosan perlit ve hidroksiapatit-kitosan-perlit nano biyokompozitlerin sentezi gerçekleştirildi. Daha sonra bu nano biyokompozitler polilaktik asit (PLA) 'e ilave edilerek biyopolimer kompozitler üretildi. Elde edilen biyokompozitlerin SEM, EDS, XRD, FTIR ve Zeta Partikül analizleri ile karakterizasyonu incelenmiştir. Son olarak DSC ve çekme testi analizleri ile biyopolimer kompozitlerin şekil hafıza özellikleri ve mekanik özellikleri analiz edilerek, 3 boyutlu yazıcıda baskılanma parametreleri incelendi. Sonuç olarak biyokompozitler başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Ayrıca biyopolimer kompozitlerin üç boyutlu baskılaması sağlanmıştır.

Biomaterials are natural or synthetic materials used to fulfill or support the functions of living tissues in the human body. Hydroxyapatite, one of these biomaterials, has been widely used in orthopedic implants due to its similarity to natural bone. However, clinical applications of hydroxyapatite are limited by its brittleness. Therefore, composite materials are needed to improve the mechanical, biocompatibility and biodegradability properties of existing biomaterials. In addition, innovative methods such as scaffold production with 3D printing method or nano biocomposite material production with hydrothermal method have increased their importance recently. This study consists of two stages. In the first stage, a non-proprietary, open-code 3D printer that was available on the market at affordable prices and allowed for some modifications was purchased, and this printer was converted into a 3D printer with a pellet extruder system. In the second stage, hydroxyapatite, chitosan and perlite nano powders were produced and the synthesis of hydroxyapatite-perlite, chitosan-perlite and hydroxyapatite-chitosan-perlite nano biocomposites was carried out by the hydrothermal method. Then, these nano biocomposites were added to polylactic acid (PLA) to produce biopolymer composites. Characterization of biocomposites was examined by SEM, EDS, XRD, FTIR and Zeta Particle analyses. Finally, the shape memory properties of biopolymers and mechanical properties were analyzed with DSC analysis, tensile test and the printing parameters were examined in the 3D printer. As a result, biocomposites have been successfully synthesized. Additionally, 3D printing of biopolymers has been achieved.