Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu

Aslı GÜNAY BULUTSUZ (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)
Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi
8 1
Yıl: 2021 Cilt: 9 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 467 - 479 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.29130/dubited.826029 İndeks Tarihi: 25-03-2022

Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu

Öz:
Yeni nesil biyoçözünür implantlara olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Fe, Zn ve Mg yaygın olarak tercih edilen metalik biyoçözünür malzemelerdir. Biyomedikal ve korozyon özelliklerindeki avantajları sayesinde Zn son dönemde ön plana çıkmıştır. Çalışma kapsamında Saf Zn tozlarına Yüksek Basınç Altında Burma (YBAB) uygulanarak ince taneli yapılar elde edilmiştir. 1, 5 ve 10 rotasyondan sonra elde edilen numunelerin, mikro yapıları, mekanik özellikleri ve çözünme davranışları karakterize edilmiştir. Mikro yapı incelemeleri için optik mikroskop, mekanik özellik incelemeleri için sertlik ve çekme testi uygulanmıştır. Çözünme davranışının tespiti için ise vücut sıcaklığında (37 °C) 15 gün boyunca gözlemler gerçekleştirilmiştir. Çözünme testlerinden sonra oluşan yüzey topografyası taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre YBAB işlemi mikro yapıyı, mekanik özellikleri ve çözünme davranışını etkilemiştir. Sertlik 5 rotasyonda en yüksek değere ulaşmış, sonrasında tane toparlanması sebebi ile sertlik değeri düşmüştür. Bunun yanı sıra mekanik dayanım artmaya devam etmiştir. Çözünme davranışı en düşük 10. Rotasyonda elde edilirken bu değerin 5. Rotasyon ile oldukça yakın olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma ile ilk defa toz Zn başlangıç numunelerinden yola çıkılarak YBAB uygulanmış karakterize edilmiş ve fosfat tamponu içerisinde çözünme davranışı gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelime:

Manufacturing Fine Grained Structure from Pure Zinc Powders for Biodegradable Implant Materials and Characterization Their Degradation Behavior

Öz:
Interest in new generation biodegradable implants is increasing day by day. Fe, Zn and Mg are widely preferred metallic biodegradable materials. Beyond other materials Zn is popular with its biocompatibility and corrosion behavior. Pressure Torsion (HPT) manufacturing technique applied to pure Zn powders in order to obtain ultrafine grained microstructure. After processing 1, 5 and 10 rotations of pure Zn, microstructure, mechanical properties and degradation behavior were evaluated. The changes in the microstructures of the HPTed samples were examined by optical microscopy, and for the mechanical properties hardness and tensile tests were applied. The degradation behavior observed in phosphate buffered saline (PBS) at body temperature (37 °C) for 15 days. After degradation test the surface topography was observed with Scanning Electron Microscope (SEM). According to the obtained results, the HPT process was effective in the microstructure, mechanical and degradation behavior of pure Zn. After 5. Rotation the highest hardness value is obtained, afterward this decrease due to recovery. The degradation rate was slowest for 10. Rotation samples. However, this value was very close to the 5. Rotation. In the scope of this work, for the first time powder Zinc is used as a starting material and characterized after HPT processing and its degradation behavior observed in PBS at body temperature.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] Y.P. Acklin, I Zderic, J.Buschbaum, P. Varga, .JA. Inzana, S. Grechenig, R.G. Richards, B. Gueorguiev, P. Schmitz, “Biomechanical comparison of plate and screw fixation in anterior pelvic ring fractures with low bone mineral density”. Injury, vol. 47, no. pp. 1456–1460. 2016.
  • [2] H.S. Han, S. Loffredo, I. Jun, J. Edwards, Y.C. Kim, H.K. Seok, F. Witte, D. Mantovani, S. Glyn-Jones, “Current status and outlook on the clinical translation of biodegradable metals”. Materials Today, vol 23, pp. 57–71, 2019.
  • [3] F. Witte, “The history of biodegradable magnesium implants: A review”. Acta Biomaterialia, vol 6, pp. 1680–1692, 2010.
  • [4] C. Erkek, N. Ağıralioğlu, M. Moravej, D. Mantovani . “Biodegradable metals for cardiovascular stent application: Interests and new opportunities”. International Journal of Molecular Sciences, vol 12, pp. 4250–4270, 2011.
  • [5] D. Noviana, D. Paramitha, M.F. Ulum, H. Hermawan, “The effect of hydrogen gas evolution of magnesium implant on the postimplantation mortality of rats”. Journal of Orthopaedic Translation, vol 5, pp 9–15, 2016.
  • [6] E. Scarcello, I. Lobysheva, C. Bouzin, Jacques PJ, Lison D, Dessy C. “Endothelial dysfunction induced by hydroxyl radicals – the hidden face of biodegradable Fe-based materials for coronary stents”. Materials Science and Engineering C, vol 112,pp 1-11,2020.
  • [7] T.C. Paim, D.P. Wermuth, I. Bertaco, C. Zanatelli, L.I.S. Naasani, M. Slaviero, D. Driemeier, L. Schaeffer, M.R. Wink, “Evaluation of in vitro and in vivo biocompatibility of iron produced by powder metallurgy”. Materials Science and Engineering C, vol 115, pp. 1-11,2020.
  • [8] E. Bruder, P. Braun, H. Rehman, R.K.W. Marceau, A.S. Taylor, R. Pippan, K. Durst. “Influence of solute effects on the saturation grain size and rate sensitivity in Cu-X alloys”. Scripta Materialia, vol 144, pp 5–8, 2018.
  • [9] M. Furukawa,Y. Iwahashi, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon, “The shearing characteristics associated with equal-channel angular pressing”. Materials Science and Engineering A, vol 257, pp 328–332, 1998.
  • [10] A.G. Bulutsuz, W. Chrominski, Y. Huang, P. Kral P, M.E. Yurci, M. Lewandowska, T.G. Langdon, “A Comparison of Warm and Combined Warm and Low-Temperature Processing Routes for the Equal-Channel Angular Pressing of Pure Titanium”. Advanced Engineering Materials, vol 22, pp 1-8,2020.
  • [11] K. Özbeyaz, H. Kaya, A. Kentli, M. Şahbaz, S. Öğüt, “Mechanical properties and electrical conductivity performance of ECAP processed AA2024 alloy”. Indian Journal Of Chemical Technology, vol 26, pp 266-269, 2019.
  • [12] A. Günay Bulutsuz, M.E. Yurci, N. Durakbaşa, “Optimization Process Parameters of Equal Angular Channel Pressing According to the Measurement Results of Microstructural Homogeneity”. Materials Research, vol 21, no 6, pp 1-9, 2018.
  • [13] A. Günay Bulutsuz, Ö. Berrak, H. A. Yeprem, E.D. Arisan, M.E. Yurci, “Biological responses of ultrafine grained pure titanium and their sand blasted surfaces”. Materials Science and Engineering C, vol 91, pp 382–388, 2018.
  • [14] Q. Li, W. Ye, H. Gao, L. Gao, “Improving the corrosion resistance of ZEK100 magnesium alloy by combining high-pressure torsion technology with hydroxyapatite coating”. Materials and Design, vol 181,pp 1-14, 2019.
  • [15] B. Srinivasarao, A.P. Zhilyaev, T.G. Langdon, M.T. Pérez-Prado, “On the relation between the microstructure and the mechanical behavior of pure Zn processed by high pressure torsion”. Materials Science and Engineering A, vol 562, pp 196–202, 2013.
  • [16] A. Ojdanic, J. Horky, B. Mingler, M. Fanetti, S. Gardonio, M. Valant, B. Sulkowski, E. Schafler, D. Orlov, M.J. Zehetbauer, M. Fanetti, S. Gardonio, M. Valant, B. Sulkowski, E. Schafler, “The effects of severe plastic deformation and/or thermal treatment on the mechanical properties of biodegradable mg-alloys”. Metals, vol 10, no 8, pp 1-33,2020
  • [17] D.M Brasher, J.G. Beynon, K.S. Rajagopalan, J.G.N. Thomas, “Passivity of iron in chromic acid solutions” British Corrosion Journal, vol 5, no 6, pp 264-269, 2013.
  • [18] ASTM, Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens, ASTM Standard G1-03. 2011 Annual Book of ASTM Standards 03.02 ASTM, Philadelphia. PA, 2011.
  • [19] B.H. Park, H.Y. Um, J.G. Kim, H.Y. Jeong, S. Lee, H.S. Kim, “Large deformation behavior of twin-induced plasticity steels under high-pressure torsion”. Metals and Materials International, vol 22, pp 1003–1008, 2016.
  • [20] Edalati K, Horita Z, “Significance of homologous temperature in softening behavior and grain size of pure metals processed by high-pressure torsion”. Materials Science Engineering, 528, 7514- 7523, 2011.
  • [21] Y. Meng, L. Liu, D. Zhang, C. Dong, Y. Yan, A.A. Volinsky, L.N. Wang, “Initial formation of corrosion products on pure zinc in saline solution” Bioactive Materials, vol 4, no 1, pp87-96,2019.
  • [22] D. Vojtěch, J. Kubásek, J. Šerák, P. Novák, “Mechanical and corrosion properties of newly developed biodegradable Zn-based alloys for bone fixation”. Acta Biomaterialia, vol 7, p 3515–3522, 2011.
  • [23] Mostaed E, Sikora-Jasinska M, Mostaed A, Loffredo S, Demir AG, Previtali B, Mantovani D, Beanland R, Vedani M, “Novel Zn-based alloys for biodegradable stent applications: Design, development and in vitro degradation”. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 60, 581–602, 2016.
  • [24] H. Li, H. Yang, Y. Zheng, F. Zhou, K. Qiu, X. Wang, “Design and characterizations of novel biodegradable ternary Zn-based alloys with IIA nutrient alloying elements Mg, Ca and Sr”. Materials and Design, vol 83, pp 95–102, 2015.
  • [25] D. Ahmadkhaniha, Y. Huang, M. Jaskari, A. Järvenpää, M.H. Sohi, C. Zanella, L.P. Karjalainen, T.G. Langdon, “Effect of high-pressure torsion on microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of cast pure Mg”. Journal of Materials Science, vol 53, pp 16585-16597, 2018.
  • [26] D. Orlov, K.D. Ralston, N. Birbilis, Y. Estrin, “Enhanced corrosion resistance of Mg alloy ZK60 after processing by integrated extrusion and equal channel angular pressing”. Acta Materialia, vol 59, no 15, pp 6176-6186, 2011.
  • [27] P. Guo, X. Zhu, L. Yang, L. Deng, Q. Zhang , B.Q. Li, K. Cho, W. Sun, T. Ren, Z. Song, “Ultrafine- and uniform-grained biodegradable Zn-0.5Mn alloy: Grain refinement mechanism, corrosion behavior, and biocompatibility in vivo”. Materials Science and Engineering C, vol 118, pp 1-12, 2021.
  • [28] J. Tang, J. Wang, X. Xie, P. Zhang, Y. Lai, Y. Li, L. Qin “Surface coating reduces degradation rate of magnesium alloy developed for orthopaedic applications”. Journal of Orthopaedic Translation, vol 1, pp 41–48, 2013.
  • [29] E.l. Abd, E.E. Aal, “Factors affecting the anodic behaviour of zinc electrode in borate solutions” Corrosion Science vol. 48, pp 343–360,2006.
  • [30] C. Shen, X. Liu, B. Fan, P. Lan, F. Zhou, X. Li, H. Wang, X. Xiao, L. Li, S. Zhao, Z. Guo, Z. Pu, Y. Zheng, “Mechanical properties,: In vitro degradation behavior, hemocompatibility and cytotoxicity evaluation of Zn-1.2Mg alloy for biodegradable implants”. RSC Advances, vol 89, no 6, pp 86410–86419, 2016.
  • [31] H. Tapiero, K.D. Tew, “Trace elements in human physiology and pathology: zinc and metallothioneins”. Biomedical Pharmacotherapy, vol 57, no 9, pp 386–398, 2003.
APA GÜNAY-BULUTSUZ A (2021). Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. , 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
Chicago GÜNAY-BULUTSUZ ASLI Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. (2021): 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
MLA GÜNAY-BULUTSUZ ASLI Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. , 2021, ss.467 - 479. 10.29130/dubited.826029
AMA GÜNAY-BULUTSUZ A Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. . 2021; 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
Vancouver GÜNAY-BULUTSUZ A Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. . 2021; 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
IEEE GÜNAY-BULUTSUZ A "Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu." , ss.467 - 479, 2021. 10.29130/dubited.826029
ISNAD GÜNAY-BULUTSUZ, ASLI. "Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu". (2021), 467-479. https://doi.org/10.29130/dubited.826029
APA GÜNAY-BULUTSUZ A (2021). Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(1), 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
Chicago GÜNAY-BULUTSUZ ASLI Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 9, no.1 (2021): 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
MLA GÜNAY-BULUTSUZ ASLI Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol.9, no.1, 2021, ss.467 - 479. 10.29130/dubited.826029
AMA GÜNAY-BULUTSUZ A Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2021; 9(1): 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
Vancouver GÜNAY-BULUTSUZ A Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2021; 9(1): 467 - 479. 10.29130/dubited.826029
IEEE GÜNAY-BULUTSUZ A "Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu." Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9, ss.467 - 479, 2021. 10.29130/dubited.826029
ISNAD GÜNAY-BULUTSUZ, ASLI. "Biyoçözünür İmplant Uygulamaları İçin Saf Çinko Tozlarından İnce Taneli Yapıların İmalatı ve Çözünme Davranışının Karakterizasyonu". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 9/1 (2021), 467-479. https://doi.org/10.29130/dubited.826029
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 22:41

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları