Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/3663
Title: (ti,mg)n İnce Film Yüzeyinde Magnezyum Katkılı Hidroksiapatit Büyütülmesi Ve Sert Doku İmplant Malzemesi Olarak Potansiyellerinin Belirlenmesi
Other Titles: The Growth Of Magnesium Substituted Hydroxyapatite On (ti,mg)n Thin Films And Investigation Of Their Potential As Hard Tissue Implant Material
Authors: Kök, Fatma Neşe
Önder, Sakip
10024667
Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji
Molecular Biology and Genetics
Keywords: biyomalzeme
PVD
hücre kültürü
hidroksiapatit
biomaterial
PVD
cell culture
hydroxyapatite
Issue Date: 15-Jan-2014
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Kazalar ve hastalıklar sonucu ortaya çıkan sert doku kayıplarının giderilmesi için titanyum ve alaşımları çok kullanılan malzemelerdendir. Yapılan araştırmalara göre, dünyada 40 yaş üzeri nüfusun %90 ında dejeneratif hastalıklar mevcuttur. 2015 yılı itibariyle, sadece ABD de 600 bin kalça ve 1.4 milyon diz implantının kullanacağı tahmin edilmektedir. Bu operasyonlar getirdikleri yüksek ekonomik yükün yanında, hasta için ağrılı ve zordur. Bunun için implantın vücutta ömrünün uzun olması, hem ekonomik açıdan, hem de hasta refahı yönünden önemlidir. Günümüzde kullanılan implant malzemelerin ortalama kullanım süreleri 10-15 yıl arasında değişmektedir. Bu süre sonunda implant malzemelerinin değiştirilmesi veya bakımının yapılması gerekmektedir. Bugün dünyada implantlarda kullanım sırasında oluşan hataların onarımı için revizyon cerrahisi ortaya çıkmıştır. 2005-2030 yılları arasında kalça revizyon cerrahisinde % 137, diz revizyon cerrahisinde %607 artış olması beklenmektedir. Özelliklerini kaybeden implant malzemelerinin bakımı veya değiştirilmesi yüksek maliyetli olmasının dışında, başarı oranı ilk yapılan implantasyona göre çok daha düşüktür. Bundan dolayı hem implant pazarındaki ihtiyacı karşılamak hem de implant malzemelerinin özelliklerini geliştirmek üzere araştırma ve geliştirme çalışmaları büyük bir ivme kazanmıştır. Paslanmaz çelik (316L SS) ve Kobalt-Krom alaşımları (Co-Cr) metalik implant malzemesi olarak kullanılan ilk malzemelerdir. Fakat bu malzemelerden salınan Ni, Cr ve Co gibi iyonlar çeşitli hastalıklara sebep olmaktadır. Örneğin, Ni varlığının deri hastalıklarına sebep olduğu bilinmektedir. Ayrıca vücutta Co varlığı kanserojen etki yaratmaktadır. Bunların yanında 316L SS ve Cr-Co alaşımları kemiğe göre daha büyük bir elastik modüle sahiptir. Bu farklılık kemikte uygunsuz yüzey gerilimine ve bunun sonucunda kemikte erimeye sebep olmaktadır. Titanyum ve alaşımları, biyouyumluluklarının yüksek olması, vücut içerisinde yüksek korozyon direncine sahip olmaları, kemikle hızlı bir şekilde bütünleşerek (osteointegrasyon) kalıcı bir bağlanma sağlayabilmeleri ve düşük bir elastik modüle sahip olmalarından dolayı biyomedikal uygulamalarda tercih edilmektedirler. Fakat düşük aşınma ve korozyon problemleri titanyum tabanlı implant malzemelerinde de devam etmektedir, dolayısıyla kalça, diz protezleri gibi uygulamalarda kullanımları sınırlıdır. Titanyum inert olması ve elastik modülünün kemiğe daha yakın olmasından dolayı implant malzemeleri açısından çok uygundur. Bu sebeple titanyum tabanlı implant malzemelerin aşınma ve korozyon dirençlerini geliştirilmeye yönelik çalışmalar oldukça yaygındır. Titanyum tabanlı implant malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi için çeşitli kaplama teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kaplamalar aşınma ve korozyon özelliklerini geliştirmek üzere yapılan ve osteointegrasyonu geliştirmek üzere yapılan kaplamalar olarak iki sınıfta toplanabilir. Nitrür kaplamalar Ti metallerinin özelliklerini geliştirmek üzere sıklıkla tercih edilen kaplama çeşididir. Nitrürleme çalışmaları Fiziksel Buhar Biriktirme Yöntemi (PVD) ve Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi (CVD) ile yapılabilmektedir. TiN kaplamalar FDA onaylı bir kaplama çeşidi olup , implant malzemelerinde ve cerrahi operasyon aletlerinde sıkça tercih edilmektedir. Osteoentegrasyonu arttırmak üzere yapılan kaplamalar bir implant malzemesinin başarısını belirleyen en önemli faktörlerin başında gelmektedir. Iyi bir implant malzemesinin çevre doku ile hızlı bir şekilde bağlanması gerekmektedir. İmplant yüzeyinin Ca-P bileşikleri ile kaplanması osteoentegrasyonu arttırmak için kullanılan en yaygın yöntemlerin başında gelmektedir. Hidroksiapatit (HA) bir Ca-P bileşiği olup, kemiğin yapısında bulunan doğal bir mineraldir. Gözenekli yapısı sayesinde hücrelerin implant malzemesinin yüzeyine difüz etmesine olanak sağlayarak, yeni oluşan dokunun doğrudan malzeme yüzeyine bağlanmasına yardımcı olur. Bunun yanında hücreler için gerekli besin maddeleri de kolayca hücrelere ulaşabilir. Günümüzde HA yapısına çeşitli iyonlar (Sr, Mn, Mg vb.) katkılanarak HA özelliklerini geliştirilmeye yönelik birçok çalışma mevcuttur. Yapay vücut sıvısı (SBF) ile yapılan çalışmalar ile HA yapısına çeşitli iyonların katkılanabileceği gösterilmiştir. Örneğin SBF içerisindeki kimyasalların oranları sabit tutularak, Mg2+ miktarı değiştirilmiş ve Mg2+ iyonunun Ca ile yer değiştirmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada, Ti altlık malzemeler üzerinde ark PVD yöntemiyle Mg2+ katkılı TiN ince film kaplamalar üretildi. Böylece hem titanyum esaslı malzemelerin korozyon ve osteoentegrasyon özelliklerinin geliştirilmesi, hem de Mg2+ un ve fizyolojik ortamda bulunan hücre varlığının HA çökelmesi üzerine etkisinin ortaya çıkarılması hedeflendi. Mg2+ birçok enzimin kofaktörü olması, metabolizmada yaygın bir şekilde kullanılması ve kemik hücrelerinin büyümesi üzerine pozitif etki yapmasından dolayı tercih edilmiştir. (Ti,Mg)N ince film kaplamaların korozyona uğraması veya Mg2+ salımı vücutta herhangi bir toksik etkiye sebep olmayacak, oluşan birikinti vücut tarafından kullanılabilecektir. Daha önce grubumuz tarafından yapılan ön çalışmada at % 10 dan fazla Mg2+ katkılanmış TiN yüzeylerinde korozyon gözlemlenmiştir. Bundan dolayı çalışmanın ilk kısmında TiN ve 6.4 at % Mg2+ katkılı TiN ince film kaplı yüzeyler üretildi. Ayrıca Mg-HA yapısındaki Mg2+ miktarı HA kristal yapısını da etkilemektedir. Ca10-xMgx(PO4)6(OH)2 yapısındaki x >5 (28 wt %) olduğunda HA yapısı tamamen amorf olmaktadır. Dolayısıyla at % 6.4 Mg2+ içeriği hem HA yapısına girdiğinde HA yapısının amorf yapıya dönüştürmemesi hem de düşük korozyona sebep olmasından dolayı HA çalışmaları için uygun bir miktar olarak kabul edilmiştir. Mg2+ katkılı TiN ((Ti,Mg)N) ve TiN yüzeyleri öncelikle 1XSBF içerisinde 4 hafta boyunca inkübe edilmiştir. Numuneler üzerinde haftalık analizler yapılmıştır. SEM ve EDS analizleri bir aylık süre sonunda her iki yüzeyde de homojen bir şekilde HA yapısının üretilemediğini göstermiştir. Fakat Mg2+ katkılı yüzeylerde TiN yüzeylere göre lokal olarak çok daha fazla miktarda HA çökeltisinin oluştuğu gözlemlenmiştir. XRD analizleri ince filmler içerisine katkılanan Mg2+ un davranışı hakkında önemli sonuçlar ortaya çıkarmıştır. Mg2+ katkılı ince film içeren yüzeylere ait XRD analizleri, TiN piklerinin Mg2+ katkısından dolayı daha düşük kırınım açılarına kaydığını göstermiştir. Fakat bir haftalık 1XSBF inkübasyonundan sonra Mg2+ katkılı yüzeylere ait TiN pikleri tekrar orijinal konumuna geri dönmüştür. Bu sonuç bize (Ti,Mg)N yüzeylerinin Mg2+ kaynağı olarak davrandığını ve HA oluşum sürecini hızlandırdığını göstermiştir. FTIR analizleri Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde fosfat birikiminin olduğunu fakat TiN yüzeylerinde fosfat birikiminin olmadığını göstermiştir. İnce film kaplı yüzeylerde çökelmiş olan HA yapısının karakterizasyonunun daha iyi yapılabilmesi ve hücre kültürü çalışmaları için homojen HA kaplı yüzeylere ihtiyaç vardır. 5XSBF çalışmaları ile 3 günde her iki yüzeyde de homojen bir şekilde çökelmiş HA yapıları elde edilmiştir. Yapılan analizlerde literatürde HA yapısına Mg2+ katkılanmasının göstergesi olarak kabul edilen sonuçlar elde edilmiştir. HA yapısı içerisine Mg2+ katkılanması HA yapılarının granül boyutlarının 2-3 kat artmasına ve FTIR &#12310;PO&#12311;_4^(3-) piklerinin yoğunluğunun düşmesine sebep olmuştur. &#12310;PO&#12311;_4^(3-) piklerinin yoğunluğunda meydana gelen bu düşmenin sebebi literatürde HA yapı içerisine Mg2+ girmesi sonucu HA kristal yapısındaki azalma olarak açıklanmaktadır. Kaplamalar içerisine katkılanan Mg2+ etkisini daha iyi incelemek amacıyla Mg2+ içermeyen 5XSBF çalışmaları da yapılmış ve Mg2+ etkisi açıkça ortaya konulmuştur. Mg2+ içermeyen SBF çalışmaları sonucunda (Ti,Mg)N yüzeylerinde HA çökeltisi oluşurken, TiN yüzeylerinde HA çökelmesinin oluşmadığı gözlemlenmiştir. Yapılan SEM, XRD ve FTIR analizleri de Mg2+ li yüzeylerde HA varlığını doğrulamış, TiN yüzeylerinde HA varlığına dair herhangi bir veriye rastlanmamıştır. HA yapısı içerisine giren Mg2+ un hücre büyümesi üzerine etkisini incelemek üzere kemik hücreleri kullanılarak hücre kültürü çalışmaları da yapılmıştır. Hücre kültürü çalışmalarında kullanılmak üzere düşük (at % 4.24) ve yüksek (at % 10.42) Mg2+ içeriğine sahip iki farklı (Ti,Mg)N ince film kaplı numune hazırlanmıştır. Daha sonra hazırlanan numuneler 5XSBF içerisinde inkübe edilmiş ve Mg-HA yapıları ile kaplanmıştır. Kontrol olarak yine TiN yüzeylerinde çökelen HA yapıları kullanılmıştır. MTS çalışmaları hücrelerin at % 4.24 Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde oluşan Mg-HA yapıları üzerinde HA yüzeylere göre çok daha iyi büyüdüğünü göstermiştir. Fakat yüksek Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde sentezlenen HA yapısı üzerinde hücrelerin büyümesi yavaşlamıştır. Dolayısıyla düşük Mg2+ varlığı hücre büyümesi üzerinde pozitif bir etki yaratırken, yüksek Mg2+ hücre büyümesini negatif yönde etkilemiştir. Çalışmanın ikinci kısmında fizyolojik ortamı daha iyi taklit edebilmek için SBF yerine hücre kültürü besiyeri kullanıldı. Çünkü SBF içerik olarak vücut sıvısını tam olarak taklit edememektir. Vücut içerisinde yer alan proteinler, amino asitler, hücreler vb. hepsi implant malzemenin fizyolojik ortamda davranışını, dolayısıyla HA oluşum sürecini etkiler. Bu kısımda HA oluşumunun yanında malzemelerin korozyon özellikleri de çalışıldı. Bunun için farklı Mg2+ içeriğine sahip (at % 8.1, 11.31, 28.49) (Ti,Mg)N ve kontrol olarak TiN ince film kaplamalar üretildi. Numuneler hücre varlığında ve yokluğunda 8 haftalık bir periyotta hücre kültürü besiyeri içerisinde inkübe edildi. Sadece hücre kültürü besiyeri ile yapılan çalışmalar daha ilk hafta sonunda SBF çalışmalarına göre farklılıklar ortaya koydu. SBF çalışmalarında TiN yüzeylerinde HA çökelmesi ancak 4 hafta sonunda gözlemlenirken, hücre kültürü besiyeri ile yapılan çalışmalarda numune yüzeylerinde HA çökelmesi ilk hafta sonunda gözlemlendi. Bu sonuç protein ve amino asitlerin HA çökelmesinde ne kadar etkili olduğunu ortaya çıkarmıştır. Mg2+ katkılı yüzeylerde ilk hafta sonunda sadece at % 8.1 Mg2+ katkılı (Ti,Mg)N yüzeylerinde HA çökelmesi gözlemlenirken, diğer yüzeylerde 2. ve 3. haftalarda HA çökeltisi gözlemlenmeye başlamıştır. Ayrıca yüksek Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde (11.31 ve 28.49 at %) 21. günden itibaren yüksek korozyon meydana geldi. Yüzeylerde yapılan EDS analizleri periyodik (2-3 hafta) bir şekilde yüzeylerde oluşan Ca/P oranlarında bir düşme ve yükselme olduğunu gösterdi. Bunun muhtemel sebebi, ortam pH değerinde meydana gelen değişikliğe bağlı olarak kristalize olamayan HA yapılarında meydana gelen çözülmeler olarak düşünülmüştür. TiN ve bütün (Ti,Mg)N ince film kaplı yüzeylerde 42. günden sonra homojen bir şekilde çökelmiş HA yapıları elde edildi. Hücresiz ortamda elde edilen bu sonuçlardan sonra, besi yeri ortamında ve hücre varlığında yapılan deneylere geçildi. TiN ve çeşitli Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde yapılan hücre kültürü çalışmaları ile Mg2+ un hücre büyümesi üzerinde etkili olduğu gösterilmiştir. Hücreler düşük Mg+2 içeren yüzeylerde TiN yüzeylere göre çok daha iyi büyümüşlerdir. Fakat, Mg2+ miktarı arttıkça hücre sayısı da azalmaya başlamıştır. Dolayısıyla at % 8.1 Mg2+ miktarı hem hücre büyümesi hem de kaplama korozyon direnci açısından en uygun Mg2+ miktarıdır. Mg2+ varlığının aynı zamanda mineralizasyonu da etkilediği ortaya çıkmıştır. 1 haftalık hücre kültürü çalışmaları sonucunda TiN ve at % 8.1 Mg2+ içeren yüzeylerde mineralize olmuş kolajen yapısına ait (amid I, amid II ve amid III ve HA) FTIR pikleri elde edilmiştir. Yüksek Mg2+ içeren yüzeylerde bu pikler 2-3 hafta arasında oluşmaya başlamıştır. EDS analizlerinde Ca/P oranlarının yine periyodik olarak artıp azaldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada yapılan SBF çalışmaları ile TiN ince filmler içerisine katkılanan düşük Mg2+ ( <10 at %) miktarının yüzeylerde HA çökelmesini hızlandırdığı ve yüzeylerde doğal Mg-HA sentezlenebileceği gösterilmiştir. SBF koşullarında yapılan çalışmada ince film içerisindeki Mg2+ un magnezyum kaynağı olarak görev yaptığı ve ortama salmış olduğu Mg2+ iyonları ile Mg-HA oluşumuna katkıda sağladığı gösterilmiştir. Hücre kültürü besiyerinde yer alan protein, amino asit vb. moleküllerin de HA çökelmesinde etkili olduğu ve yapay vücut sıvısının bu tür çalışmalar için fizyolojik ortamı çok iyi taklit edemediği gösterilmiştir. Hücre kültürü besiyeri ve hücreler ile yapılan çalışmalar ayrıca kaplama içerisindeki Mg2+ varlığının at %10 dan fazla olmasının hem hücreler üzerinde toksik etki yarattığını, hem de korozyona sebep olduğunu göstermiştir. TiN ince film kaplı yüzeylerde hücre kültürü besiyeri varlığında HA oluşumunun daha iyi olduğu görülmüştür. Fakat fizyolojik ortamda HA çökelmesi sırasında hücre varlığı da göz önüne alınmalıdır. Nitekim hücreler at % 8.1 Mg2+ katkılı TiN yüzeylerinde TiN yüzeylere göre daha iyi büyümektedirler. Dolayısıyla hücrelerin sevdiği, korozyon direncinin iyi olduğu ve HA çökelmesi açısından TiN yüzeylerle benzer özellik sergileyen düşük Mg2+ katkılı (Ti,Mg)N ince film kaplı titanyum malzemelerin, TiN ince film kaplı Ti yüzeylere kıyasla sert doku implant malzemesi olarak kullanımı daha uygun görülmektedir.
Titanium and titanium-based alloys are commonly preferred implant materials and used in hard tissue applications to cover the hard tissue damages occurred because of illnesses and accidents. Statistics shows that 90 % of people older than 40 year-old have degenerative illnesses worldwide. It is estimated that 600.000 hip and 1.4 million knee implants will be used just in USA in 2015. These operations are both expensive and painful for patients. Therefore, longevity of implant materials in the body is important for both economical reasons and patients comfort. Today, lifetime of implant materials is about 10-15 years and replacement or revision of implant materials is mostly necessary afterwards. A new area called revision surgery has also raised in the world for revision of damaged implant materials. An increase in hip and knee revision is expected in 2005-2030 by 137 % and 607 %, respectively. Besides being expensive, success rate of revised implant is lower than first implementation. Therefore, to supply the implant material demand of the market and improve the features of implant materials, studies have been accelerated in this field. Stainless Steel (316L SS) and Co-Cr alloys are the first metals used in implementation. However, ions that were released from these metals lead to various illnesses. For example, Ni existence causes skin diseases and Co existence makes carcinogenic effect. Furthermore, these materials have higher modulus than bone, which lead to deficiency in bone structure because of insufficient stress transfer. As titanium and its alloys have high biocompatibility, low elastic modulus and ability to connect with the surrounding tissue (osteointegration), they are commonly preferred in biomedical applications. However, low corrosion and wear resistance of titanium based implants lead to limitations in applications. Despite this, as titanium based materials consist of numerous properties needed for an ideal biomaterial, a special interest has been given to develop wear and corrosion resistant titanium based implant materials. In order to improve the properties of titanium based implant materials, different coating techniques are commonly used. These coatings could be grouped in two categories such as coatings for improving wear and corrosion properties and coatings for improving osteointegration properties of implant materials. Nitrite coatings are commonly preferred to improve the tribological properties of metallic implant materials and Physical Vapor Deposition (PVD) and Chemical Vapor Deposition (CVD) are two main techniques used for this application. Moreover, TiN is a FDA approved coating and commonly used for implant materials and surgery tools. Coatings that are done to improve the osteointegration properties of implant materials are one of the key factors that influence the success of implant materials in the body. A good biomaterial should be integrated with the surrounding tissue (osteointegration) easily. Ca-P, espacially hydroxyapatite (HA), coatings are very useful and applied method to develop the osteointegration properties of biomaterials. Porous structure of HA enables cells to diffuse to the implant surface, so newly deposited tissue starts to grow from the implant material surface. Further, body fluid that carries nutrients for cell can be easily delivered to the cells via porous structure. In literature, there are studies to improve the properties of HA structure with various ion (Sr, Mn, Mg etc.) substitutions. Incubation in simulated body fluid (SBF) is a cheap and easy method to make the doping of different ions into HA structure possible. In this study, Mg2+ doped TiN thin film coatings were deposited on Ti substrates by using PVD technique. The aim was to produce Ti implants with better osteointegration and corrosion properties and to better understand the effect of Mg2+ and surrounding cells in the HA deposition process. Mg2+ was choosen for substitution in HA structure since it is a cofactor for many enzymes and used in many reactions in metabolism. In addition, in case a corrosion debris or Mg2+ release occurred, no toxic effect would be seen in the body and debris could even be used by the surrounding tissue. In the first part of the study, TiN and 6.4 at % Mg2+ doped TiN coatings were produced. This percentage was chosen for HA deposition studies, since a previous study of our group showed that when the Mg2+ amount was more than 10 at %, corrosion occurred on the surfaces. Further, Mg2+ amount affect the Mg-HA structure (Ca10-xMgx(PO4)6(OH)2) when it was placed in the structure: When x is more than 5 (28 wt %), the structure become totally amorphous. For this first part of the study, thin film coated surfaces were incubated in 1XSBF and 5XSBF solutions for 4 weeks and 3 days, respectively. For 1XSBF, SEM and EDS analysis showed that homogeneous HA coatings were not produced on both coatings, with ((Ti,Mg)N) or without Mg (TiN), but local HA deposition density was higher on Mg presence. XRD analysis provided important results about the behavior of Mg2+ that was deposited in thin film coatings. Mg2+ doping resulted in a shifting in TiN peaks to lower differation angles but these peaks turned back to their original position after for 7 days in 1XSBF. These results showed that Mg2+ release occurred from the surfaces and accelerated HA deposition on the surfaces. Phosphate accumulation on the Mg2+ surfaces was also higher than Mg-free surfaces. When incubated in 5XSBF, homogeneous HA coatings were obtained on both surfaces within 3 days. Moreover, a decrease in intensity of &#12310;PO&#12311;_4^(3-) FTIR peaks because of poor crystallization of HA structure with the Mg2+ substitution and an increase in the granule size of HA structures (i.e. 2-3 times) were obtained. These results are in agreement with the literature and accepted as a proof of Mg2+ doping into HA structure. In order to understand Mg2+ effect more clearly, Mg-free SBF studies were also done. According to the literature, HA deposition could not occur on the surface of implant materials in the absence of the Mg2+. In this study, HA deposits only formed on the Mg2+ doped TiN coatings and clearly showed the positive effect of Mg2+. For cell culture studies, Mg-HA deposits were prepared on low and high Mg2+ (4.24 at % and 10.42 at %) doped TiN surfaces. Cell proliferation assay (MTS) showed that while cell proliferation was better on low Mg2+ doped surfaces, high Mg2+ presence resulted in a decrease in cell number. In the second part, to better mimic the physiological conditions, cell culture medium in the presence and absence of the cells were used for HA deposition studies. Although SBF simulated the chemical composition of body fluid, it does not contain proteins, amino acids etc. that affect the biomaterial behavior in the body. Besides HA deposition studies in cell culture medium, effect of Mg2+ amount on the corrosion and cell effect on HA deposition were also studied for 8 weeks period by preparing Mg2+ doped TiN coatings with various Mg2+ amount (8.1, 11.31, 28.49 at %). Results showed that though it was difficult to observe HA deposits on TiN surfaces after SBF incubation for 4 weeks, HA deposits were started to be observed on TiN coatings after incubation in cell culture medium for 7 days. These results showed that protein and amino acids were also effective on HA deposition and SBF does not simulate body environment very well. HA deposition only occurred on low Mg2+ (8.1 at %) doped TiN surfaces after 7 days, and took more time on other surfaces. Corrosion also occurred on high Mg2+ (11.31 and 28.49 at %) containing surfaces after 21 days. EDS analysis showed that there was a periodic decrease and increase in Ca/P ratios on surfaces (2-3 weeks). It was thought that pH changes resulted in dissolution in HA structure. After 42 days, homogeneously HA coated structures were obtained on all surfaces. In the presence of cells, both cells and cell culture medium would effect the HA deposition on surfaces. Cell culture studies conducted on TiN and various Mg2+ doped TiN surfaces showed that cell proliferation was better on low Mg2+ (8.1 at %) containing surfaces compared with Mg free surfaces and cell proliferation decreased with high Mg2+ amounts (more than 10 at %). Therefore, 8.1 at % Mg2+ was found to be better for both cell proliferation and corrosion resistance. Mineralized collagen FTIR peaks (amid I, amid II amid III and HA) on TiN and 8.1 at % Mg2+ doped surfaces were obtained after a week. A similar cycle in Ca/P ratios were also obtained in cell presence. In this study, it was proved that low Mg2+ (less than 10 at %) doped thin film coatings accelerated HA deposition and enabled natural Mg2+ doped HA synthesis on the thin film coatings in SBF. Mg2+ that was doped in TiN coatings acted as magnesium source and promoted Mg-HA deposition. HA deposition further improved in cell culture medium, probably because of the additional protein, amino acid etc presence. Corrosion and cell culture studies showed that Mg2+ amount greater than 10 at % resulted in a decrease both in corrosion resistance and cell proliferation. In cell culture medium, HA deposition on TiN surfaces seemed better compared with the low Mg2+ (8.1 at %) containing surfaces. On the other hand, cell proliferation was better on low Mg2+ (8.1 at %) doped TiN surfaces compared with the Mg-free TiN surfaces. Therefore, 8.1 at % Mg2+ containing (Ti,Mg)N thin film coated Ti surfaces seemed to be more suitable for hard tissue applications because of positive effect of Mg2+ on cell proliferation, corrosion resistance and HA deposition.
Description: Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014
Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014
URI: http://hdl.handle.net/11527/3663
Appears in Collections:Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Lisansüstü Programı - Doktora

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
14168.pdf6.17 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.