| dc.contributor.advisor | Bişkin, Erhan | |
| dc.contributor.advisor | Türkoğlu Şaşmazel, Hilal | |
| dc.contributor.author | Özkan, Ozan | |
| dc.date.accessioned | 2019-03-14T08:53:56Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.date.submitted | 2019-01-21 | |
| dc.identifier.citation | [1] V. Hasirci, D. Arslantunali, T. Dursun, D. Yucel and N. Hasirci, Medical Devices: Evidence and Research, 7 (2014) 405. | tr_TR |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/6176 | |
| dc.description.abstract | Surgery is insufficient for peripheral nerve injuries larger than 5 mm. Function loss and scar formation occur as a result of slow healing rate and inflammation cells filling the damaged gap. Therefore, isolation of damaged area from surrounding tissue is crucial for treatment. For this purpose, NGCs have increasingly gained interest both in literature and clinic. Biocompatibility, slow biodegradation and semi-permeable structure that allow oxygen/nutrition/waste transfer and prohibits inflammation cells are the main requirements for NGCs. Therefore, biodegradation rate and degradation product toxicity of the material and a fabrication method that provides porosity control are crucial. In the literature, fabrication of NGCs with low cost and easy to use methods by using polymers is widely studied. On the other hand, even though metals can provide higher mechanical strength and electrical conductivity, they are not preferred for NGCs since it is not possible to obtain micro-scale porosity by conventional methods. In this thesis, development of a magnesium alloy-like compound with a similar composition of a magnesium alloy widely studied in the literature for stent applications and obtained FDA approval, for the use of NGC applications was studied. Magnesium is an abundant element found in human body, with high nutritional value, low density, high specific strength, high electrical conductivity and low toxicity. Therefore, it was planned to achieve enhanced physical, chemical and biological performance by using magnesium based alloy-like compound for NGC. For the fabrication of the compound, instead of conventional approaches, electrospinning were selected due to its ease of use and porosity control capability, and the spinning was conducted with the nitrates of alloy components and polyvinylpyrrolidone or polyvinylalcohol used as raw materials of the solution. Solution parameters such as concentration, temperature and viscosity, and electrospinning parameters such as voltage, distance and feeding rate were optimized with naked-eye observations and SEM. Electrospun samples were then underwent a gas flow-temperature-time controlled calcination under argon atmosphere in order to crystallize the components into alloy-like compound and remove non-alloy components. The calcination profile containing multiple temperature and duration steps was designed according to the thermal analyses applied to electrospun samples where all possible endothermic and exothermic phase transformations such as glass transition temperature, melting temperature and crystallization temperature were measured and analyzed with mathematical reaction kinetics. The crystallographic structure, elemental composition and morphological properties of the calcinated samples as well as removal of non-alloy components were determined with XRD, EDX, SEM and XPS. Additionally, physical and chemical properties such as absorption/swelling capacity, wettability, permeability and degradation rate were obtained as a part of characterization studies. In the final stage of the thesis, the cell-material interaction of the developed NGC candidate material was examined with MTT assay, haemocytometric counting and several staining/imaging techniques in terms of cell viability, attachment, proliferation and growth using fibroblast cell line. The physical, chemical and biocompatibility data obtained in this thesis showed that the fibrous magnesium based alloy-like compound fabricated with electrospinning could be a potential candidate for NGC applications. | tr_TR |
| dc.description.sponsorship | TÜBİTAK, 1001 Programı, Proje No: 117M177 | tr_TR |
| dc.description.tableofcontents | ÖZET i
ABSTRACT iv
ACKNOWLEDGEMENTS vi
TABLE OF CONTENTS vii
LIST OF TABLES x
LIST OF FIGURES xi
NOMENCLATURE AND ABBREVIATIONS xiii
1. INTRODUCTION 1
2. LITERATURE SURVEY 4
2.1. Peripheral Nerve Injuries 4
2.1.1. Current Medical Approach 5
2.2. Nerve Guidance Conduits 7
2.2.1. NGC Materials 10
2.2.1.1. Natural Materials 10
2.2.1.2. Synthetic Materials 11
2.2.2. NGC Fabrication 13
2.3. Electrospinning 16
2.3.1. Instrumental Setups 17
2.3.2. Process Parameters 19
2.3.2.1. Solution Parameters 19
2.3.2.2. Spinning Parameters 21
2.3.3. Materials Used 22
2.3.4. Applications 23
2.4. Magnesium and Magnesium Alloys 26
2.4.1. Traditional Fabrication Methods 28
2.4.2. Applications 31
2.4.3. WE43 Alloy 35
3. MATERIALS AND METHODS 37
3.1. Materials 37
3.2. Fibrous WE43 Magnesium Alloy-Like Compounds 37
3.2.1. Preparation of Electrospinning Solutions 37
3.2.2. Electrospinning of WE43 Magnesium Alloy-Like Compounds 38
3.2.3. Calcination of Electrospun Alloy-Like Compound 39
3.2.3.1. Differential Thermal Analysis and Thermogravimetry 41
3.3. Characterizations 41
3.3.1. Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy 41
3.3.2. X-Ray Photoelectron Spectroscopy 42
3.3.3. X-Ray Diffraction 42
3.3.4. Wettability 42
3.3.5. In Vitro Degradation 43
3.3.6. Permeability Assays 43
3.3.7. Absorption and Swelling 44
3.4. In Vitro Cell Culture Studies 45
3.4.1. Cell Attachment 46
3.4.2. Cell Viability and Cell Yield 46
3.4.3. Visual Assessments 47
4. RESULTS AND DISCUSSIONS 49
4.1. Fibrous WE43 Magnesium Alloy-Like Compounds 49
4.1.1. Preparation of Electrospinning Solutions 49
4.1.2. Electrospinning of WE43 Magnesium Alloy-Like Compounds 51
4.1.3. Calcination of Electrospun Alloy-Like Compound 59
4.1.3.1. Differential Thermal Analysis and Thermogravimetry 59
4.2. Characterizations 68
4.2.1. Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy 68
4.2.2. X-Ray Photoelectron Spectroscopy 69
4.2.3. X-Ray Diffraction 72
4.2.4. Wettability 74
4.2.5. In Vitro Degradation 75
4.2.6. Permeability Assays 77
4.2.7. Absorption and Swelling 78
4.3. In Vitro Cell Culture Studies 80
4.3.1. Cell Attachment 81
4.3.2. Cell Viability and Cell Yield 83
4.3.3. Visual Assessments 85
5. CONCLUSIONS 88
REFERENCES 95 | tr_TR |
| dc.language.iso | en | tr_TR |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
| dc.subject | Magnesium alloy | tr_eng |
| dc.subject | Magnezyum alaşımı | tr_TR |
| dc.subject | WE43 | tr_eng |
| dc.subject | Electrospinning | tr_eng |
| dc.subject | Elektroeğirme | tr_TR |
| dc.subject | Calcination | tr_eng |
| dc.subject | Kalsinasyon | tr_TR |
| dc.subject | Nerve guidance conduit | tr_eng |
| dc.subject | Sinir kılavuz kanalı | tr_TR |
| dc.subject | Biocompatibility | tr_eng |
| dc.subject | Biyouyumluluk | tr_TR |
| dc.title | Nerve Guidance Conduit Application Of Magnesium Alloys | tr_eng |
| dc.title.alternative | Magnezyum Alaşımlarının Sinir Kılavuz Kanalı İçin Uygulanması | tr_TR |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
| dc.description.ozet | Periferik sinir yaralanmalarında, 5 mm’den büyük hasarlarda cerrahi müdahale ile tedavi yetersiz kaldığı ve sinir dokusunun iyileşme hızı göreceli olarak yavaş olduğu için oluşan boşluk inflamasyon hücrelerinden oluşan yara dokusuyla kapanarak sinir hattında fonksiyon kaybına sebep olmaktadır. Dolayısıyla büyük hasarların tedavisi için bölgenin çevre dokudan izole edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, literatürde yaygın olarak çalışılan ve klinik uygulamalarda da tercih edilmeye başlanılan sinir kılavuz kanalı kullanımı öne çıkmaktadır. Biyouyumlu ve biyobozunum hızı düşük olması gereken sinir kılavuz kanalları, oksijen/besin/atık alışverişine olanak sağlayacak ancak inflamasyon hücreleri girişine izin vermeyecek ölçüde yarıgeçirgen gözenekli yapıda olmalıdır. Dolayısıyla, seçilen malzemenin biyodegredasyon hızı ve degredasyon ürünlerinin toksisitesi ile üretim için tercih edilen yöntemin gözeneklilik kontrolü sağlaması oldukça önemlidir. Literatürde, polimerler kullanılarak düşük maliyetli ve kolay üretilebilen sinir kılavuz kanalları üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Metaller ise yüksek mekanik dayanım ve iletkenlik sağlayabilmelerine rağmen geleneksel yöntemlerle mikron seviyesinde gözeneklilikte üretilemediklerinden, tercih edilememektedir. Bu tezde, literatürde yaygın olarak stent uygulamaları için çalışılmakta olup, ticari seviyede kullanılmak üzere FDA onayı almış ve dolayısıyla biyolojik yeterliliği stent uygulaması için kanıtlanmış bir magnezyum alaşımına benzer kompozisyonda bir magnezyum bileşiğinin sinir kılavuz kanalı uygulamaları için kullanılmak üzere geliştirilmesi çalışılmıştır. Magnezyum düşük yoğunluğa, yüksek özgül dayanıma, elektrik iletkenliğine ve düşük toksisiteye sahip, vücutta bolca bulunan ve insan metabolizmasını besleyici bir elementtir. Böylece geliştirilen sinir kılavuz kanalının, magnezyum temelli bir alaşım-benzeri bileşikten oluşması sayesinde, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak üstün performans göstermesi öngörülmüştür. Söz konusu metalik alaşım-benzeri bileşiğin üretiminde, geleneksel yaklaşımlardan farklı olarak, proses kolaylığı ve üstün gözeneklilik kontrolü sağlayan elektroeğirme yöntemi seçilmiş ve söz konusu alaşımın bileşenlerinin nitratlı bileşikleri ile polivinilpirolidon veya polivinilalkol çözelti ham maddesi olarak kullanılarak elektroeğirme gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte, ham madde/çözücü konsantrasyonları, sıcaklık, vizkozite gibi çözelti parametreleri ile voltaj, uzaklık, besleme hızı gibi elektroeğirme parametreleri gözle muayene ve SEM görüntülemeleriyle optimize edilmiştir. Optimum parametreler ile elektroeğirilen numuneler daha sonra, asal gaz (argon) atmosferi altında gaz akışı-sıcaklık-süre kontrollü kalsinasyona tabi tutularak bileşenlerinin istenilen alaşım kompozisyonunda kristalleşmesi ve alaşım harici bileşenlerin uzaklaştırılması sağlanmaya çalışılmıştır. Kalsinasyon sürecinde uygulanan, birden fazla sıcaklık ve süre kademesinden oluşan ısıl işlem profili, elektroeğirilmiş numunelere yapılan termal analizler sonucunda başta camsı geçiş sıcaklığı, erime sıcaklığı, kristalizasyon sıcaklığı gibi olası faz dönüşümlerinden kaynaklanan endotermik ve ekzotermik piklerin belirlenmesi ve bu piklere matematiksel reaksiyon kinetiği yaklaşımı ile uygulanmasıyla tasarlanmıştır. Kalsinasyon süreci sonrası elde edilen nihai numunelerin kristalografik yapısı, elemental kompozisyonu, morfolojik özellikleri ve alaşım harici bileşenlerin uzaklaştırıldığı/uzaklaştırılamadığı sırasıyla XRD, EDX, SEM ve XPS ile tayin edilmiştir. Ayrıca elde edilen numunelerin absorplama/şişme kapasitesi, ıslatılabilirliği, geçirgenliği ve degredasyon hızı gibi fiziksel ve kimyasal özellikleri de gerçekleştirilen tezdeki karakterizasyon çalışmaları kapsamında gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmalarının son basamağında, geliştirilen sinir kılavuz kanalı materyali adayının hücre-materyal etkileşimi, fare fibroblast hücre hattı ile MTT analizi, hemositometrik sayım ve çeşitli boyama/görüntüleme teknikleri kullanılarak hücre canlılığı, yapışma, yayılma ve üreme kabiliyetleri bakımından incelenmiştir. Tamamlanan tez çalışmasından elde edilen fiziksel, kimyasal ve biyouyumluluk performans verileri, elektroeğirme yöntemiyle magnezyum temelli alaşım benzeri bileşikten oluşan fibröz gözenekli yapıların sinir kılavuz kanalı uygulamalarında kullanılabilme potansiyeli olabileceğini göstermiştir. | tr_TR |
| dc.contributor.department | Biyomühendislik | tr_TR |
| dc.contributor.authorID | 105877 | tr_TR |
| dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
