3D-UV biyo-yazıcı tekniği ile hibrit doku iskelelerinin hazırlanması ve uygulama etkinliğinin incelenmesi - Tezel, Özge (My University, 2025)
Bu doku mühendisliği uygulamaları için sürdürülebilir kaynaklardan elde edilen yenilikçi biyo-bazlı fotopolimer reçinelerinin geliştirilmesi ve 3 boyutlu (3B) baskı teknolojisi ile üretilen iskelelerin karakterizasyonunu kapsamaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, UV ile kürlenebilir biyo-bazlı yağ asidi esaslı polyester akrilat, polietilen glikol dimetakrilat ve polimerik foto başlatıcı içeren temel reçine formülasyonlarına, gözenekliliği ve biyouyumluluğu artırmak amacıyla hindistan cevizi yağı, poli(etilen glikol) (PEG) ve N-metil-4(4’-formilstiril)piridinyum metosülfat asetal (PVA-SbQ) gibi biyouyumlu katkı maddeleri entegre edilmiştir. Farklı formülasyonların kürlenme kinetiği, diferansiyel fotokalorimetri (Foto-DSC) ile detaylı olarak incelenmiş ve PEG'in kürlenme sürecini hızlandırıcı etkisi belirlenmiştir. Üretilen 3B baskılı iskelelerin in vitro biyouyumluluğu, fare fibroblast (L-929) hücreleri kullanılarak titizlikle değerlendirilmiş ve geliştirilen biyo-bazlı fotopolimerlerin doku mühendisliği alanında umut vadeden sürdürülebilir malzemeler olduğu sonucuna varılmıştır. Tezin ikinci bölümünde ise, yüksek lisans tezinde kazanılan deneyimden hareketle, 3B baskı ile üretilen mikro kapsül bazlı fotopolimerlerin kendi kendini iyileştirme yeteneği ve mekanik mukavemet arasındaki ilişki derinlemesine incelenmiştir. Ortalama 32 nm çaplı epoksi içeren poliüre formaldehit (PUF) mikro kapsüller sentezlenerek, temel fotopolimer matrisine farklı konsantrasyonlarda (%0, 1, 2 ve 4 ağırlıkça) dahil edilmiştir. Hasar sonrası kendi kendini iyileştirme performansı, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile morfolojik olarak analiz edilmiş ve %2 mikro kapsül içeren baskıların en iyi iyileşme verimliliğini sergilediği tespit edilmiştir. Ayrıca, farklı mikro kapsül konsantrasyonlarına sahip 3B baskıların eğilme mukavemeti test edilmiş ve %2 mikro kapsül içeren, 100 mikron katman kalınlığına sahip örneklerin en yüksek mekanik mukavemeti gösterdiği belirlenmiştir. Bu çalışma, biyo-bazlı fotopolimerlerin doku mühendisliği uygulamalarındaki potansiyelini vurgularken, mikro kapsül entegrasyonunun 3B baskılı yapıların kendi kendini iyileştirme yeteneği ve mekanik özelliklerini eş zamanlı olarak iyileştirme stratejilerini sunmaktadır.

This doctoral thesis encompasses the development of innovative bio-based photopolymer resins derived from sustainable resources for tissue engineering applications, and the characterization of scaffolds fabricated using three-dimensional (3D) printing technology. In the initial phase of the study, bio-compatible additives such as coconut oil, poly(ethylene glycol) (PEG), and N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal (PVA-SbQ) were integrated into base resin formulations comprising a UV-curable bio-based fatty acid-based polyester acrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, and a polymeric photoinitiator to enhance porosity and biocompatibility. The curing kinetics of different formulations were examined in detail using differential photocalorimetry (Photo-DSC), and the accelerating effect of PEG on the curing process was determined. The in vitro biocompatibility of the produced 3D printed scaffolds was meticulously evaluated using mouse fibroblast (L-929) cells, and the results concluded that the developed bio-based photopolymers are promising sustainable materials for the field of tissue engineering. In the second part of the thesis, leveraging the knowledge and experience gained from the master's thesis, the relationship between the self-healing capability and mechanical strength of microcapsule-based photopolymers produced by 3D printing was investigated in depth. Polyurea-formaldehyde (PUF) microcapsules containing epoxy with an average diameter of 32 nm were synthesized and incorporated into the base photopolymer matrix at different concentrations (0, 1, 2, and 4 wt.%). The self-healing performance after damage was morphologically analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM), and it was found that the prints containing 2% microcapsules exhibited the best healing efficiency. Furthermore, the flexural strength of 3D prints with varying microcapsule concentrations was tested, and the samples containing 2% microcapsules with a layer thickness of 100 microns demonstrated the highest mechanical strength. This study highlights the potential of bio-based photopolymers in tissue engineering applications while presenting strategies for simultaneously improving the self-healing capability and mechanical properties of 3D printed structures through microcapsule integration.
Preparation of hybrid tissue scaffolds with 3D-UV bioprinting technique and investigation of application effectiveness
Keywords: 3D yazıcı; Biomedical engineering; Biyomedikal mühendislik; doku mühendisliği 3D printing; fotopolimerizasyon; photopolymerization; Three-dimensional printing; tissue engineering; Üç-boyutlu yazıcılar