Elektrochemisches Verhalten biomedizinischer Legierungen, die menschlicher Synovialflüssigkeit ausgesetzt sind

Die am häufigsten verwendeten biomedizinischen Materialien sind Polymere, Keramik und Metalle. Unter diesen Materialien weisen Metalle eine einzigartige Kombination aus mechanischer Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und einfacher Umformbarkeit auf. Metalle reagieren chemisch, wenn sie mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen. Während einige der Reaktionen willkommen sind, wie beispielsweise die Oberflächenoxidation, die Korrosionsschutz bietet, können andere Reaktionen die Biokompatibilität des Materials beeinträchtigen. Das Verständnis dieser Reaktionen ist Gegenstand mehrerer Studien. Korrosionswissenschaftler versuchen, die Korrosionsreaktion von Metallen bei Kontakt mit simulierten Körperflüssigkeiten zu charakterisieren, um das Auftreten hypothetischer Mechanismen zu überprüfen. Biologen untersuchen bestimmte Reaktionsprodukte, die voraussichtlich von Zellen freigesetzt werden, wenn sie mit strukturierten oder funktionalisierten Oberflächen in Kontakt kommen. Diese Ansätze sind notwendig, aber aufgrund der Komplexität möglicher Reaktionsmechanismen auch zeitaufwändig. Als Ergänzung zu diesen deduktiven Ansätzen schlagen wir hier einen induktiven Ansatz vor, der auf der direkten Messung durch elektrochemische, gravimetrische, spektrophotometrische und Oberflächenanalyse der Reaktion basiert, die an der Schnittstelle zwischen funktionalisierten Metallproben und Körperflüssigkeiten (Synovia), die direkt Patienten entnommen werden, auftritt.

Das allgemeine Ziel dieses Projekts besteht darin, einen Beitrag zur Entwicklung einer umfassenden Vision von Grenzflächenreaktionen zu leisten, die auf biomedizinischen Legierungsoberflächen auftreten, die menschlicher Synovialflüssigkeit ausgesetzt sind, und diese mit klinischen Daten zu verknüpfen. Dies wird durch eine Zusammenarbeit zwischen Chirurgen und Korrosionswissenschaftlern erreicht. Die Gelenkflüssigkeit wird den Patienten mithilfe eines etablierten Verfahrens entnommen und in ein tragbares, steriles Korrosionslabor in der Nähe des Operationssaals überführt. Dort wird die Oberflächenreaktion mithilfe elektrochemischer Methoden charakterisiert, die bereits in jüngsten Studien desselben Teams erfolgreich eingesetzt wurden. Wir werden In-situ-Quarzkristall-Mikrogravimetrie und In-situ-Raman-Spektroskopie sowie Ex-situ-Methoden integrieren. Darüber hinaus werden Metalloberflächen chemisch funktionalisiert (Benetzbarkeit, Oxidation, Oberflächenladung), um spezifische Reaktionen von Körperflüssigkeitsbestandteilen (z. B. Die Adsorption hängt von der Oberflächenenergie und der Benetzbarkeit ab, während Redoxreaktionen vom Oxidationszustand der Oberfläche beeinflusst werden. Die erfassten Informationen werden mit dem klinischen Zustand des Patienten verglichen, um mögliche Korrelationen zwischen der Schnittstellenreaktivität und dem Patientenzustand festzustellen.