Ihmisen nivelnesteelle altistuneiden biolääketieteellisten metalliseosten sähkökemiallinen käyttäytyminen

Yleisimmin käytetyt biolääketieteelliset materiaalit ovat polymeerit, keraamit ja metallit. Näistä materiaaleista metalleilla on ainutlaatuinen yhdistelmä mekaanista lujuutta, sitkeyttä, kulutuskestävyyttä ja muovauksen helppoutta. Metallit ovat kemiallisesti reaktiivisia joutuessaan kosketuksiin kehon nesteiden kanssa. Vaikka jotkin reaktioista ovat tervetulleita, kuten pinnan hapettuminen korroosiosuojan antavassa muodossa, muut reaktiot voivat haitata materiaalin biologista yhteensopivuutta. Näiden reaktioiden ymmärtäminen on useiden tutkimusten kohteena. Korroosiotieteilijät yrittävät karakterisoida metallien korroosiovastetta niiden ollessa kosketuksissa simuloitujen kehon nesteiden kanssa varmistaakseen hypoteettisten mekanismien esiintymisen. Biologit tarkastelevat tiettyjä reaktiotuotteita, joiden odotetaan vapautuvan soluista, kun ne joutuvat kosketuksiin strukturoitujen tai funktionaalisten pintojen kanssa. Nämä lähestymistavat ovat välttämättömiä, mutta myös aikaa vieviä mahdollisten reaktiomekanismien monimutkaisuuden vuoksi. Näiden deduktiivisten lähestymistapojen täydennykseksi ehdotamme tässä induktiivista lähestymistapaa, joka perustuu suoraan mittaukseen sähkökemiallisen, gravimetrisen, spektrofotometrisen ja pinta-analyysin kautta tapahtuvasta reaktiosta, joka tapahtuu funktionalisoitujen metallinäytteiden ja potilaista suoraan uutettujen kehon nesteiden (synovian) rajapinnassa.

Tämän projektin yleisenä tavoitteena on kehittää kattava näkemys ihmisen nivelnesteelle altistuvilla biolääketieteellisillä metalliseospinnoilla tapahtuvista rajapintareaktioista ja linkittää ne kliinisiin tietoihin. Tämä saavutetaan kirurgien ja korroosiotieteilijöiden yhteistyöllä. Nivelneste poistetaan potilaista vakiintuneen menettelyn mukaisesti ja siirretään kannettavaan steriiliin korroosiolaboratorioon, joka sijaitsee lähellä leikkaushuonetta. Siellä pintareaktio karakterisoidaan sähkökemiallisilla menetelmillä, joita on jo onnistuneesti sovellettu saman ryhmän viimeaikaisissa tutkimuksissa. Integroimme in situ kvartsikidemikrogravimetrian ja in situ Raman-spektroskopian sekä ex situ -menetelmiä. Lisäksi metallipinnat funktionalisoidaan kemiallisesti (kostuvuus, hapettuminen, pintavaraus), jotta voidaan selektiivisesti vaikuttaa kehon nestekomponenttien tiettyihin reaktioihin (esim. adsorptio riippuu pintaenergiasta ja kostutettavuudesta, kun taas Redox-reaktioihin vaikuttaa pinnan hapetustila. Saatua tietoa verrataan potilaan kliiniseen tilaan mahdollisten korrelaatioiden selvittämiseksi rajapinnan reaktiivisuuden ja potilaan tilan välillä.