Elektrokjemisk oppførsel av biomedisinske legeringer utsatt for menneskelig synovialvæske

Mest brukte biomedisinske materialer er polymer, keramikk og metaller. Blant disse materialene viser metaller en unik kombinasjon av mekanisk styrke, seighet, slitestyrke og formingsvennlighet. Metaller er kjemisk reaktive når de kommer i kontakt med kroppsvæsker. Selv om noen av reaksjonene er velkomne, for eksempel overflateoksidasjon som gir korrosjonsbeskyttelse, kan andre reaksjoner skade materialets biokompatibilitetskarakter. Forståelsen av disse reaksjonene er gjenstand for flere studier. Korrosjonsforskere prøver å karakterisere korrosjonsresponsen til metaller når de er i kontakt med simulerte kroppsvæsker for å verifisere forekomsten av hypotetiske mekanismer. Biologer ser på spesifikke reaksjonsprodukter som forventes å frigjøres av celler når de kommer i kontakt med strukturerte eller funksjonaliserte overflater. Disse tilnærmingene er nødvendige, men også tidkrevende på grunn av kompleksiteten til mulige reaksjonsmekanismer. Som et komplement til disse deduktive tilnærmingene foreslår vi her en induktiv en basert på direkte måling gjennom elektrokjemisk, gravimetrisk, spektrofotometrisk og overflateanalyse av reaksjoner som skjer i grensesnittet mellom funksjonaliserte metallprøver og kroppsvæsker (synovia) direkte ekstrahert fra pasienter.

Det generelle målet med dette prosjektet er å bidra til å utvikle en omfattende visjon av grensesnittreaksjoner som forekommer på biomedisinske legeringsoverflater eksponert for menneskelig leddvæske og å knytte dem til kliniske data. Dette skal oppnås gjennom et samarbeid mellom kirurger og korrosjonsforskere. Ledvæsken vil bli ekstrahert fra pasienter ved hjelp av en etablert prosedyre og overført til et bærbart sterilt korrosjonslaboratorium som ligger nær operasjonsrommet. Der vil overflatereaksjon bli karakterisert ved hjelp av elektrokjemiske metoder som allerede er vellykket brukt i nyere studier utført av samme team. Vi vil integrere in-situ kvartskrystallmikrogravimetri og in-situ Raman-spektroskopi samt ex-situ-metoder. Videre vil metalloverflater bli kjemisk funksjonaliserte (fuktbarhet, oksidasjon, overflateladning) for selektivt å påvirke spesifikke reaksjoner av kroppsvæskekomponenter (dvs. adsorpsjon avhenger av overflateenergi og fuktbarhet mens redoksreaksjoner påvirkes av oksidasjonstilstanden til overflaten. Den innhentede informasjonen vil bli sammenlignet med den kliniske tilstanden til pasienten for å etablere mulige korrelasjoner mellom grensesnittreaktivitet og pasienttilstand.