Электрохимическое поведение биомедицинских сплавов при воздействии на синовиальную жидкость человека

Наиболее широко используемыми биомедицинскими материалами являются полимеры, керамика и металлы. Среди этих материалов металлы демонстрируют уникальное сочетание механической прочности, ударной вязкости, износостойкости и легкости формовки. Металлы химически активны при контакте с жидкостями организма. В то время как некоторые реакции приветствуются, например, окисление поверхности, обеспечивающее защиту от коррозии, другие реакции могут отрицательно сказаться на характеристике биосовместимости материала. Понимание этих реакций является предметом нескольких исследований. Ученые-коррозионисты пытаются охарактеризовать коррозионную реакцию металлов при контакте с смоделированными биологическими жидкостями, чтобы проверить наличие гипотетических механизмов. Биологи изучают специфические продукты реакции, которые, как ожидается, высвобождаются клетками при контакте со структурированными или функционализированными поверхностями. Эти подходы необходимы, но требуют много времени из-за сложности возможных механизмов реакции. В качестве дополнения к этим дедуктивным подходам мы предлагаем здесь индуктивный подход, основанный на прямом измерении с помощью электрохимического, гравиметрического, спектрофотометрического и поверхностного анализа реакции, происходящей на границе раздела между функционализированными металлическими образцами и биологическими жидкостями (синовиями), непосредственно извлеченными из пациентов.

Общая цель этого проекта состоит в том, чтобы внести вклад в разработку комплексного представления о межфазных реакциях, происходящих на поверхностях биомедицинских сплавов, подвергающихся воздействию синовиальной жидкости человека, и связать их с клиническими данными. Это будет достигнуто за счет сотрудничества между хирургами и учеными-коррозионистами. Синовиальная жидкость будет извлечена у пациентов в соответствии с установленной процедурой и передана в переносную стерильную коррозионную лабораторию, расположенную рядом с операционной. Там поверхностная реакция будет охарактеризована с использованием электрохимических методов, которые уже успешно применялись в недавних исследованиях, проведенных той же группой. Мы будем интегрировать микрогравиметрию кристаллов кварца in-situ и рамановскую спектроскопию in-situ, а также методы ex-situ. Кроме того, металлические поверхности будут химически функционализированы (смачиваемость, окисление, поверхностный заряд), чтобы избирательно влиять на специфические реакции компонентов жидкости организма (т.е. адсорбция зависит от поверхностной энергии и смачиваемости, тогда как окислительно-восстановительные реакции зависят от степени окисления поверхности. Полученная информация будет сравниваться с клиническим состоянием пациента, чтобы установить возможную корреляцию между реактивностью интерфейса и состоянием пациента.