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Biokompatibilität plasma-elektrolytisch oxidierter Magnesiumwerkstoffe

ISBN: 978-3-86359-725-2

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Kurzübersicht

Die ersten klinischen Studien zum Einsatz von Magnesium als Implantatwerkstoff datieren zurück auf die Wende des 18./19. Jahrhunderts. Doch erst seit kurzem wird Magnesium auch klinische evaluiert und in Form von kommerziellen Produkten als Implantat eingesetzt. Neben den Vorteilen von Magnesium wie der Abbaubarkeit, knochenähnlichen Festigkeit, Biokompatibilität und möglicherweise osteostimulativen oder antibakteriellen Wirkung, begrenzt die schnelle Resorption des Materials bis zuletzt den Einsatz.
Die vorliegende Arbeit widmet sich deshalb der Erforschung der plasma-elektrolytischen Oxidation (PEO) zum Schutz der Randzone von Magnesiumimplantaten. Durch die Erforschung des PEO-Prozesses sowie die Entwicklung und Validierung einer geeigneten Variante wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Einsatz von PEO-beschichteten Magnesiumimplantaten für die klinischen Anwendung untersucht und kritisch überprüft.

Biokompatibilität plasma-elektrolytisch oxidierter Magnesiumwerkstoffe

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Details

Die ersten klinischen Studien zum Einsatz von Magnesium als Implantatwerkstoff datieren zurück auf die Wende des 18./19. Jahrhunderts. Trotz erster Erfolge vermerkte man den schnellen Abbau des Materials und die damit verbundene Gasbildung. Anderen korrosionsbeständigen Werkstoffen wie chirurgischen Stählen wurde deshalb Vorrang gegeben. Erst in den späten 1990er-Jahren rückte Magnesium erneut in den Fokus wissenschaftlicher Arbeiten, welche ab 2010 in klinischen Studien und ersten kommerziellen Produkten resultierten. Neben den Vorteilen von Magnesium wie der Abbaubarkeit, knochenähnlichen Festigkeit, Biokompatibilität und möglicherweise osteostimulativen oder antibakteriellen Wirkung, begrenzt die schnelle Resorption des Materials bis zuletzt den Einsatz. Im korrosiven Umfeld des Körpers stößt die Beständigkeit von Magnesium und seinen Legierungen trotz zahlreicher Bemühungen an ihre Grenze. Aus diesem Grund rücken die Randzonenbeschaffenheit und ihre potenziell schützende Wirkung vermehrt in den Fokus.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die plasma-elektrolytische Oxidation (PEO) als ein mögliches Verfahren zur Randzonenmodifikation von Magnesium zu erforschen. Hierbei handelt es sich um einen nasschemischen Prozess, welcher durch Plasmaentladungen in einem Elektrolyten die Randzone des Werkstoffs in eine oxidische Keramikphase umwandelt.
Da sowohl die Degradationsbeständigkeit als auch die biologische Verträglichkeit kurz nach Implantation eines Werkstoffs durch dessen Randzone maßgeblich beeinflusst werden, bestand Bedarf, die funktionalen Abhängigkeiten genauer zu untersuchen.
Hierfür wurde eine Systematik zur Entwicklung verschieden ausgeprägter Randzonen durch Variation des Elektrolyten geschaffen. Aufbauend auf dieser Systematik wurden anschließend unterschiedliche Schichtsysteme gefertigt und untersucht. Im Hinblick auf die skizzierte Problemstellung erfolgte dies sowohl durch festkörperanalytische Methoden als auch chemische und biologische in-vitro Prüfungen, welche Rückschlüsse über die Degradationsbeständigkeit und die biologische Verträglichkeit der Randzone zulassen. Im Weiteren wurde zur Validierung der funktionellen Zusammenhänge eine einzelne Randzonenmodifikation anhand einer systematischen Bewertung ausgewählt und tiefergehend untersucht. Die Prüfung erfolgte sowohl mithilfe eines eigenen in-vitro Prüfaufbaus zur Charakterisierung der Werkstückdegradation als auch in-vivo im Tiermodell, in dessen Rahmen die biologische Verträglichkeit und das Abbauverhalten abschließend bewertet wurden.
Schlussendlich war es so möglich im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Werkstückfunktion und Eignung eines PEO-beschichteten Magnesiumimplantats innerhalb des ersten Zeitraums nach Implantation für den Einsatz in kommerziellen Produkten zu überprüfen.

 

Zusatzinformation

Autor Kopp, Alexander
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-725-2
Gewicht 0.322 kg
Erscheinungsdatum 30.10.2019
Lieferzeit 3-4 Tage
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