Rata interacțiunilor electrochimice ale metalelor din fluide biologice

În mod firesc, trebuie amintit că rata de procese de coroziune și de schimb de electroni probabil nu se poate prezice numai pe baza datelor teoretice. Întotdeauna necesar viteza de detectare experimentală interacțiuni electrochimice (coroziune + schimb de electroni) într-un mediu specific in vitro, care simulează compoziția fluidelor corporale, sau studii in sistem in vivo.

Din punct de vedere practic, este important să se aibă în vedere faptul că experimentele cu probe de metal de pre-pasivat nu pot simula situații care apar în timpul violare mecanică a stratului pasiv din cauza coroziunii. Prin urmare, este necesar să se supună materialul de testare pentru sarcinile statice, dinamice și ciclice.

coroziune

Se crede că corosiv tip atac de coroziune se observă în metalul implantat (Williams, Rouf, 1978- Muller și colab., 1996). Produsele generate în timpul acestui proces, au un impact semnificativ asupra nivelului de biocompatibilitate a materialului.

Când alternând sarcini care provoacă deplasarea între suprafețele de implant ale componentelor metalice, de exemplu, un șurub și ace, există o încălcare a stratului pasiv și apariția a numeroase microfisuri. Acest lucru mărește suprafața unui implant în curs de încărcare și zona de contact cu mediul agresiv al organismului. În acest proces, viteza de coroziune a suprafeței metalului poate crește cu mai multe ordine de mărime și ca rezultat dezvoltarea rapidă a oboselii la coroziune a implantului. Ea poate fi redusă prin tijele de fixare stabile sau plăcilor realizabile prin asigurarea contact ferm între implantul și fragmentele osoase ale acestora. Aceasta previne deplasarea secundară, care rezultă din resorbția osoasă biologică. În consecință, reducerea coroziunii va contribui la o mai mare stabilitate a implantului. Dacă interfața implant / zone osteogenezei de concentrare stres ridicat, observat osteoporoza osoase și osteomalacia, urmată de slăbirea spițelor, plăci, tije (Muller și colab., 1996- Kovacs, Davidson, 1993- Moroni și colab., 1994 ).

Elementele capabile de auto-pasivizare, este mai rezistent la efectele de coroziune, deoarece pe suprafață în același timp, sunt procese de degradare și tumori ale stratului pasiv. Firește, poziția biocompatibilitate întotdeauna de preferință mai mare de formare a oxizilor de protecție decât distrugerea lor. În cazul în care, ca urmare a coroziunii oxizilor se formează în cantități mici sau complet absente, dizolvarea metalului poate observa, de exemplu, datorită grupurilor sale ionice (Kovacs, 1992).

Cea mai mică valoare de coroziune, care sunt proporționale cu cantitatea de rate de coroziune și electroni de schimb sunt Zr, Ti, Ta, Nb și Cr și aliaje de titan, cum ar fi Ti-6V-4AL, Ti-13Nb-13Zr, sub suprafața oxidată. De fapt, rata de interacțiuni electrochimice (schimb de coroziune + electroni) a acestor materiale este mult mai scăzută rată de schimb de electroni pe grafit, care, ca și metalele nobile, nu are nici un strat protector de oxid.

Din punct teoretic de utilizare pentru dopaj a aliajelor de titan și metale având capacitatea de a auto-pasivizare, cum ar fi Zr, Nb sau Ta, mai favorabil decât V și Al, ca atunci când sunt plasate în mediul biologic agresiv, acestea contribuie la formarea stratului de oxid suplimentar și pentru a preveni ieșirea ionilor toxici . Vanadiul, crom, nichel, și alte câteva elemente nu au astfel de proprietăți. Prin urmare, utilizarea lor reduce capacitatea de a aliajelor pe bază de Ti, Zr, Nb și Ta de auto-pasivare.

Când aceste metale intra în țesutul sub formă de ioni, ele au un efect toxic asupra celulelor. În plus, metale cum ar fi Al, V, și Mo au o valoare relativ ridicată a rezistenței la polarizare inversă.

Ca urmare, acestea pot fi eliberate în timpul procesului de repasivare pe suprafață ca un metal pur sau săruri, dacă filmul pasiv subțire format în condiții naturale este îndepărtat, deteriorat prin coroziune sau acțiune mecanică corozive. Prin urmare, ele sunt potențial periculoase, deoarece pot migra direct la țesutul înconjurător sub formă de ioni sau molecule și pot provoca dezvoltarea reacțiilor adverse toxice, imunologici și altele.

Toate acestea trebuie să fie luate în considerare în utilizarea și dezvoltarea de noi materiale, ca dopanții pot schimba semnificativ biocompatibilitatea implanturi (Kovacs, 1992- Kovacs, Davidson, 1993- Bruneel et al., 1988- Davidson, 1993- Alcantara și colab., 1999).

Pentru a preveni acest proces, este necesar să se aplice tehnologia pentru a forma pe suprafața implantului film protector rezistent la abraziune „gros“, ceea ce va împiedica generarea suprafeței de reacție a metalului, cum ar fi titan, zirconiu, pentru Ti-13Nb-13Zr sau Zr aliaje -2.5Nb.

Cu toate acestea, grosimea filmului nu poate depăși o anumită valoare, după care va pierde adeziv si proprietatile biomecanice ridicate. Dimpotrivă, în loc de un rezultat pozitiv, această abordare dă un rezultat negativ (Mishra, Davidson, 1992- Ciada și colab., 1997- Jacobs și colab., 1998).

Rolul proteinelor de adeziune la suprafața metalului

proteine de adeziune observat imediat după administrarea implantului metalic la corp. La modul în care are loc acest proces, dacă există în această conformație de proteine, cinetica sa, nivelul de biocompatibilitate a materialului depinde în mare măsură.

Se crede că produsele de coroziune afectează în mod semnificativ puterea de proteine de adeziune. Evident, acest lucru se poate datora schimbului de electroni.

Există un proces de retenție corelare a proteinelor cu o rezistență de polarizare inversă (OPS) pentru aliaje, cum ar fi SS-316L, Ti-6Al-4V, Ti-13Nb-13Zr, Ti-13Nb-13Zr, Zr-2.5Nb și oxidat Zr-1.5Nb. Experimentele arată că creșterile de retenție fibrinogen liniar cu o creștere a GPT (Yun et al., 1994). Într-o anumită măsură, acest lucru poate fi explicat prin creșterea rearanjare adsorbită transferul de electroni legate de fibrinogen (Bolz, Shaldach, 1993).

materiale bioinert care nu sunt cauzate sau substanțial nu sunt însoțite de reacții tisulare adverse au de obicei scăzută NSO suprafața sa.

În consecință, o reducere a grupei de capsule OPS metalic poate fi utilizat pentru a determina biocompatibilitatea generală. Una dintre fapte, confirmând indirect validitatea acestei ipoteze este o relație inversă între mărimea și capacitatea NSO osteoblastelor de a adera la materialul testat.

Mai mici NSO, cu atât mai bine celulele sunt atașate la suprafața metalică.

Efectul rezistenței de polarizare inversă a suprafețelor metalice pentru capacitatea de atașare a osteoblast

Această concluzie este susținută de exemplu oxidat aliaj Zr-2.5Nb având cea mai mică rezistență la polarizare inversă și care arată cel mai înalt nivel de atașament al osteoblastelor (Babu și colab., 1995- Kovacs, Davidson, 1996).

Rezultate similare au fost obținute în laboratorul nostru prin examinarea capacității celulelor măduvei osoase de a adera la titan oxidat și non-acide. Se constată că magnitudinea atașarea celulelor la un format artificial prin oxidare anodică a suprafeței clorhidric scânteii dioxid având o rezistență ridicată de contact este de 2,5 ori mai mare decât titan pur.

Un alt exemplu de o corelație empirică între OPS și bacterii atașate indicator potențial biocompatibilitate reprezentate în figură, care arată că abilitatea Streptococcus adeziune sanguis depinde de OTS (Babu și colab., 1995- Kovacs, Davidson, 1996).

Efectul suprafeței inverse a rezistenței de polarizare pe capacitatea celulelor bacteriene de a adera la suprafața metalică

Este interesant de notat că, în acest caz, valoarea mai ridicată corespunde OPS reduse atașament bacteriene. Aceasta indică în mod evident că o mai mare reacția electrochimică dintre aliajul și mediul poate împiedica adeziunea acestor bacterii.

Aceste date ridică întrebarea interesantă a rolului potențial al calității și cantității de produse de coroziune pentru atașarea anumitor bacterii. Teoretic, este dificil de explicat.

Aparent, există o diferență semnificativă în distribuția acestor molecule și receptori de adeziune sau încărcării electrostatice între structura membranelor celulare bacteriene și animale.

Datele prezentate necesită cercetări suplimentare.

AV Karpov VP Shakhov
Sistemul de fixare externă și mecanisme de reglementare biomecanica optimă

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit