Wo Knochen Fraktur, Chirurgen haben oft verbinden Sie die Fragmente mit Implantaten. Magnesium orthopädische Schrauben, die im Laufe der Zeit im Körper auösen, Freizeit Patienten eine weitere operation nach der Heilung abgeschlossen ist, und reduziert das Risiko der Infektion. Was passiert im Körper während dieses Prozesses, obwohl, ist immer noch weitgehend unbekannt. Zu entwickeln, optimierte Legierungen und Orthopädie-Schrauben, die mit funktionalisierten Oberflächen, die der Empa-Forscher untersuchen jetzt, magnesium-Korrosion.
Wenn Chirurgen beheben wollen knochenfragmenten nach einer Fraktur, die entscheidende Frage ist, welche Art der Implantate zum Einsatz: Schrauben und Platten aus Titan oder Stahl, die mechanisch und chemisch sehr stabil im Körper, sondern müssen später entfernt werden, durch ein anderes op-Verfahren? Oder Implantate aus organischen Materialien, die lösen sich im Laufe der Zeit, können aber auch bestimmte andere Nachteile, wie geringe mechanische Festigkeit oder ungünstigen Abbauprodukten? Empa-Forscher arbeiten derzeit an der Lösung dieses dilemma: kleine magnesium-Implantate und Schrauben. Diese sind mechanisch robust auf den ersten, aber lösen sich später im Körper in einer kontrollierten Art und Weise, die nicht das Gewebe schädigen.
Solche magnesium-Implantate sind besonders interessant für medizinische orthopädische Anwendungen bei Kindern, deren Knochen wachsen schnell. Die biologisch abbaubaren Schrauben nicht beeinträchtigen die kindliche Knochenwachstum und speichern Sie die kleinen Patienten eine zweite Operation. Darüber hinaus werden die Risiken einer Infektion kann minimiert werden, und die Kosten können gesenkt werden. „Magnesium ist mehr gemeinhin als ein weißes Pulver, das wird oft als Nahrungsergänzungsmittel“, sagt Arie Bruinink Empa-Labor für „Verbindungstechnik und Korrosionsschutz.“ Implantate aus magnesium-Legierungen sind nicht nur biokompatibel, jedoch; Sie haben auch die mechanischen Eigenschaften während der ersten empfindlichen phase des Heilungsprozesses, die bonelike und daher noch besser geeignet als die des Titan.
Der Segen einer resorbierbaren Schraube kann auch sein Fluch. Immerhin, die Auflösung ist im Zusammenhang mit komplexen Korrosion Prozesse verändern die Struktur und Oberfläche ergeben eine Zahl von Produkten, die möglicherweise oder möglicherweise nicht gefährlich sein. Je nach Art der magnesium-Legierung, die Wasserstoff-gas entwickeln kann, während der Abbau durch Unzureichende Korrosionsbeständigkeit—in einem Ausmaß, dass selbst ein gas Kissen wird gebildet unter der Haut des Patienten. Obwohl es in der Chirurg die Absicht, dass magnesium Schrauben abgebaut werden, durch die Korrosion, während das magnesium oxidiert und Wasserstoff erzeugt wird, die Bildung von gas Kissen sollte vermieden werden. Wenn alle plötzlich mehr Wasserstoff gebildet als der Körper entfernen können, die Heilung der fragilen Knochen, gestört werden kann.
Jedoch ist es gerade diese bio-Korrosion, zu denen ein magnesium-Schraube ausgesetzt ist, bislang nur unzureichend verstanden. Dies ist, wo die Empa ist Korrosion Forscher kommen, die mit eigens entwickelten analytischen Methoden zu Schildern, bio – Korrosion in den Körper und unter Bedingungen, die so realistisch wie möglich. Das Ziel: optimale Legierungen aus magnesium und anderen biokompatiblen Elemente sowie neue Oberflächeneigenschaften für resorbierbare magnesium-Schrauben. Letztlich Ziel der Forscher ist es für einen langsamen, kontrollierten degradation der Implantate führt nicht zu einer gas-Tasche formation innerhalb der Gewebe.
„So weit ist es schon klar, dass die Reaktion ist unterschiedlich, je nachdem auf das Niveau von Säure im Gewebe“, erklärt Bruin – Tinte. In einer leicht sauren Umgebung, große Mengen von Wasserstoff-gas entstehen bei der magnesium-Korrosion; bei einem pH-Wert im alkalischen Bereich, Carbonat-haltige Produkte hergestellt, unter anderem, das kann sogar hemmen die gewünschten magnesium-Abbau. In einer neutralen Umgebung mit einem pH-Wert von 7,4, wie in Blut, magnesium-hydroxide und-Phosphat-Produkte gebildet werden, die zumindest verlangsamen die weitere Korrosion. Blut—als eine starke Puffer—ist in der Lage, halten Sie Ihren pH Wert in einem Konstanten Bereich. Nach Bruinink, magnesium-Implantate wurden bisher analysiert wurden, im Vergleich zu ähnlich potenten, aber eher nicht-physiologische Puffersysteme. Er ist nicht der Ansicht, dieses Verfahren realistisch sein.
„Blut ist ein ganz besondrer Saft“—das ist wie Goethes ruhelosen Gelehrten Faust formulierte. Ob Doktor Faust wusste etwas über die sogenannte interstitielle Flüssigkeit, ist nicht bekannt. Die salzhaltige Flüssigkeit, mit seinen rund zehn Liter übersteigt bei weitem das Volumen des Blutes im menschlichen Körper. Dies unterschätzt „Saft“ bewegt sich langsam zwischen Geweben und Zellen bei einer Geschwindigkeit um ein Hundertfaches langsamer als eine Schnecke. Und es ist genau dieser interstitiellen Flüssigkeit, die ist von entscheidender Bedeutung, wenn es neue Implantate entwickelt werden. Die Heilung eines Knochenbruchs, gesteuert wird, die von Zellen des Immunsystems und soll zu einer ausgewogenen Struktur von Knochenabbau und-Umbau, ist vor allem eingebettet in die interstitielle Flüssigkeit.
Der Säuregehalt der Gewebe-Flüssigkeit, unterliegt jedoch viel größere Variabilität als im Blut. Je nach Körperteil oder Gewebe Zustand, eine Vielzahl von Parametern beeinflussen können, die eingefügte Schraube. Um eine realistische Prognose, den Verlauf der biocorrosion im Körper, Bruinink entwickelte experimentelle Analyse-Techniken und flow-Zellen, bei denen der pH-Wert-Regelung ist angelehnt an den Körper. In einer Batterie von zehn flow-Zellen, zum Beispiel, die Forscher Einsätze Proben von magnesium-Legierungen sind gewaschen durch künstliche interstitielle Flüssigkeit—mit der gleichen Langsamkeit wie in den menschlichen Körper.