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Untersuchung des korrosiven Verhaltens von metallischen Implantatmaterialien in verschiedenen Testfluiden

  • In der Hüftendoprothetik ist der Einsatz von modularen Schäften für künstliche Hüftgelenke Standard. Obwohl sehr korrosionsresistente Materialien verwendet werden, kann an den modularen Schnittstellen Korrosion auftreten, die wiederum klinische Probleme zur Folge haben kann. Da Korrosionstests in physiologischen Salzlösungen nicht zu den in der klinischen Anwendung gesehenen SchadensbildernIn der Hüftendoprothetik ist der Einsatz von modularen Schäften für künstliche Hüftgelenke Standard. Obwohl sehr korrosionsresistente Materialien verwendet werden, kann an den modularen Schnittstellen Korrosion auftreten, die wiederum klinische Probleme zur Folge haben kann. Da Korrosionstests in physiologischen Salzlösungen nicht zu den in der klinischen Anwendung gesehenen Schadensbildern führen, ist es Ziel dieser Bachelor-Arbeit verschiedene Fluide auf ihren korrosiven Einfluss auf Titan-6Aluminium-4Vanadium und Cobalt-28Chrom-6Molybdän, zwei gängige Metalllegierungen in der Hüftendoprothetik, zu untersuchen. Dazu wird für beide Legierungen sowohl ohne als auch mit angelegter Spannung in den sechs verschiedenen Fluiden der Materialabtrag gravimetrisch betrachtet. Als Basisfluid wurde Ringer Lösung verwendet, die mit 0,19 g/l und 10 g/l FeCl3, 30 mM H2O2 und 0,19 g/l FeCl3 + 30 mM H2O2 modifiziert wurde. Zusätzlich wurden die Legierungen in Kälberserum mit Hyaluronsäure (0,5 g/l Natriumhyaluronat) getestet. Mit Hilfe eines Potentiostaten wurden die Proben polarisiert und Stromdichte-Potential-Kurven (SPK) zur Charakterisierung der Metall-Fluid-Systeme erstellt. In den Versuchen ohne angelegte Spannung ließ sich bei keiner der Proben, trotz beobachteter Oberflächenveränderungen, eine Gewichtsveränderung feststellen. In den Ergebnissen der Messungen mit dem Potentiostaten wurde ein ausgeprägter Einfluss von H2O2 auf die Ausbildung des Passivstromplateaus, insbesondere für die Kobalt-Chrom-Legierung deutlich. Sowohl für die Titan- als auch für die Kobalt-Chrom-Legierung bewirkt FeCl3 eine konzentrationsabhängige Erhöhung der Passivstromdichte. Die Kombination von FeCl3 und H2O2 zeigt eine Zusammenführung der in den einzelnen Fluiden gesehenen Variationen der Stromdichte-Potential-Kurven. Für Serum + HA konnte, über die kurze Testdauer von einigen Stunden, keine erhöhte Korrosivität im Vergleich zu Ringer festgestellt werden. Einen gesteigerten korrosiven Einfluss von Serum + HA auf die Legierungen über längere Zeiträume von Monaten bis Jahre ist aber nicht auszuschließen. Ohne einen zusätzlichen Faktor, der die Passivschicht der Legierungen stört, zeigt sich kein gravimetrisch messbarer Einfluss der Fluide. Zukünftige Versuche, sollten deshalb eine mechanische Komponente beinhalten, die Mikrobewegungen an den Schnittstellen des Implantates induziert und so die Passivschicht realistischer stört als es in den Polarisationsversuchen der Fall ist.show moreshow less
  • In hip arthroplasty, the use of modular shafts for artificial hip joints is standard. Although highly corrosion-resistant materials are used, corrosion can occur at the modular interfaces, which can introduce clinical problems. Since corrosion tests in physiological saline solutions do not cause damages seen in clinical application, the aim of this bachelor thesis is to investigate differentIn hip arthroplasty, the use of modular shafts for artificial hip joints is standard. Although highly corrosion-resistant materials are used, corrosion can occur at the modular interfaces, which can introduce clinical problems. Since corrosion tests in physiological saline solutions do not cause damages seen in clinical application, the aim of this bachelor thesis is to investigate different fluids regarding their corrosive influence on titanium-6aluminium-4-vanadium and cobalt-28chrome-6-molybdenum, two common alloys in hip arthroplasty. For this purpose, the material loss in the six different fluids is evaluated gravimetrically for both alloys with and without applied voltage. Ringer's solution was used as the basic fluid, modified with 0.19 g/l and 10 g/l FeCl3, 30 mM H2O2 and 0.19 g/l FeCl3 + 30 mM H2O2. Additionally, the alloys were tested in calf serum with hyaluronic acid (0.5 g/l sodium hyaluronate). Using a potentiostat, the samples were polarized and current density potential curves (SPK) were plotted to characterize the metal-fluid systems. Tests without applied voltage did not show any change in weight for any of the samples, regardless of observed surface changes. The results of the measurements with a potentiostat showed a profound influence of H2O2 on the formation of the passive current plateau, especially for the cobalt-chromium alloy. For both the titanium and the cobalt-chromium alloy, FeCl3 causes a concentration-dependent increase in the passive current density. The combination of FeCl3 and H2O2 shows a combination of the variations of the current density potential curves (SPK) seen in the individual fluids. For Serum + HA no increased corrosiveness compared to Ringer's could be observed over the short test duration of several hours. However, an increased corrosive influence of Serum + HA on the alloys over longer periods of months to years cannot be ruled out. Without an additional disruptive factor to the passive layer of the alloys, there is no gravimetrically measurable influence of the fluids. Future experiments should therefore include a mechanical component that induces micromovements at the interfaces of the implant and thus disturbs the passive layer more realistically than in polarization experiments.show moreshow less

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Metadaten
Author:Julia Schmidt
Year of Publication:2020
Pagenumber:86
Language:German
Advisor:Dirk Velten, Therese Bormann
Publishing Institution:Hochschule Offenburg
Granting Institution:Hochschule Offenburg
Date of final exam:2020/02/15
Document Type:Bachelor Thesis
Acces Right:Zugriffsbeschränkt
Institutes:Hochschule Offenburg / Abschlussarbeiten / Bachelor-Studiengänge / BM
Release Date:2020/08/24
Licence (German):License LogoEs gilt das UrhG