Elektrochemische Charakterisierung metallischer Biomaterialien mit Hilfe des Mini-Cell-Systems

Abstract

Elektrochemische Untersuchungen von Biomaterialoberflächen geben Auskunft über den Zustand der Oberfläche. So können neben Informationen über die Korrosionsstabilität des Biomaterials auch solche über dessen Wechselwirkung mit der biologischen Umgebung erhalten werden. Das Mini Cell System (MCS) wurde mit dem Ziel entwickelt und eingesetzt, derartige Untersuchungen auf Oberflächen realer Biomaterialkonstruktionen durchführen zu können. Auf Grund eingeschränkter Konvektion und Migration sowie des deutlich reduzierten Kontaktvolumens stellen sich im Vergleich zur klassischen Korrosionsmesszelle schneller Gleichgewichte in der Grenzfläche ein. Die um ca. 100fach verkleinerte Kontaktfläche im Falle des MCS ermöglicht so auch eine um das 20 fach erhöhte Messgeschwindigkeit Für jede untersuchte Legierung werden charakteristische I vs. E Kurven erhalten. Diese können sowohl zur Bewertung der Korrosionsstabilität wie auch der Vorhersage möglicher galvanischer Kontaktelemente herangezogen werden. An Hand von zyklischen I vs. E Kurven ist die Beurteilung der Lochfraßanfälligkeit und des Repassivierungsverhaltens möglich. Das Untersuchungsspektrum kann durch elektrochemische Impedanzanalysen erweitert werden. An Hand von Beispielen wird der Verlauf von I-E-Kurven erklärt und deren Interpretation beschrieben. Es werden die Faktoren diskutiert, die die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse beeinflussen. Die Anlage einer Access Datei der untersuchten reinst Elemente und Legierungen gibt die Möglichkeit vergleichende Prüfungen vornehmen zu können. Das MCS bietet als flexible elektrochemische Messzelle erstmals die Möglichkeit, das elektrochemische Verhalten von Legierungen unter dem Gesichtspunkt der Homogenität der Zusammensetzung wie auch das von LASER-Schweißverbindung im direkten Vergleich mit dem Volumenmaterial im Hinblick auf deren Korrosionsstabilität bewerten zu können. Das MCS schließt eine Lücke zwischen der klassischen elektrochemischen Messzelle und der SECM (Scanning Electrochemical Microscopy) und hilft so, im Übergang zwischen integralen, makroskopischen Untersuchungsergebnissen und den sub-mikroskopischen Untersuchungen zu vermitteln. Elektrochemische Untersuchungen von Biomaterialoberflächen geben Auskunft über den Zustand der Oberfläche, wie diese auch von der biologischen Umgebung wahrgenommen wird und stellen somit eine Möglichkeit zur zerstörungsfreien Bewertung dieser dar.

Electrochemical investigations of biomaterial surfaces deliver information about the corrosion stability as well as interactions with the biological environment. The Mini Cell System (MCS) would develop and applied with the aim to assess surfaces of real biomaterial device as crown, bridges, dental implants, orthodontic wires, stimulation electrodes and others. Reduced contact area and volume of electrolyte cause a limited convection and migration in relation to the classical cells. Because of the 100 fold reduced contact area a 20 times higher scan rate is applicable. Each alloy performs an individually and characteristically I vs. E curves which contain the main information about the corrosion stability and can used for a prediction of galvanic couples. Determination of pitting corrosion capabilities and the repassivation behavior are possible. The investigations can be extended by application of EIS, what should be used in the future. Based on examples the specifics of shapes of I vs. E curves are explained. Parameters which influence the reproducibility of the results are discussed. Access data base contains the results of pure elements and alloys and gives the possibility of control and correction of new measurements. MCS as flexible electrochemical measurement set up has the power to assess the electrochemical behaviour of alloys concerning the homogeneity of composition at the surface as well as of LASER tracks in relation to the bulk materials. It fills a gap between the classical electrochemical set up und the SECM (Scanning electrochemical microscopy) in the range between integral, macroscopic and sub microscopic investigations