Oberflächenfunktionalisierung einer degradierbaren Magnesiumlegierung

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  • In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung für biodegradable Magnesiumlegierungen entwickelt und charakterisiert. Insbesondere in Hinblick auf die Beschichtung von biodegradablen Koronarstents liegt der Schwerpunkt auf der kovalenten Anbindung von funktionellen Organosilanen. Diese erlauben eine vielfältige Manipulation der Oberfläche und die Anbindung eines breiten Spektrums von Substanzen. Gängige Silanisierungsmethoden wurden dabei erstmals auf die Magnesiumlegierung WE43 übertragen. Zudem wurde ein neuartiges dreistufiges Silanisierungsverfahren entwickelt und die Stabilität und passivierende Wirkung der so aufgebrachten Silanfilme nachgewiesen. Gegenstand der In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung für biodegradable Magnesiumlegierungen entwickelt und charakterisiert. Insbesondere in Hinblick auf die Beschichtung von biodegradablen Koronarstents liegt der Schwerpunkt auf der kovalenten Anbindung von funktionellen Organosilanen. Diese erlauben eine vielfältige Manipulation der Oberfläche und die Anbindung eines breiten Spektrums von Substanzen. Gängige Silanisierungsmethoden wurden dabei erstmals auf die Magnesiumlegierung WE43 übertragen. Zudem wurde ein neuartiges dreistufiges Silanisierungsverfahren entwickelt und die Stabilität und passivierende Wirkung der so aufgebrachten Silanfilme nachgewiesen. Gegenstand der Experimente bilden Flachproben aus WE43, die mikroskopisch spiegelnd glatt, rückstandsfrei und reproduzierbar präpariert und mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert wurden. Zu diesem Zweck wurden neue und effektive Präparationsmethoden speziell für Magnesiumlegierungen entwickelt. Für die Funktionalisierung wurden folgende monovalente Organosilane verwendet: 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES) und n-Octadecyltrimethoxysilan (ODTMS) bzw. n-Octadecyltriethoxysilan (ODTES). Zusätzlich kamen bivalente Silane zum Einsatz: Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfid (BTES) und Bis(trimethoxysilylpropyl) amin (BTMA). Die nasschemisch aufgebrachten Silanfilme wurden mittels Reflexions-Absorptions-Infrarotspektroskopie auf der Legierungsoberfläche analysiert. Die Spektren zeigen die silantypischen Peaks, die intakten funktionellen Gruppen und die strukturellen Veränderungen aufgrund von Kondensationsreaktionen der Silanmoleküle. In den Silanfilmen wurden auch freie Silanolgruppen gefunden, die eine Multilagenbeschichtung mit verschiedenen Silanen erlauben. Der kovalente Charakter der Silananbindung auf WE43 Flachproben und Koronarstents aus Magnesium wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen. Die Auswirkungen der Funktionalisierung von Magnesiumstents auf das Korrosionsverhalten wurde mit Auslagerungsversuchen in den körperähnlichen Modellelektrolyten PBS und eSBF-H untersucht. Das neuartige dreistufige Beschichtungsverfahren, bei dem Koronarstents mit BTES, BTMA und nochmals mit BTES silanisiert werden, verbessert die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu einfachen Silanisierungen oder unbeschichteten Stents. Zudem wurde die Wirkung der Silane als Haftvermittler durch eine zusätzliche Polymerbeschichtung mit PLLA demonstriert. Sowohl mit dem monovalenten Silan ODTMS, als auch mit verschiedenen Bis-Silan-Beschichtungen ist ein positiver Effekt auf die Korrosionsbeständigkeit von PLLA-beschichteten Stents zu beobachten.show moreshow less
  • In this thesis a new technique for surface modification of biodegradable magnesium alloys is presented and characterized. With a view to the functionalization of bioabsorbable coronary metal stents, the main focus of this work is on the covalent bonding of organofunctional silanes that offer a wide range of possible surface modifications and allow further bonding to a vast variety of substances. Common methods of silanization are applied to the magnesium alloy WE43 for the first time. In addition a new three step silanization technique has been developed. The stability and passivating effect of these silane films are demonstrated. The experiments are carried out on WE43 substrates. ThereforeIn this thesis a new technique for surface modification of biodegradable magnesium alloys is presented and characterized. With a view to the functionalization of bioabsorbable coronary metal stents, the main focus of this work is on the covalent bonding of organofunctional silanes that offer a wide range of possible surface modifications and allow further bonding to a vast variety of substances. Common methods of silanization are applied to the magnesium alloy WE43 for the first time. In addition a new three step silanization technique has been developed. The stability and passivating effect of these silane films are demonstrated. The experiments are carried out on WE43 substrates. Therefore new preparation methods for magnesium alloys have been developed that produce a smooth and clean surface of reproducible quality. The WE43 surface was characterized with energy dispersive X-ray spectroscopy. The organofunctional silanes used for the surface treatment are 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES), n-Octadecyltrimethoxysilane (ODTMS) and n-Octadecyltriethoxysilane (ODTES). In addition two bifunctional silanes were used: Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide (BTES) and Bis(trimethoxysilylpropyl) amine (BTMA). The silanes were applied with a dip-coating process and analyzed with reflection-absorption-infrared-spectroscopy. These spectra contain the typical silane peaks, signals from the intact functional groups and reveal the structural changes due to condensation reactions. Moreover free silanols were found that can be used for multilayer formation. The covalent character of the silane bonding to the magnesium substrate and to the coronary stent surface was demonstrated with fluorescence microscopy. The effects of the surface treatment of coronary stents made of a magnesium alloy in respect to the corrosion protection were examined in the simulated body fluids PBS and eSBF-H. The new three step silanization technique – a serial silanization with BTES, BTMA and again with BTES – improves the corrosion resistance compared to single layer silane films and untreated stents. In addition the silane films were used as coupling agents for the polymer PLLA. The pre-treatment with the organofunctional silane ODTMS as well as with the bifunctional silanes had a positive effect on the corrosion resistance of a PLLA top-coating.show moreshow less

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Metadaten
Author:Timo Sebastian Hausbeck
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-35234
Advisor:Bernhard Hensel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/09/11
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2012/08/02
Release Date:2012/09/11
Tag:Bis-Silan; Infrarotspektroskopie; Oberflächenfunktionalisierung;; Silanisierung; Stent; WE43
magnesium alloy; WE43; silanisation; bis-silane; infraredspectroskopy; fluorescence microscopy; stent; implant; surface modification;
SWD-Keyword:Fluoreszenzspektroskopie; Implantat; Magnesiumlegierung
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:530 Physik

$Rev: 12793 $