Refine
Keywords
- Thermische Desorptionsspektroskopie (1) (remove)
Das Material Titan wird Aufgrund seiner biokompatiblen Eigenschaften fĂŒr orthopĂ€dische und dentale Implantate eingesetzt. Neben der erfolgreichen Implantation kommt es jedoch in manchen FĂ€llen zu Komplikationen. Ein Grund fĂŒr die Komplikationen können Kohlenwasserstoff-Kontaminationen auf der Titanoxid-OberflĂ€che sein. Diese aus der Luft stammenden Kontaminationen wurden im Rahmen dieser Arbeit analysiert und deren Einfluss auf die Adsorption von AminosĂ€uren studiert. Als Modellsystem wurden Alkohole gewĂ€hlt, da deren Konzentration in der Krankenhausluft stark erhöht ist. Zur Analyse der Adsorption auf Titanoxid wurden Isothermen im Druckbereich von 10^-6 bis 10^4 Pa mit Alkoholen und Wasser gemessen. Hierbei konnte beobachtet werden, dass die Adsorption der Alkohole bei geringerem Druck (10^-6 Pa) beginnt als die des Wassers (10^-4 Pa). Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass sowohl das Wasser als auch die Alkohole schon bei DrĂŒcken adsorbieren, die unterhalb der PartialdrĂŒcke der jeweiligen Substanz in der AtmosphĂ€re liegen. Zur Ermittlung der zugehörigen Adsorptionsenergien wurden die Daten an die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Brunauer-Emmet-Teller-Freundlich-Isotherme (BFI) angepasst. Die BFI unterscheidet sich von der klassischen Freundlichisotherme in der Beschreibung der lokalen Isothermen der heterogenen OberflĂ€che. So ist die klassische Freundlich-Isotherme durch eine Summe von Langmuir-Isothermen gegeben, wobei die BFI durch die Summation von lokalen BET-Isothermen entsteht. Aus der Anpassung der Rohdaten folgt, dass die Adsorptionsenergie der ersten Monolage fĂŒr die Alkohole 95 kJ/mol ist und die Adsorptionsenergie des Wassers im Intervall zwischen 70 und 95 kJ/mol liegt. Sowohl der geringe Druck, bei dem Adsorption statt findet, als auch die Adsorptionsenergien zeigen, dass die Adsorption von Alkoholen aus der Luft an Titanoxid-OberflĂ€chen thermodynamisch gĂŒnstig ist. Zur Analyse der HaftstĂ€rke wurden die Alkohole des Modellsystems von der feuchten Titanoxid-OberflĂ€che desorbiert. Hierzu wurde die Technik der Thermischen Desorptions Spektrometrie (TDS) angewendet. Dabei wird die TiO2- OberflĂ€ch konstant erhitzt und zu jeder Temperatur ein Massenspektrum der Desorbatgasphase gemessen. Damit im Spektrum zwischen der OberflĂ€chenfeuchtigkeit und den Hydroxylfunktionen aus dem Alkohol unterschieden werden konnte, wurde zuerst D-Wasser und danach der Analyt-Alkohol an die OberflĂ€che adsorbiert. Aus den Daten der TDS wurden dann die Hauptreaktionen ermittelt und festgestellt, dass die kleinen MolekĂŒle D2O, Methanol und Ethanol signifikant molekular desorbieren wohingegen Propanol und Butanol verstĂ€rkt zur Fragment-Desorption neigen. Beim Vergleich der Desorption der Alkohole mit Wasser wurde ermittelt, dass die OberflĂ€chenfeuchtigkeit bei geringerer Temperatur beginnt zu desorbieren als die Alkohole. Bei erhöhter Temperatur ĂŒber 600 K wurden die Desorptionsreaktionen durch den Zerfall der Desorbate ĂŒberlagert. Um diese Ergebnisse quantifizieren zu können, wurden die Daten mit dem neu entwickelten RED1-Modell (Desroption mit ĂŒberlagerter Reaktion) angepasst. Die Ergebnisse der Anpassung sind die Desorptionsenergien fĂŒr die Alkohole (~162 kJ/mol) und fĂŒr die OberflĂ€chenfeuchtigkeit (~138 kJ/mol). Aus den Desorptionsenergien geht klar hervor, dass der Alkohol stĂ€rker an der TiO2-OberflĂ€che haftet als das Wasser und somit die Desorption unter physiologischen Bedingungen nicht zu erwarten ist. AuĂer den Desorptions-Energien wurden die Arrhenius-Parameter der Zerfallsreaktion ermittel. Diese liegen fĂŒr die Alkohole und das Wasser in der gleichen GröĂenordnung (k0,rkt=0.07-7.22 s-1 und Erkt=26.91-43.33 kJ/mol). Zum Ende der Arbeit wurde der Einfluss der Kohlenwasserstoffschicht auf die Adsorption von AminosĂ€uren untersucht. Hierzu wurden die OberflĂ€chen mit verschiedenen Methoden gereinigt, so dass die Adsorption auf der mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten OberflĂ€che mit der Adsorption auf OberflĂ€chen mit reduziertem Kohlenwasserstoffanteil verglichen werden konnte. Die Messungen zeigen, dass die Ănderungen der Bedeckungen bei Adsorption auf kontaminierten OberflĂ€chen kleiner sind als auf OberflĂ€chen mit reduziertem Kohlenwasserstoff-Anteil. Dieser Effekt scheint in der Seitenkette der AminosĂ€ure begrĂŒndet zu sein. Die Kontamination scheint somit die Adsorption von BiomolekĂŒlen zu behindern. UnabhĂ€ngig von dieser Arbeit konnten G. MĂŒller et. al. zeigen51, dass mehr Zellen des Modellstamms fĂŒr humane Osteoblasten MG63 auf der OberflĂ€che einer Titanlegierung gebunden werden, wenn der Kohlenwasserstoff-Anteil auf der OberflĂ€che reduziert ist. Da beide Arbeiten unabhĂ€ngig und mit unterschiedlichen Methoden ein vergleichbares Ergebnis liefern, kann davon ausgegangen werden, dass die Luft im Operationssaal einen entscheidenden Einfluss auf den Erfolg der Implantation hat.