反应性氧物种,电极电位和pH影响CoCrMo合金腐蚀和半导体行为在模拟的炎症环境中

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 腐蚀工程 腐蚀工程
• 整形外科的植入物技术技术

背景情况:

• 在--合金 (CoCrMo) 合金和膝关节置换器的模块化形连接处发生裂纹腐蚀是一个重要的临床问题.
• 非机械驱动的腐蚀受植入口隙内的化学环境的影响,比机械辅助的腐蚀了解得更少.

研究的目的:

• 研究溶液化学 (pH,活性氧物种) 和电极电位如何影响模拟植入物裂中的CoCrMo氧化膜的耐腐蚀性.
• 测试低pH和活性氧物种 (ROS) 损害氧化膜的完整性,导致腐蚀的假设.

主要方法:

• 使用电化学阻抗光谱 (EIS) 和莫特-肖特基分析来评估氧化膜的电阻和电容.
• 模拟的体内裂环境是使用不同pH值 (1和7.4) 和过氧化 (H2O2) 度 (0到0.1M) 的溶液创建的.
• 基于对称的EIS (sbEIS) 用于分析不同电化学条件下的R_p (极化电阻) 和电容变化.

主要成果:

• 在pH 1下,CoCrMo氧化膜在更高的阳极电位和更高的平带电位下,表现出过渡到p型半导体行为.
• 增加过氧化 (H2O2) 度降低了Mott-Schottky图片的平面带潜力和斜率,表明氧化膜的修饰.
• 在pH 7.4的溶液中,较高的H2O2度显著增加了供体密度,并在-1V时降低了极化阻力 (Rp) 高达150倍.
• 最严重的条件 (0.1M H2O2,pH 1) 导致阻力比标准酸盐缓冲盐水 (PBS) 低250倍.

结论:

• 该研究证明了CoCrMo合金在模块化形连接处的不利化学和潜在条件下对腐蚀的敏感性.
• 反应性氧物种 (ROS) 和离子因低pH而加剧,增加氧化膜的缺陷,损害其保护性质.
• 这些发现凸显了CoCrMo植入物中非机械诱导腐蚀的潜力,原因是化学和电化学因素的复杂相互作用.