von 64,70%±15,78% für EdSil31 und 70,49%±5,62% für EdSil83. Die höhere Stan-dardabweichung bei EdSil31 ist auch hier auf die Problematik der Beschichtungsbreite zurückzuführen. Edelstahl weißt hingegen einen Wert von 95,79%±2,51% auf und ist damit für die Zellen besser geeignet.
Jedoch kann gezeigt werden, dass Zellen der Zelllinie Hs27 besser an der Oberfläche adhärieren als Zellen der Linie Saos-2. Ein Grund hierfür könnte die Morphologie der Oberfläche sein. Fibroblasten bevorzugen scharfkantige oder glatte Oberflächen[75].
Osteoblasten hingegen adhärieren am Besten an porösen Oberflächen, da sich die Zellen hier in die Poren einkugeln können [62, 129, 130, 131, 132].
Durch eine Strukturierung der Oberfläche oder der Beschichtung, zum Beispiel durch Schablonen oder Sandstrahlen könnte die Oberfläche für die Zelladhäsion verbessert werden. Des Weiteren könnte die Oberflächenspannung durch Aktivierung mittels Plasma angehoben werden, was zu einer erhöhten Hydrophilie der Oberfläche führt, welche die Zelladhäsion steigern kann [133].
4.6 Beständigkeit der Beschichtung
Um die Beständigkeit der Beschichtungen in Körperumgebung zu testen, wurden die Proben in SBF bei 37◦C gelagert. Den Einfluss von Desinfektionsmitteln wurde durch die Einlagerung in Isopropanol getestet und die Beständigkeit gegenüber einwirkenden Kräften mittels Zugversuchen.
Die REM-Aufnahmen der für 0, 7, 14 und 30 Tage in SBF eingelagerten EdSil31 Proben sind in Abbildung 4.14 dargestellt.
64 4 Barriere- und Haftvermittlerbeschichtung
0d Einlagerung in SBF 7d Einlagerung in SBF
14d Einlagerung in SBF 30d Einlagerung in SBF Abbildung 4.14: REM Aufnahmen der in SBF eingelagerten EdSil31 Beschichtung
zu verschiedenen Zeitpunkten
Es ist zu erkennen, dass sich über die Zeit Anlagerungen auf der Oberfläche bilden. Nach sieben Tagen ist diese großflächig zu erkennen und nach 14 Tagen bilden sich größere rechteckförmige Kristalle. Die Aufnahme nach 30 Tagen zeigt große Anlagerungen, welche eine Schichtbildung erahnen lassen, da es bereits an einigen Stellen zum Zusammenschluss der Anlagerungen gekommen ist. Des Weiteren treten Einlagerungen in den Korngrenzen auf.
Um nachzuweisen, dass es sich bei den Anlagerungen um Kalziumphosphat handelt, wurde eine Untersuchung mittels XPS vorgenommen, siehe Abbildung 4.15. Hierfür wurde die Probe, welche 30 Tage eingelagert war, gewählt.
4.6 Beständigkeit der Beschichtung 65
1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Si(2p) P(2s) C(1s)
Ca(2p) O(1s)
O(KVV)
Intensität
Bindungsenergie [eV]
Abbildung 4.15: XPS Aufnahme der EdSil31 Beschichtung nach 30-tägiger Einla-gerung in SBF
Die XPS Messung ergibt, dass sowohl ein charakteristischer Silizium Peak, welcher auf die Beschichtung hinweist, wie auch ein Phosphor und Kalzium Peak auftreten. Bei den Rückständen auf der Probe handelt es sich daher um Kalziumphosphat-Verbindungen.
Die REM-Aufnahmen der EdSil83 Beschichtungen nach Einlagerung in SBF sind in Abbildung 4.16 dargestellt.
66 4 Barriere- und Haftvermittlerbeschichtung
0d Einlagerung in SBF 7d Einlagerung in SBF
14d Einlagerung in SBF 30d Einlagerung in SBF Abbildung 4.16: REM Aufnahmen der in SBF eingelagerten EdSil83 Beschichtung
zu verschiedenen Zeitpunkten
Nach sieben Tagen sind vereinzelte Kristalle zu erkennen und nach 14 Tagen bereits eine flächendeckende Anlagerung. Die Aufnahme nach 30 Tagen zeigt zusätzlich große kristallförmige Anlagerungen und eine Einlagerung in den Korngrenzen.
Die XPS Messung, siehe Abbildung 4.17 zeigt auch im Falle der EdSil83 Beschichtung eine Anlagerung von Kalziumphosphat auf der Oberfläche.
4.6 Beständigkeit der Beschichtung 67 Durch einen Vergleich der REM-Aufnahmen, lässt sich erkennen, dass sich bei EdSil31 deutlich mehr Kalziumphosphat anlagert. Dies konnte auch durch Auswertung der XPS Spektren bestätigt werden. Aufgrund dieser Ergebnisse lässt sich vermuten, dass EdSil31 die bessere Beschichtung für die Integration in den Körper ist. Jedoch muss auch hier der Einfluss der Düsenbreite berücksichtigt werden, welcher die Ergebnisse verfälschen könnte. Alles in allem lässt sich jedoch sagen, dass sich auf beiden Beschichtungen Kalziumphosphat anlagert, was ein gutes Zeichen für das Verhalten der Beschichtungen im Körper ist.
1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
0 10000 20000 30000 40000 50000
O(KVV)
O(1s)
Ca(2p) C(1s)
P(2s)
Si(2p)
Intensität
Bindungsenergie [eV]
Abbildung 4.17: XPS Aufnahme der EdSil83 Beschichtung nach 30-tägiger Einla-gerung in SBF
Die Einlagerung in Isopropanol erfolgte für 7, 14 und 30 Tage. In Abbildung 4.18 ist exemplarisch die REM-Aufnahme nach einer 30-tägigen Einlagerung dargestellt.
Sowohl bei EdSil31 wie auch bei EdSil83 ist kein Ablösen der Beschichtung zu erkennen.
Es lagern sich eher kleine Kristalle aus dem Isopropanol an der Oberfläche an. Dies geschieht aufgrund der Verwendung von technischem Isopropanol, welches häufig Verschmutzungen und Rückstände enthält.
Anhand der positiven Ergebnisse ist eine Desinfektion mittels Isopropanol nach aktuellem Kenntnisstand als unproblematisch zu erachten.
68 4 Barriere- und Haftvermittlerbeschichtung
30d Einlagerung in 70%igem Isopropanol 30d Einlagerung in 70%igem Isopropanol Abbildung 4.18: REM Aufnahmen der eingelagerten EdSil31 und EdSil83
Be-schichtungen für 30 Tage in Isopropanol
Die Zugproben wurden nach der Belastung zerschnitten und im REM untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4.19 dargestellt.
Zugversuch von EdSil31 Zugversuch von EdSil83 Abbildung 4.19: REM Aufnahmen der Zugstäbe nach den Zugversuchen von
EdSil31 und EdSil83
Beide Aufnahmen zeigen ein Abplatzen der Schicht. Bei EdSil31 ist dieser Effekt jedoch stärker als bei EdSil83. Dies könnte an der höheren Schichtdicke liegen. Die Zugversuche wurden mit einmaligem Beschichten wiederholt. In diesem Fall bleibt die Schicht intakt und weißt nur Dehnungen aber kein Abplatzen auf.
Ein weiterer Grund der geringen Haftung nach Zugbelastung könnte die Zusammen-setzung der Beschichtung sein. Gandhiraman et al. [122] haben nachgewiesen, dass polymerartige HMDSO basierte Beschichtungen, wie sie in dem Fall dieser Arbeit vorliegen, eine schlechtere Haftung auf Edelstahl aufweisen als silikaähnliche Beschich-tungen. Gründe hierfür sind die, bei silikaähnlichen Schichten, gebildeten -Fe-O-Si und -Cr-O-Si Bindungen zwischen der Beschichtung und dem Edelstahl. Durch Anpassen
4.7 Sterilisation der EdSil Beschichtungen 69