Elektrochemische Abscheidung von Ca(OH)2 auf Titan zur Unterstützung der Osteointegration

Abstract

Im Gegensatz zu den aus der Literatur bekannten Calciumphosphat-(CaP-)-Abscheidungen wie Bruschit (CaHPO4×2H2O) oder Hydroxylapatit (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) [1–3], beschreibt der vorliegende Beitrag die elektrochemische Abscheidung von Calciumhydroxid (Ca[OH]2) zur bakteriziden Ausrüstung von Titan oder Titanbasislegierungen. Ermöglicht wird dies durch Zugabe von Citronensäure zum Elektrolyten. Ca(OH)2 ist in der Zahnheilkunde als ein bakterizid wirkendes Füllmaterial bekannt und findet in der Wurzelkanalbehandlung Anwendung [4]. Biomimetische Abscheidungen von HA basieren auf einer Oberflächenvorbehandlung mit NaOH [5]. Die eingelagerten Na+-Ionen werden im Medium mit Ca2+-Ionen ausgetauscht und es bildet sich HA. Eine direkte Abscheidung von Ca(OH)2 benötigt außer der üblichen gründlichen Reinigung keine Vorbehandlung. Die Umsetzung der Ca(OH)2-Modifikation zu HA findet im Labor im Zellkulturmedium (DMEM) statt, in vivo in der extrazellulären Flüssigkeit im Sinne einer Autobiokompatibilisierung. Eine nach Implantation bakterizide Oberfläche wandelt sich damit im weiteren Verlauf in eine biokompatible, das Heranwachsen von Knochen fördernde Oberfläche um. Die Ca(OH)2-Modifikation erweist sich zusätzlich als robust gegen verschiedene Sterilisationsmethoden. Sowohl die Dampfsterilisation als auch eine Vorbehandlung in Ethanol führen zu keiner Änderung der Schichtzusammensetzung. Eine einfache Prozessführung ermöglicht die Abscheidung homogener Ca(OH)2-Schichten bis zu einer Dicke von 20 µm. Die Haftfestigkeit ist vergleichbar mit der kommerziell erhältlichen Bruschitbeschichtung. Das Potenzial der neuen Oberflächenmodifikation zur Förderung der Osteointegration bei lasttragenden Implantaten ergibt sich durch die Autobiokompatibilisierung und der im Körper erfolgenden Bildung von HA. Die Besiedlung mit Keimen prae implantationem wird durch die Ca(OH)2-Modifikation zurückgehalten. Die chemische Zusammensetzung und die Funktionalität der sich anschließend durch den biomimetischen Prozess unter Beteiligung von Proteinen und Aminosäuren bildenden HA-Modifikationen sind im Vergleich mit chemisch hergestelltem Material den Anforderungen angepasst.