Kontrolle der Bioaktivität und der Bioresorbierbarkeit von Gläsern durch elektrische Polarisation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden die bei elektro-thermischen Polarisationsexperimenten an der Grenzfläche Elektrode / Bioglas ablaufenden Prozesse eingehend experimentell untersucht und ein Modell zur Beschreibung entwickelt. Es wurde festgestellt, dass die Polarisationsspannung fast ausschließlich an der Grenzfläche Anode / Bioglas abfällt. Die dort erzeugten hohen elektrischen Felder führen zu einer Ladungskompensation durch elektronische Löcher. Dadurch wird die Feldstärke auf einem konstanten Niveau unterhalb der Durchschlagstärke gehalten. Durch dieses Modell eines gekoppelten Ionen-Loch-Transports konnten viele experimentelle Daten und bisher in der Literatur nicht geklärte Phänomene zwanglos erklärt werden. Das Modell impliziert, dass die elektrischen Felder an der Grenzfläche Elektrode / Glas nicht einfach aus den Elementprofilen berechnet werden können, wie dies in der Literatur bisher häufig versucht wurde. Bei den in-vitro Bioaktivitätsstudien wurde festgestellt, dass sich das HAP-Wachstum nur sehr wenig von den Polarisationsbedingungen beeinflussen lässt. Allerdings deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die mechanische Stabilität und Haftung der gewachsenen Schichten auf der N- Oberfläche höher ist als auf der P-Oberfläche. Diese Beobachtung könnte relevant sein für die zukünftige Entwicklung von bioaktiven Materialien. Weiterhin wurde gefunden, dass eine elektro-thermische Polarisation die Bioresorbierbarkeit von Gläsern deutlich erhöht. Dies betrifft sowohl die N-Oberfläche (Anodenseite) als auch die P-Oberfläche (Kathodenseite), wobei der Effekt an der N-Oberfläche stärker ist. Die Ursachen hierfür sollen in Zukunft näher untersucht und aufgeklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 'Investigation of bioglass-electrode interfaces after thermal poling', Solid State Ionics 179 (2008) 671-677
C. R. Mariappan, B. Roling
- 'Bioactivity of electro-thermally poled silicate glass', Acta Biomater. 5 (2009) 1274-1283
C. R. Mariappan, D. M. Yunos, A. R. Boccaccini, B. Roling
- 'Electrochemical double layers at the interface between glassy electrolytes and platinum: Differentiating between the anode and the cathode capacitance', Phys. Rev. B 82 (2010) 224203
J. Krümpelmann, C. R. Mariappan, C. Schober, B. Roling
- 'Electrode polarization in glassy electrolytes: Large interfacial capacitance values and indication for pseudocapacitive charge storage', Solid State Ionics 181 (2010) 859-863
C. R. Mariappan, T. P. Heins, B. Roling
- 'Mechanism and kinetics of Na+ ion depletion under the anode during electro-thermal poling of a bioactive glass, J. Non-Cryst. Solids 356 (2010) 720-724
C. R. Mariappan, B. Roling
