Ztráta mechanických vlastností Mg-0.4Zn drátů v simulovaném tělním médiu

Abstract

Slitiny hořčíku a zinku jsou považovány za perspektivní materiály pro výrobu biodegradabilních implantátů díky své schopnosti bezpečně degradovat v těle a podporovat hojení tkání. Tenké dráty z těchto slitin mohou sloužit k výrobě stentů, cévních fixací a cerklážních drátů. Pro vývoj těchto implantátů je nezbytné podrobné studium a kontrola jejich degradace v simulovaných tělních roztocích, která vede k rychlé ztrátě mechanických vlastností. Cílem této práce je zkoumat ztrátu mechanických vlastností tenkých extrudovaných Mg-0.4Zn drátů v Dulbeccově minimálním esenciálním médiu (DMEM). Práce se rovněž zaměřuje na metodiku leptání povrchové vrstvy drátů za účelem zvýšení jejich korozní odolnosti, určování chemického složení korozních produktů vznikajících na povrchu degradovaných drátů a analýzu tloušťky korozní vrstvy. Teoretická část práce popisuje výrobu tenkých drátů metodou přímé extruze, korozní procesy hořčíku a jejich vliv na mechanické vlastnosti. Praktická část zahrnuje popis vlivu leptání povrchové vrstvy a doby expozice simulovanému tělnímu prostředí na výsledky (kvazi)statických tahových zkoušek. Dále je demonstrována výhoda použití elektronové mikroskopie nad světelnou mikroskopií při charakterizaci korozních produktů, jejichž chemické složení bylo kvalitativně analyzováno pomocí EDS map. Tloušťka korozní vrstvy na příčných řezech degradovaných drátů byla analyzována pomocí softwaru ImageJ.

Magnesium and zinc alloys are considered promising materials for manufacturing biodegradable implants due to their ability to safely degrade in the body and support tissue healing. Thin wires made from these alloys can be used to manufacture stents, vascular fixations, and cerclage wires. Detailed study and control of their degradation in simulated body fluids, which leads to a rapid loss of mechanical properties, are essential for the development of these implants. The aim of this thesis is to study the loss of mechanical properties of thin extruded Mg-0.4Zn wires in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM). This thesis also focuses on the methodology of etching the surface layer of the wires to increase their corrosion resistance, determining the chemical composition of the corrosion products formed on the surface of degraded wires, and analyzing the thickness of the corrosion layer. The theoretical part describes the preparation of thin wires by direct extrusion, the corrosion processes of magnesium, and their impact on mechanical properties. The experimental part includes the description of the effects of surface layer etching and exposure time to the simulated body environment on the results of (quasi)static tensile tests. Furthermore, the advantage of using electron microscopy over light microscopy in characterizing corrosion products, whose chemical composition was qualitatively analyzed using EDS maps, is demonstrated. The thickness of the corrosion layer on cross-sections of degraded wires was analyzed using ImageJ software.