Teoretisk studie om korrosion av magnesium i biologisk miljö

Abstract

Vid behandling av frakturer och andra liknande skador används ibland ortopediska implantat för att stabilisera skelettet medan det läker. Implantatet appliceras kirurgiskt i det skadade området och det finns ofta ett behov av att avlägsna implantatet när benet väl har läkt igen. Då extra kirurgiska ingrepp vill undvikas är en lösning att använda implantat som med tiden bryts ned i kroppen i takt med att benet läker. Ett material som är lovande för detta ändamål är magnesium (Mg). Det är en vanlig, lätt metall med densitet som liknar ben, problemet med ren magnesium är dock att det korroderar för fort för att kunna användas i detta syftet. Relevanta studier inom området jobbar mot att designa ett magnesiumbaserat material vilket gör att korrosionen sker under en mer kontrollerad form, så att skadan hinner läka innan implantatet är nedbrutet. För att studera korrosionen hos magnesium på en molekylär nivå vill denna rapport unders öka bindningsenergier mellan en Mg-yta och dess korrosionsprodukt magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) i vad som kan liknas vid en biologisk miljö. Detta har utförts genom datorsimuleringar med programmet Quantum Espresso som applicerar täthetsfunktionalteori för att optimera atomstrukturer. Resultatet från denna rapport visar på att Mg(OH)2 har en relativt svag bindningsenergi till en Mg-yta och är därför ett dåligt skydd mot vidare korrosion. I en biologisk miljö blir detta skyddet ännu sämre på grund av närvaron av kloridjoner som påverkar ytan. Vidare forskning på att öka denna bindningsenergin skulle kunna bidra till att Mg(OH)2 blir ett starkare skydd mot korrosion.