UHMWPE

< zurück zur Analyse

Kurzfassung FTIR:
Man sendet Licht (im weitesten Sinne) auf eine Probe und misst, was zurückkommt.

Etwas genauer mit Bezug auf UHMWPE:
FTIR steht für Fourier-Transform Infrarot-Spektroskopie. In einem FTIR-Spektrometer wird die IR-Absorption einer Probe (35 – 300 mm dünne Scheiben) gemessen. Im resultierenden Spektrum wird die Absorption über der Wellenlänge dargestellt. Um die Schädigung bzw. Oxidation von UHMWPE durch eine FTIR-Analyse zu quantifizieren, wird üblicherweise der Oxidationsindex angegeben. Der Oxidationsindex berechnet sich aus dem Verhältnis der Fläche unter der Carbonyl-Bande und der unter der Methyl-Bande, alternativ auch zu der unter H2O oder CH2. Da der Oxidationsindex nicht konstant über den Querschnitt ist, wird er meist über die Dicke einer Probe aufgetragen.
Die Bestimmung des Oxidationsindexes war bis vor kurzem nicht genormt. Die Vorgaben der DIN 53 383 für Polyethylen hoher Dichte entsprechen im wesentlichen dem oben beschriebenen. Für UHMWPE ist mittlerweile die ASTM F 2183-02 eingeführt worden.
Bei einer FTIR-Analyse von UHMWPE-Implantaten muss darauf geachtet werden, dass die gemessenen Banden auch wirklich durch Oxidation des UHMWPEs verursacht worden sind. Im menschlichen Körper befindet sich als Schmiermittel die Synovialflüssigkeit. In Simulatoren wird oft Kalbsserum als Schmiermittel eingesetzt. Es ist durchaus möglich, dass durch diese Flüssigkeit oder andere organische Verunreinigungen die FTIR Messung einer Probe verfälscht wird.
Das Maximum der Oxidation liegt nicht notwendigerweise an der Oberfläche, sondern ggf. dicht darunter. Dies kann wie folgt begründet werden: Wenn sich durch die Bestrahlung an der Oberfläche sekundäre Alkyl-Radikale bilden, können diese mit Sauerstoff zu Peroxid-Radikalen reagieren. Primäre Alkyl-Radikale, die aus Kettentrennung hervorgehen, können ebenfalls Peroxid-Radikale bilden. Eine Rekombination dieser Peroxid-Radikale kann daraufhin zu Bildung von Carbonyl und Alkoholen führen. Andere Alkyl-Radikale rekombinieren und erzeugen Querverbindungen. Aufgrund der Verfügbarkeit des Sauerstoffes an der Oberfläche tritt bevorzugt Reaktion auf.
In den Bereichen knapp unterhalb der Oberfläche tritt diese Reaktion aufgrund des geringern Sauerstoffangebots seltener auf. Ein Peroxid-Radikal kann daraufhin ein Wasserstoffatom aus einer Kohlenstoffkette herausreißen, was wiederum zur Bildung neuer Radikale führt oder Kettenspaltungen verursacht. Die Carbonylbildung und Kettenspaltungen werden durch Kettenreaktionen bestimmt und steigen deshalb mit der Zeit an.
In tieferen Regionen ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, so dass hier primär Querverbindungen oder Doppelbindungen erzeugt werden.

Weitere Informationen über FTIR allgemein gibt es z. B. hier.