IL-39: Auflösungsrate und Löslichkeitsprodukt von Kalziumphosphaten

Kalziumphosphatkeramiken werden für die Reparatur von Knochendefekten und als Beschichtung für orthopädische Implantate angewendet. Die Resorptionseigenschaften dieser Materialien müssen präzise kontrolliert werden, damit sie mit der Wachstumsrate des neuen Knochens übereinstimmen. Die Resorptionsrate kann insbesondere durch fremde kristalline oder amorphe Phasen oder durch chemische Verunreinigungen beeinflusst werden. In vitro-Tests zur Ermittlung der Auflösungskinetik sowie der (Gleichgewichts-) Löslichkeit von Kalziumphosphaten liefern einen Hinweis auf die Stabilität des Materials im menschlichen Körper. Auflösungsprüfungen sind deshalb in der ASTM-Norm F1926 verlangt und die Bestimmung des Löslichkeitsprodukts wird in der ISO
13779-6 empfohlen.

RMS Foundation 05.09.2024 5 min. Lesezeit

In der RMS Foundation wurde vor kurzem ein Auflösungstest nach ASTM F1926 entwickelt und gemäss den Anforderungen unserer ISO 17025-Akkreditierung validiert. Bei diesem Test wird eine Probe während 24 Stunden in eine Pufferlösung (MES oder TRIS) bei 37 °C eingelegt, und die Ca-Konzentration wird kontinuierlich mit einer Ca-ionenselektiven Elektrode gemessen (siehe Abbildung). Zusätzlich wird der pH-Wert der Lösung zu Beginn und am Ende des Versuchs gemessen, um einen pH-Drift auszuschliessen, d. h. um eine ausreichende Pufferkapazität sicherzustellen. Der Test kann an Knochenersatzprodukten beliebiger Form sowie an beschichteten Proben oder von einer Beschichtung abgeschliffenem Pulver durchgeführt werden. Da eine direkte Korrelation zwischen der Auflösungsrate in vitro und der Resorptionsrate in vivo nicht möglich ist, werden parallel durchgeführte Tests an einer historischen Kontrolle oder einem zertifizierten Referenzmaterial empfohlen. Das Löslichkeitsprodukt (K_SP) ist eine Materialeigenschaft, welche ein chemisches Gleichgewicht zwischen einer festen Substanz und einer Lösung derselben Substanz beschreibt. Wir haben eine Prüfmethode zur Bestimmung des K_SP von Hydroxylapatit-Rohstoffpulvern gemäss ISO 13779-6 entwickelt und validiert. Diese Methode besteht darin,
eine Probe 60 Tage lang bei 37 °C in verdünnte Phosphorsäure einzulegen und anschliessend den pH-Wert sowie die Ca- und P-Konzentration mittels induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) zu messen. Das K_SP wird dann anhand einer in ISO 13779-6 (Anhang A.8) beschriebenen Gleichung berechnet. Zum Vergleich kann parallel dazu das K_SP eines reinen, vollständig kristallisierten Referenzmaterials (z. B. NIST Kalziumhydroxylapatit, SRM2910) bestimmt werden. Je nach Reinheit der Probe kann eine wesentlich kürzere Testdauer gewählt werden.

IL-39_TestgefaessPuffer

Abbildung: Testgefäss gefüllt mit Pufferlösung (ASTM F1926), A) Ca-ionenselektive Elektrode, B) Spülgasschlauch (N2), C) Rührer (bei Pulver-, Granulat- oder Formkörper-Proben), D) Temperatursensor, E) pH-Elektrode, F) Probenmaterial.

Anforderungen an die Proben:
Auflösungsprüfung (ASTM F1926): 150 mg Pulver/Granulat, Formkörper, von Beschichtungen abgeschliffenes Pulver oder beschichtete Testkupons
Löslichkeitsprodukt (ISO 13779-6): 400 mg Pulver (jeweils 6 Replikate)

Geräte:
Polymermembran-Ca-ionenselektive Elektrode (Metrohm Titrando), pH-Elektroden, Agilent 7700x ICP-MS

Weitere Auflösungstests im Dienstleistungsangebot:
- Auflösung und pH-Veränderung von Kalziumphosphaten gemäss ISO 13175-3
- Keramische Abbauprodukte (biologische Bewertung) gemäss ISO 10993-14

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