Predicting Corrosion Delamination Failure in Active Implantable Medical Devices: Analytical Model and Validation Strategy

材料科学 腐蚀 硅橡胶 分层(地质) 复合材料 涂层 聚合物 天然橡胶 电极 纳米技术 化学 物理化学 俯冲 古生物学 生物 构造学
作者
Adrian Onken,Helmut Schütte,Anika Wulff,Heidi Lenz-Strauch,Michaela Kreienmeyer,Sabine Hild,Thomas Stieglitz,Stefan Gaßmann,Thomas Lenarz,Theodor Doll
出处
期刊:Bioengineering [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (1): 10-10 被引量:6
标识
DOI:10.3390/bioengineering9010010
摘要

The ingress of body fluids or their constituents is one of the main causes of failure of active implantable medical devices (AIMDs). Progressive delamination takes its origin at the junctions where exposed electrodes and conductive pathways enter the implant interior. The description of this interface is considered challenging because electrochemically-diffusively coupled processes are involved. Furthermore, standard tests and specimens, with clearly defined 3-phase boundaries (body fluid-metal-polymer), are lacking. We focus on polymers as substrate and encapsulation and present a simple method to fabricate reliable test specimens with defined boundaries. By using silicone rubber as standard material in active implant encapsulation in combination with a metal surface, a corrosion-triggered delamination process was observed that can be universalised towards typical AIMD electrode materials. Copper was used instead of medical grade platinum since surface energies are comparable but corrosion occurs faster. The finding is that two processes are superimposed there: First, diffusion-limited chemical reactions at interfaces that undermine the layer adhesion. The second process is the influx of ions and body fluid components that leave the aqueous phase and migrate through the rubber to internal interfaces. The latter observation is new for active implants. Our mathematical description with a Stefan-model coupled to volume diffusion reproduces the experimental data in good agreement and lends itself to further generalisation.
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