Badanie własności fizykochemicznych bezcementowych panewek stawu biodrowego

• Autorzy: Kajzer W. , Kajzer A. , Grzeszczuk O. , Semenowicz J. , Mroczka A.

Warianty tytułu

EN

Electrochemical study of uncemented hip endoprosthesis cups

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem prowadzonych badań było porównanie własności panewki nowej oraz po alloplastyce rewizyjnej przebywającej w organizmie człowieka przez 68 miesięcy. W ramach badań przeprowadzono analizę składu chemicznego, własności mechanicznych oraz fizykochemicznych. Własności te analizowano na podstawie badań z wykorzystaniem optycznej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem jarzeniowym, pomiarów twardości oraz badań potencjodynamicznych odporności na korozję wżerową i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej EIS. Badanie elektrochemiczne przeprowadzono w roztworze Ringera. Dodatkowo przeprowadzono analizę makroskopową powierzchni. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że badane panewki zostały wytworzone ze stali Cr-Ni-Mo spełniającej zalecenia normy ISO 5832-9. Wyniki pomiarów twardości ujawniły obszary o zróżnicowanym umocnieniu biomateriału panewki. Uzyskane parametry odporności korozyjnej dla panewki po implantacji były porównywalne do wartości uzyskanych dla panewki w stanie wyjściowym. Dodatkowo przeprowadzone badania EIS określiły charakter warstwy tlenkowej występującej na powierzchni implantu po usunięciu z organizmu. Wykazały one występowanie warstwy podwójnej stanowiące dobre zabezpieczenie biomateriału metalowego przed rozwojem niekorzystnych zjawisk korozyjnych. Natomiast przeprowadzone obserwacje makroskopowe ujawniły występowanie warstwy hydroksyapatytu na powierzchni panewki po 68-miesięcznym przebywaniu w organizmie. Podsumowując można stwierdzić, że przyczyną alloplastyki rewizyjnej był brak osteointegracji powierzchni zewnętrznej implantu spowodowany nierównomiernym przyleganiem implantu do powierzchni kości. Nie zaobserwowano jednak zmniejszenia odporności korozyjnej panewki po implantacji, co wskazuje na jej biokompatybilność w środowisku tkankowym.

EN

The aim of the research was to compare the properties of the new cup and the cup after alloplastic revision surgery which has been staying in the human body for 68 months. In the studies chemical composition, mechanical and physicochemical properties were analyzed. The properties were analyzed on the basis of studies of glow discharge atomic emission, measurements of hardness and potentiodynamic studies of resistance to pitting corrosion and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical research was conducted in Ringer’s solution. Additionally, analysis of the macroscopic surface was conducted. The results revealed that the cups were produced from high nitrogen stainless steel which chemical composition and mechanical properties met the requirements of the ISO 5832-9 standards. The results of hardness revealed areas with varied strengthening of the cup’s biomaterial. Parameters of the corrosion resistance for the cup after implantation were comparable to the values obtained for the cup in the initial state. Additionally, EIS study determined the nature of the oxide layer on the surface of the implant removed from the body. The results showed the existence of a double layer forming good protection of the metal biomaterial against corrosion. The performed macroscopic observation revealed the presence of hydroxyapatite on the surface of the cup after the 68 months in the body. We conclude that the reason for revision arthroplasty was the lack of osteointegration of the outer surface of the implant caused by non- -uniform adhesion of the implant to the bone surface. However, no reduction in corrosion resistance of the cup after implantation was observed which indicates its biocompatibility in the tissue environment.

Słowa kluczowe

PL

stal Cr-Ni-Mo; panewka stawu biodrowego; odporność korozyjna

EN

stainless steel; hip endoprosthesis; corrosion resistance

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 18, no. 132
• Strony: 9--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kajzer W.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Roosevelta 40, 44-800 Zabrze

autor

Kajzer A.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Roosevelta 40, 44-800 Zabrze

autor

Grzeszczuk O.

• Katedra Biomateriałów i Inżynierii Wyrobów Medycznych, Politechnika Śląska, ul. Roosevelta 40, 44-800 Zabrze

autor

Semenowicz J.

• Wojewódzki Szpital Chirurgii Urazowej im. Janusza Daaba, ul. Bytomska 62, 41-940 Piekary Śląskie

autor

Mroczka A.

• Wojewódzki Szpital Chirurgii Urazowej im. Janusza Daaba, ul. Bytomska 62, 41-940 Piekary Śląskie

Bibliografia

• [1] Semenowicz J., Mroczka A., Kajzer A., Kajzer W., Koczy B., Marciniak J.: Total hip arthroplasty usingcementlees Avantage cup in patients with risk of hip prosthesis instability. Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 16(3) (2014) 253-263.
• [2] Cieślik M., Mlekodaj K., Janus A.M., Łojewski T., Engvall K., Kotarba A.: Badania powierzchni panewki stawu biodrowego po dziesięciu latach kontaktu z organizmem. Engineering of Biomaterials 89-91 (2009) 54-56.
• [3] Senthil Maharaj P.S.R., Maheswaran R., Vasanthanathan A.: Numerical Analysis of Fractured Femur Bone with Prosthetic Bone Plates. Procedia Engineering 64 (2013) 1242-1251.
• [4] Hutnik A., Świeczko-Żurek B., Szumlański A., Serbiński W.: Metal implants in ostheosynthesis – construction solutions, materials and aplications. Engineering of Biomaterials 115 (2012) 7-11.
• [5] Wendland J., Gierzyńska-Dolna M., Rybak T., Wiśniewski T., Rajchel B.: Badania nad opracowaniem nowego biomateriału przeznaczonego na elementy endoprotez stawu biodrowego. Obróbka Plastyczna Metali 2 (2009) 3-19.
• [6] Pereda M.D., Kang K.W., Bonetto R., Llorente C., Bilmes P., Gervasi C.: Impact of surface treatment on the corrosion resistance of ASTM F138-F139 stainless steel for biomedical applications. Procedia Materials Science 1 (2012) 446-453.
• [7] Zieliński A., Świeczko-Żurek B., Sobieszczyk S.: Estimation of the expected effects of different surface modifications on mechanical, chemical and biological behaviour of endoprostheses. Engineering of Biomaterials 58-60 (2006) 217-219.
• [8] Standard: ISO 5832–9:2007: Implants for surgery – Metallic materials - Part 9: Wrought high nitrogen stainless steel.
• [9] Standard: EN ISO 6507-7:2005: Metallic materials. Vickers hardness test. Test method.
• [10] Standard: PN-EN ISO 10993-15:2009: Biologiczna ocena wyrobów medycznych - Część 15: Identyfikacja i oznaczanie ilościowe produktów degradacji metali i stopów.
• [11] Trzaska M., Trzaska Z.: Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna w inżynierii materiałowej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010.
• [12] Walke W., Paszenda Z., Basiaga M., Karasiński P., Kaczmarek M.: EIS study of SiO2 Oxide Film on 316L stainless steel for cardiac implants. Information Technologies in Biomedicine. Advances in Intelligent Systems and Computing 284. Springer (2014) 403-410.
• [13] Basiaga M., Paszenda Z., Walke W., Karasiński P., Marciniak J.: Electrochemical Impedance Spectroscopy and corrosion resistance of SiO2 coated cpTi and Ti-6Al-7Nb alloy. Information Technologies in Biomedicine. Advances in Intelligent Systems and Computing Springer 284 (2014) 411-420.
• [14] Kajzer A., Kajzer W., Semenowicz J., Mroczka. A.: Corrosion Resistance of Hip Endoprosthesis Cups in the Initial State and After Implantation. Solid State Phenomena 227 (2015) 523-526.
• [15] Kajzer A., Kajzer W., Dzielicki J., Matejczyk D.: The study of physicochemical properties of stabilizing plates removed from the body after treatment of pectus excavatum. Acta of Bioengineering and Biomechanics 2 (2015) 35-44.
• [16] Silva E.F., C.Oliveira L.F.: Avaliação da resistência à corrosão de implantes em aços inoxidáveis ISO 5832-9 e F138 removidos de pacientes. Quim. Nova. 35 (2012) 59-65.