The effect of an accelerated ageing process on tribological wear of polimeric elements in joint endoprostheses

• Autorzy: Mróz A. , Wielowiejska-Giertuga A. , Wiśniewski T. , Barczewski M. , Łapaj Ł. , Gierzyńska-Dolna M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ procesu przyspieszonego starzenia na zużycie tribologiczne polimerowych komponentów endoprotez

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The polymeric components of endoprostheses in in vivo conditions are subjected to the oxidation process (ageing). The paper presents the results of friction and wear testing performed with use of a knee-joint simulator. The polymeric parts were machined from UHMWPE and UHMWPE modified with the addition of vitamin E. The calorimetric analysis and tribological testing results confirm the negative effect of accelerated ageing in oxygen atmosphere on the tribological properties of UHMWPE as well as the antioxidative properties of vitamin E.

PL

Polimerowe komponenty endoprotez w warunkach in vivo ulegają procesowi starzenia (utleniania). W artykule przedstawiono wyniki badań tarciowo-zużyciowych endoprotez stawu kolanowego. Komponenty polimerowe wykonano z UHMWPE i UHMWPE modyfikowanego witaminą E. Wyniki badań kalotometrycznych i tribologicznych potwierdziły negatywny wpływ procesu przyspieszonego starzenia w atmosferze tlenu na właściwości strukturalne i tribologiczne UHMWPE oraz antyoksydacyjne właściwości witaminy E.

Słowa kluczowe

EN

accelerated ageing; UHMWPE; friction and wear tests; wear debris

PL

przyspieszone starzenie; UHMWPE; badania tarciowo-zużyciowe; produkty zużycia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 2
• Strony: 73--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mróz A.

• Metal Forming Institute in Poznan, Poland

autor

Wielowiejska-Giertuga A.

• Metal Forming Institute in Poznan, Poland

autor

Wiśniewski T.

• Metal Forming Institute in Poznan, Poland

autor

Barczewski M.

• Poznan University of Technology, Department of Plastics, Poland

autor

Łapaj Ł.

• Department of General, Oncologic Orthopaedics and Traumatology, Karol Marcinkowski Medical Universityin Poznan, Poland

autor

Gierzyńska-Dolna M.

• Metal Forming Institute in Poznan, Poland

Bibliografia

• 1. Bochenek A., Reicher M.: Anatomia ogólna. Kości, stawy i więzadła, mięśnie, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa. Anatomia człowieka podręcznik dla Studentów medycyny i lekarzy / Adam Bochenek, Michał Reicher, t. 1. (2013).
• 2. Narkiewicz O., Moryś J., Dziewiątkowski J., Kubik W.: Anatomia człowieka. Podręcznik dla studentów, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa (2010).
• 3. Woźniak W., Aleksandrowicz R.: Anatomia człowieka. Podręcznik dla studentów i lekarzy, Wydaw. Medyczne Urban & Partner, Wrocław (2003).
• 4. Gierzyńska-Dolna M.: Biotribologia, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa (2002).
• 5. Abdel-Jaber S., Belvedere C., Leardini A., Affatato S.: Wear simulation of total Knee prostheses using load and kinematics waveforms from stair climbing. J Biomech. 48, 5 (2015)3830-6.
• 6. Kurtz S.M.: UHMWPE biomaterials handbook. Ultra-high molecular weight polyethylene In total joint replacement, Elsevier/Academic Press, Amsterdam (2009).
• 7. Hsu S.M., Sengers J.V.: Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Wear Particles Effects on Bioactivity, NIST Special Publication 1002, Waszyngton (2003).
• 8. Kurtz S.M., MacDonald D.W., Kocagöz S., Tohfafarosh M., Baykal D.: Can Pin-on-Disk Testing Be Used to Assess the Wear Performance of Retrieved UHMWPE Components for Total Joint Arthroplasty? Biomed Res Int. 58 (2014), 1–6.
• 9. Wang A., Zeng H., Yau S., Essner A., Manely M., Dumbleton J.: Wear,oxidation And mechanical properties of a sequentially irradiated andannealed UHMWPE in Total joint replacement. J.Phys.D:Appl.Phys. 39 (2006) 32–13.
• 10. Kurtz S.M., Mazzucco D., Rimnac D., Schroeder C.M.: Anisotropy and oxidative Resistance of highly crosslinked UHMWPE after deformation processing by solidstate Ram extrusion, Biomaterials, 27 (2006) 24–34.
• 11. Kurtz S.M., Bracco P., Costa L., Oral E., Muratoglu O.K., Vitamin E-Blended UHMWPE Biomaterials, UHMWPE Biomaterials Handbook (Third Edition) (2016) 293–306.
• 12. Takahashi Y., Masaoka T., Yamamoto K., Shishido T., Tateiwa T., Kubo K., Pezzotti G., Vitamin-E blended and infused highly cross-linked polyethylene for total Hip arthroplasty: A comparison of three-dimensional crystalline morphology and Strain recovery behavior, Journal of Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 36 (2014) 59–70.
• 13. Halma J.J., Eshuis R., Vogely C., Van Gaalen S.M., de Gast A., An Uncemented Iso-Elastic Monoblock Acetabular Component: Preliminary Results, The Journal Of Arthroplasty, 30 (2015) 615–621.
• 14. Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., J. Thomalla, Metody i ocena właściwości Tworzyw sztucznych, WNT (2000).
• 15. Souza V.C., Oliveira, J. E., Lima, S. J. G. And Silva, L. B., Influence of Vitamin C On Morphological and Thermal Behaviour of Biomedical UHMWPE. Macromol. Symp., 344 (2014) 8–13.
• 16. Rybak T., Gierzyńska-Dolna M., Sulej-Chojnacka J., Wiśniewski T., Nowe materiały Na wkładki endoprotez stawu kolanowego, Tribologia, 5 (2010), 223–233.
• 17. ASTM F2003-08 (2008): Standard Practice for Accelerated Ageing of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene after Gamma Irradiation in Air.
• 18. ISO 14242-2:2012, Implants for surgery – Wear of total hip-joint prostheses – Part 2: Methods of measurement.
• 19. Budynas R., Nisbett K., Shigley's Mechanical Engineering Design 10th Editin, Mcgraw-Hill Education, New York, 2015.
• 20. Lee K. K., Teo E. C., Fuss F. K., Vanneuville V., Qiu T. X., Ng H. W., Yang K., Sabitzer R. J., Finite-Element Analysis for Lumbar Interbody Fusion Under Axial Loading, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 51, 3 (2004) 393–400.
• 21. Senapati S. K., Pal S., UHMWPE-alumina ceramic composite, an improved prosthesis Materials for an artifical cemented hip joint, Trends Biomater. Artif. Organs. 16, 1 (2012) 5–7.
• 22. Oonishi H., Kuno M., Tsuji E., Fujisawa A., The optimum dose of gamma radiation-Heavy doses to low wear polyethylene in total hip prostheses, Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 8, (1997), 11–18.
• 23. Podrez-Radziszewska M., Dudziński W., Wpływ promieniowania wysokoenergetycznej wiązki elektronów na własności PE-UHMW, Materiały X Seminarium „Tworzywa sztuczne w budowie maszyn”, Kraków (2003), 303–306.
• 24. Cazéa C., Devaux E., Crespy A., Cavrot J.P., A new method to determine the Avrami exponent by d.s.c. Studies of non-isothermal crystallization from the molten State, Polymer, 38, 3 (1997), 497–502.
• 25. ASTM F732 - Standard Test Method for Wear Testing of Polymeric Materials Used in Total Joint Prostheses.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.