Koncepcja dwuetapowych tribologicznych badań biomateriałów i elementów protezy stawu biodrowego człowieka

• Autorzy: Kalbarczyk M. , Piekoszewski W. , Szczerek M. , Wulczyński J.

Warianty tytułu

EN

The idea of two-stage tribological investigation of biomaterials and hip joint endoprosthesis components

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono koncepcje dwuetapowych tribologicznych badań biomateriałów oraz elementów protezy stawu biodrowego. Pierwszy etap badań służy do klasyfikowania skojarzeń biomateriałowych pod względem wartości współczynnika tarcia oraz odporności na zużycie. Badania te realizowane są zgodnie z normą ASTM F 732-82, przy pomocy testera tribologicznego typu trzpień-płytka. Węzeł tarcia zbudowany jest z prostych próbek, stąd niski koszt ich produkcji i przygotowania. Czas pojedynczego testu to około 12 dni. Efektem pierwszego etapu badań jest wyłonienie optymalnej pod względem tribologicznym pary materiałów, z których wyprodukowane zostaną elementy endoprotezy, stanowiące przedmiot drugiego etapu badań. Celem drugiego etapu badań jest ocena właściwości tribologicznych endoprotez wykonanych z materiałów wybranych w pierwszym etapie. Badania realizowane są za pomocą symulatora sferycznych układów kinematycznych w oparciu o normy: ASTM F-732-82, ISO 7206, ISO 14242 oraz raport techniczny ISO TR 9325. Wartość zużycia i intensywności zużywania określana jest za pomocą aparatury do precyzyjnego określania wymiarów (CMM). W przypadku drugiego etapu badań czas pojedynczego testu to co najmniej dwa miesiące, co odpowiada dwuletniemu okresowi użytkowania endoprotezy. Do analizy powierzchni trących, charakteru procesów tribologicznych oraz śladów tarcia wykorzystywany jest mikroskop sił atomowych oraz mikroskop optyczny. Zastosowanie badań dwuetapowych znacząco redukuje koszty próbek oraz wielokrotnie skraca czas trwania testów. Wymieniona wyżej aparatura testująca i analityczna stanowi część wyposażenia Zakładu Tribologii ITeE-PIB.

EN

The paper presents the idea of two-stage tribological investigation of biomaterials and hip joint prosthesis components. The first step concerns the preliminary tribological tests of simple specimens, like pin and disc, performed by means of Reciprocating Pin-on-Flat Testing Machine according to ASTM F 732-82. The aim of this research is to classify the biomaterials according to the wear resistance and friction coefficient and choose the one with the best tribological performance to be investigated in the next stage. The second stage includes the long-term tribological tests of total hip joint prosthesis with the determination of wear volume, wear intensity, friction coefficient, and the surface and structure changes of hip joint elements. The endoprosthesis components research is performed by means of a simulator of tribotesting spheroid kinematic joints, and analytic devices such as optical microscope, atomic force microscope (AFM) and the coordinates measuring machine (CMM). The tribological tests are performed according to conditions suggested in ISO 14242, ISO 7206, ISO TR 9325. The presented idea of the two-stage tribological investigation of biomaterials and hip joint components make it possible to significantly decrease the research costs and radically shorten the investigation time. All aforementioned tribological testing machines as well as analytic devices are parts of equipment of Tribological Laboratory at ITeE-PIB.

Słowa kluczowe

PL

tarcie; zużycie; intensywność zużywania; endoproteza; tester typu trzpień-płytka; symulator stawu biodrowego

EN

friction; wear; wear intensity; endoprosthesis; pin-on-flat tribological tester; hip joint simulator

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 2
• Strony: 223--233
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Kalbarczyk M.

autor

Piekoszewski W.

autor

Szczerek M.

autor

Wulczyński J.

• Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom,

Bibliografia

• [1] Blunt L., Thomas T.R.: Wear ranking of hard bearings for prosthetic hip joints. Wear, 257 (2004), s. 1208-1212.
• [2] Banchet V., Fidrici V., Abry J.C., Kapsa Ph.: Wear and friction characterisation of materials for hip prosthesis. Wear, 263 (2007), s. 1066-1071.
• [3] Dowson D.: A comparative study of the performance of metallic and ceramic femoral head components in total replacement hip joint. Wear, 190(1995), s. 171-183.
• [4] Niemczewska M.: Kształtowanie powierzchni elementów endoprotez wykonanych z materiałów ceramicznych. Rozprawa Doktorska. Politechnika Krakowska. 2006.
• [5] Traykova T., Aparicio C., Ginebra M.P., Planell J.A.: Bioceramics as nanomaterials. Nanomedicine, 1 (2006), s. 91-1006.
• [6] ISO 14242-2: Implants for surgery - Wear of total hip-joint prostheses-Part 2: Methods of measurement.
• [7] Kalbarczyk M., Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M.: The correlation between 3D surface parameters of ceramic element and tribological characteristics in ceramic-polymer joints. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, 43 (2008), s. 7-17.
• [8] Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Samborski T., Wasiak J.: Metoda i urządzenie do badań tribologicznych materiałów na endoprotezy. Tribologia. 5 (2002), p. 1491-1502.
• [9] Tribologiczny zestaw badawczy typu trzpień-płytka T-17. Instrukcja obsługi.
• [10] ISO 14242-1: Implants for surgery Wear of total hip-joint prostheses-Part 1: Loading and displacement parameters for wear-testing machines and corresponding environmental conditions for tests.
• [11] Milosev I., Kosec T.: Metal ion release and surface composition of the Cu-18Ni-20Zn nickel-silver during 30 days immersion in artificial sweat. Applied Surface, 254 (2007), s. 644-652.
• [12] Będziński R.: Biomechanika inżynierska, Wybrane zagadnienia. Politechnika Wrocławska. 1997.