Methoden zur mechanischen Charakterisierung von modifizierten Implantatoberflächen in der Orthopädischen Chirurgie

Abstract

Derzeit müssen in den ersten 10 Jahren nach Implantation durchschnittlich etwa 10 % aller Hüft-und Knieendoprothesen ausgetauscht werden. Eine Revision ist meist infolge aseptischer oder septischer Lockerung der Implantate erforderlich. Zur verbesserten Osteointegration werden Implantate für die Orthopädische Chirurgie heute zunehmend beschichtet. Beschichtungen müssen biokompatibel sein und hohen mechanischen Anforderungen gerecht werden. Hierbei spielen die Haftfestigkeit und die Abriebbeständigkeit der Schichten eine Schlüsselrolle. In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur experimentellen Bestimmung dieser Parameter mittels verschiedener Verfahren exemplarisch an zwei innovativen Implantatbeschichtungen (TiN und TiO2-Cu) vorgestellt. Zur Ermittlung der Haftfestigkeit wurden unterschiedliche, standardisierte Verfahren verwendet. Dazu zählten der Dornbiegeversuch, die Ritzprüfung und der Stirnzugversuch. Die Abriebbeständigkeit wurde in einem speziellen Prüfstand nach 1,5 Mio Lastzyklen ermittelt. Die Untersuchungen zeigten, dass die beiden getesteten TiN-und TiO2-Cu-Schichten haftfest und abriebbeständig waren. Mit den genannten Verfahren lassen sich die Haftfestigkeit und die Abriebbeständigkeit von bioaktiven, verschleißmindernden oder anti-allergenen Oberflächenbeschichtungen für Endoprothesen zuverlässig bestimmen.Schlüsselworte: mechanische Charakterisierung, Implantatoberfläche, Beschichtung, Abriebbeständigkeit, Haftfestigkeit.Nowadays, on average approximately 10 % of all hip and knee endoprostheses have to be exchanged within the first 10 years. Implant revision is often necessary following aseptic or septic loosening. Hence, today implants for orthopaedic surgery are increasingly being coated for better osseointegration. Coatings have to be biocompatible and meet high mechanical requirements, whereby the adhesive strength and the abrasive wear resistance of the coatings take on a key role. This study presents different methods to asses these parameters experimentally using two innovative coatings (TiN, TiO2-Cu) exemplary. The adhesive bonding strength of the coatings was investigated using different standardised methods, such as the arbour bending test, scratch test and the standard adhesive test. Wear resistance was determined after 1.5 million cycles in a special testing machine. The investigations showed for both coatings, TiN and TiO2-Cu, good adhesive strength and wear resistance. The adhesive strength and wear resistance of bio-active, wear reducing or anti-allergenic surface coatings can be determined reliably using the above-mentioned methods.

Anti-Adhesive Finishing of Temporary Implant Surfaces by a Plasma-Fluorocarbon-Polymer

“…PFP coated cylinders (120 mm coated length, 12 mm in diameter) were tested, the total wear debris in artificial bone per 1 million load cycles was determined concerning the abrasive strength. A special testing device [12][13] modified by Fritsche et al [14] was used.…”