Backside wear due to micromotion and poor conformity between the liner and its titanium alloy shell may contribute to the high rates of retroacetabular osteolysis and consequent aseptic loosening. The purpose of our study was to understand the wear process on the backside of polyethylene liners from two acetabular cup systems, whose locking mechanism is based on a press-fit cone in combination with a rough titanium conical inner surface on the fixation area. A direct comparison between in vitro wear simulator tests (equivalent to 3 years of use) and retrieved liners (average 13.1 months in situ) was done in order to evaluate the backside wear characteristics and behavior of these systems. Similar wear scores between in vitro tested and retrieved liners were observed. The results showed that this locking mechanism did not significantly produce wear marks at the backside of the polyethylene liners due to micromotion. In all the analyzed liners, the most common wear modes observed were small scratches at the cranial fixation zone directly below the rough titanium inner surface of the shell. It was concluded that most of the wear marks were produced during the insertion and removal of the liner, rather than during its time in situ.

This study aims to evaluate and compare the properties of a biomedical clinically established zirconium nitride (ZrN) multilayer coating prepared using two different techniques: pulsed magnetron sputtering and cathodic arc deposition. The investigation focuses on the crystalline structure, grain size, in-vitro oxidation behaviour and tribological performance of these two coating techniques. Experimental findings demonstrate that the sputter deposition process resulted in a distinct crystalline structure and smaller grain size compared to the arc deposition process. Furthermore, in vitro oxidation caused oxygen to penetrate the surface of the sputtered ZrN top layer to a depth of 700 nm compared to 280 nm in the case of the arc-deposited coating. Finally, tribological testing revealed the improved wear rate of the ZrN multilayer coating applied by sputter deposition.

The surface composition and microstructure of an up to 5 µm thick multilayer on a knee implant were investigated. When the implant was explanted after approximately two years of clinical use due to failure from aseptic loosening, the topmost ZrN layer was found to be oxidized. Interestingly, only the non-articulating area was visibly oxidized (color change). Up until then, the formation and characteristics of the oxide and its influence on the tribological performance remained uncertain. The oxide was thoroughly analyzed using scanning (transmission) electron microscopy (STEM) and atom probe tomography (APT). The articulating and non-articulating areas were compared with an as-fabricated implant, which served as a reference. The results show that a thin oxide was also present on the articulating surface. All measured oxides were thicker than expected from native oxidation. The oxygen content of the majority of the oxide, measured with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and APT, was lower than required for the stable ZrO₂ form. Underneath the oxide, the ZrN layer remained unaffected, demonstrating the oxide's effective passivating behavior against further oxidation. No cobalt from the substrate was detected within the ZrN layer, proving the multilayer's excellent barrier function against ion release from the base metal. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: In our aging society, the use of artificial knee implants is widespread. Implant failure is not only costly, but often connected with pain for the patient and inevitably involves the implantation of a new joint. Hence, understanding the origin of joint failure is of high importance to extend the lifetime of the implant. In this research, we investigate the influence of a surface oxide, formed on an explant which failed after ∼ 2 years, on the multilayer stability. As a novelty, we focus not on the wear of the polyethylene gliding surface but on the formed oxide. The use of high-resolution analysis techniques allowed us to get a glimpse on the ongoing mechanisms at the explants surface.

предыдущие исследования были посвящены износу тыльной поверхности кратковременно имплантированных вкладышей в сравнении со вкладышами, тестируемыми in vitro, в течение равного количества времени. в результате были продемонстрированы сравнимые результаты в обеих группах, при этом не было отмечено существенного износа тыльной поверхности вследствие микроподвижности. Цель исследования — получить данные об общем износе (артикулирующей поверхности и тыльной поверхности) полиэтиленовых вкладышей, стабилизированных 0,1% витамином е, которые блокировали за счет пресс-фит посадки в шероховатой титановой внутренней поверхности чашки. условия моделирования износа составляли 200 миллионов циклов движений тазобедренного сустава. Материал и методы. для оценки степени повреждения тыльной поверхности вкладышей использовали полуколичественный метод. степень износа сочленяющихся поверхностей определяли с использованием 3d координатно-измерительного прибора. Результаты. общий средний показатель износа тыльной поверхности вкладышей составил 22,00±2,59, максимальный общий показатель составил 147 после 5 млн циклов. авторы наблюдали увеличение среднего показателя до 31,92±5,57 через 10 млн циклов, при этом, дальнейшего увеличения показателей через 15 и 20 млн циклом не отмечали. контрольные вкладыши (подверженные только аксиальной нагрузке) продемонстрировали схожие показатели и модели износа как вкладыши, подверженные моделированию износа (аксиальная нагрузка и движение). небольшие царапины, нанесенные во время установки и удаления вкладышей, были четко видны в области фиксации, при этом значимого абразивного истирания не было отмечено. всегда были видны риски на выпуклой поверхности вкладышей. скорость износа сочленяющихся поверхностей составила 7 мкм/год. Выводы. Результаты исследования продемонстрировали, что основной объем износа тыльной стороны вкладышей происходит в процессе их установки и удаления, нежели в период функционирования протеза. Более того, объем износа артикулирующей поверхности был идентичен объему износа, который отмечали in vivo при кратко- и среднесрочной имплантации вкладышей из кросс-линк полиэтилена с высокими поперечными связями без или с добавлением витамина е.