title: Amorphe Kohlenstoffschichten zur Erhöhung der Standzeit von Knie-Totalendoprothesen
title: Amorphous carbon coatings for extending the service life of total knee replacements
Creators: name: Rothammer, Benedict
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Biotribology, PVD, PECVD, DLC coatings, total knee replacement
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::60 Technik::600 Technik und Technologie

description: 10.25593/open-fau-929
description: Die Haltbarkeit einer Knie-Totalendoprothese – gerade bei jüngeren, aktiven Patient:innen – bei erhöhter Beanspruchung ist unzureichend. Demnach führen implantatassoziierte Verschleißpartikel zu einer asepti-schen Endoprothesenlockerung infolge von Osteolyse und somit zu vorzeitigem Endoprothesenversagen. Dabei können amorphe Kohlenstoffschichten die hohen Anforderungen an Implantate erfüllen. Sie vereinen ein tribologisch wirksames mit einem biokompatiblen Verhalten und hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Der Fokus dieser Arbeit lag hierbei auf der Applikation sowie auf der mechanisch-biotribologischen präklinischen in vitro Untersuchung von amorphen Kohlenstoffschichten auf metallisch/polymeren Artikulationspartnern von Endoprothesen. Mithilfe rheologischer Untersuchungen und numerischer Simulationen wurde eine anwendungsbezogene, biotribologische Prüfkette, bestehend aus einem Kugel-Drei-Stifte-Tribometer, Stift-Scheibe-Tribometer und vollkinematischen Kniesimulator, aufgespannt. Diese Prüfkette erlaubte eine umfangreiche Verschleißanalyse vieler Kontaktkombinationen in vertretbarer Zeit bezüglich dominierender Verschleißmechanismen, typischer Partikelgrößen und -morphologien sowie deren Korrelation über die Prüfglieder hinweg. In allen Prüfgliedern zeigte sich die biotribologische Wirksamkeit der amorphen Kohlenstoffschichten, welche eine deutliche Erhöhung der Standzeit von Endoprothesen ermöglichen.
description: The durability of a total knee endoprosthesis – especially in younger, active patients, is due to increased higher stresses insufficient. Accordingly, implant-associated wear particles lead to aseptic endoprosthesis loosening as a result of osteolysis and thus to premature failure of the endoprosthesis. Amorphous carbon coatings can meet the high requirements for implants. They combine tribologically effective behavior with high biocompatibility and excellent mechanical properties. The focus of this work was on the application and the mechanical-biotribological preclinical in vitro investigation of amorphous carbon coatings on metallic/polymeric articulation partners of endoprostheses. Using rheological investigations and numerical simulations, an application-related, biotribological test chain consisting of a ball-on-three-pin tribometer, pin-on-disk tribometer and fully kinematic knee simulator was established. This test chain allowed a comprehensive wear analysis of numerous contact combinations in a reasonable time with respect to dominant wear mechanisms, typical particle sizes and morphologies, as well as their correlation across the test links. In all test links, the biotribological effectiveness of the amorphous carbon coatings was shown, indicating a significant increase in the service life of endoprostheses.