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  1. 学位論文
  2. 博士論文
  3. 学位授与年月日:2015.09.24

Silicon Nitride: A Unique Bioceramic for Total Joint Arthroplasty

http://hdl.handle.net/10212/2300
http://hdl.handle.net/10212/2300
9b632171-33e9-4dbf-a647-4824dc80535b
名前 / ファイル ライセンス アクション
D2-0198_y1.pdf 内容の要約 (13.4 KB)
D2-0198.pdf 内容・審査結果の要旨 (354.3 KB)
Item type 学位論文 / Thesis or Dissertation(1)
公開日 2017-07-04
タイトル
タイトル Silicon Nitride: A Unique Bioceramic for Total Joint Arthroplasty
言語 en
その他のタイトル
その他のタイトル 窒化ケイ素:人工関節置換術における特異的生体機能セラミックス
言語 ja
作成者 マッキンタイア, ブライアン ジェイ

× マッキンタイア, ブライアン ジェイ

en MCENTIRE, BRYAN JAY

ja マッキンタイア, ブライアン ジェイ

Search repository
アクセス権
アクセス権 open access
アクセス権URI http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 silicon nitride
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bioceramic
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 orthopaedic
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 arthroplasty
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 hip
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 knee
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bearing
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 bioinert
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 Raman spectroscopy
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 cathodoluminescence spectroscopy
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 wear
主題
言語 en
主題Scheme Other
主題 polyethylene
内容記述
内容記述タイプ Abstract
内容記述 Advanced bioceramics currently play important curative roles for various orthopaedic morbidities, including their use as bearing surfaces in total hip arthroplasty (THA). Introduced during the latter half of the 20th century, these materials rapidly evolved from monolithic alumina (Al2O3) and yttria-stabilized zirconia (Y-TZP) to alumina-zirconia composites (ZTA). While their use in THA has proliferated because of their perceived bioinertness, they have yet to deliver the promised objective of being “lifetime” devices; which, in fact, brings into question the very definition of bioinertness. However, only recently have investigative tools been developed which allow examination of the surface chemistry and mechanical properties of these materials at the molecular level. In this thesis, Raman and cathodoluminescence spectroscopy coupled with traditional micromechanical methods were employed to evaluate the surface chemistry and fracture toughness of three bioceramics: Al2O3, ZTA, and a promising alternative non-oxide material, silicon nitride (Si3N4). Contrary to conventional wisdom, oxide-based ceramics were not bioinert. Indeed, bio-tribological interactions resulted in the release of oxygen from Al2O3, and mechanical instability in ZTA, which in turn, may accelerate oxidative degradation in polyethylene and increased wear of self-mated bearings, respectively. On the other hand, Si3N4 was also not bioinert; but uniquely, it possesses positive non-bioinertness. It scavenges oxygen from the tribolayer instead of releasing it, thereby providing a protective benefit to polyethylene; and its surface toughness is immune to even severe hydrothermal conditions. Nevertheless, wear studies using self-mated Si3N4 bearings exhibited fluctuating friction (i.e., slip-stick behavior), which was also attributable to chemical interactions with the biologic environment. Overcoming this limitation represents a key challenge and recommendation for this novel biomaterial. Lastly, it was also discovered that Si3N4’s tribochemical wear products (i.e., predominately silicic acid, Si(OH)4, and ammonia, NH3) are soluble, resorbable, and can potentially buffer the local pH within the joint capsule. As such, Si3N4 may yet prove to be beneficial for arthritic patients whose diseased joints have degeneratively low pH values. While additional research is required, particularly to overcome the unfavorable frictional behavior for self-mated bearings, Si3N4’s performance as an articulation device appears particularly promising.
言語 en
日付
日付 2015-09-24
日付タイプ Issued
言語
言語 eng
資源タイプ
資源タイプ識別子 http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
資源タイプ doctoral thesis
学位授与番号
学位授与番号 乙第198号
学位名
言語 ja
学位名 博士(工学)
学位授与年月日
学位授与年月日 2015-09-24
学位授与機関
学位授与機関識別子Scheme kakenhi
学位授与機関識別子 14303
言語 ja
学位授与機関名 京都工芸繊維大学
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Ver.1 2025-09-08 00:53:53.590924
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