高度架橋ポリエチレン製人工股関節の超長期耐用性の実現を目指した材料設計の至適化

优化材料设计实现高交联聚乙烯人工髋关节超长期耐久性

• 批准号: 21K12758
• 负责人: 立岩 俊之
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12758/
• 关键词: 人工股関節; 超高分子量ポリエチレン; 耐摩耗性; 抗酸化性; 耐疲労性; 高度架橋ポリエチレン; 長期耐用性

本研究では、人工股関節全置換術（THA）用インプラントである超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）寛骨臼ライナーを対象に、抗酸化・耐摩耗・耐疲労性の3つの視点で各種物理化学的耐久試験を実施し、これらの知見を統合することでポリエチレン人工股関節のミクロ構造からマクロデザインまでを定量的に至適化することを目的としている。2022年度は、ASTM F2003に準拠した強制酸化試験（70℃, 5 atm）を最大18週行い、赤外分光およびラマン分光法を用いた微細構造分析を経時的に実施した。対象は、抗酸化ビタミンE（dl-alpha-tocopherol）含有量が異なる（0, 1000, 3000, 7000 ppm）高度架橋UHMWPE（n=各３個）とした。結果は、ビタミンE無添加のUHMWPEでは、2週目以降からシグモイド状に酸化度が急増し、酸化反応が連鎖的に生じていることを確認した。さらに酸化反応に関連したトランスビニレン濃度の増加および結晶化度の増加を認めた。一方、1000 ppm以上のビタミンＥを含有した製品では18週後も酸化は非常に軽微であり、いずれも初期構造を保持していた。ビタミンE濃度が高く、トランスビニレン濃度が低いほど抗酸化能は高い傾向が見られた。トランスビニレン濃度低減のためには、架橋時の放射線源として電子線よりγ線を採用し、線量は必要最低限に留めることが有効であると考えられた。

在这项研究中，从超聚合物质量聚乙烯（UHMWPE）的三个角度来看，各种物理化学耐药性，这是所有人工髋关节（THA）的植入物（THA）。聚乙烯人造关节至宏设计。在2022财年，进行了长达18周的ASTM F2003的强制氧化物测试（70°C，5 ATM），并随着时间的推移进行了红外线和拉曼光谱法进行精细的结构分析。该靶标是抗氧化剂维生素E（DL-Alpha-托酚）含量（0，1000，3000，7000 ppm），高度桥UHMWPE（每个3）。结果，维生素E -ADD -Fre -Fre -Fre -Fre -Fre -Fre -Fre -UHMWPE证实，氧化从第二周起就飙升，并且氧化反应发生在链中。此外，观察到与氧化反应相关的经乙烯基浓度和结晶的增加。另一方面，含有1000 ppm或更多维生素E的产品非常小，并且它们都具有初始结构。维生素E浓度越低，跨乙烯浓度越低，抗氧化能力的趋势就越高。为了降低特兰斯维易烯的密度，被认为在交联时从电子射线中采用了γ砂作为辐射源，并且将剂量保持在最低限度。