人工関節材料の摩耗試験法の開発

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超高分子量ポリエチレンは,人工関節材料として優れた性質を有しており,臨床で広く用いられているが,摩耗により生じた摩耗粉が,人工関節と骨との緩みの原因となり,人工関節の寿命を制限する大きな原因となっている.人工関節材料の摩耗評価法としては,試験の簡便さから一方向滑り試験が多く用いられている.しかし,実際に生体内から取り出された人工関節の比摩耗量に比べ,試験機で得られる比摩耗量は非常に小さく,実際の使用条件を十分に再現していない.そこで本研究では,運動条件と摩耗量の関係に着目して,超高分子量ポリエチレンとステンレス間の摩耗試験を一方向運動と多方向運動の2種類の運動条件下で行った.その結果,多方向運動の場合は,単純な一方向運動と比較して摩耗量が非常に大きくなることが確認され,臨床と近い結果が得られた.試験後の摩擦面の観察より,多方向運動と一方向運動では超高分子量ポリエチレンの移着膜形成状態が異なっていることが確認された.また,超高分子量ポリエチレンと同様の分子構造を有する四ふっ化エチレン樹脂でも摩耗に関して同様の結果を得た.四ふっ化エチレンの比摩耗量は超高分子量ポリエチレンと比較して非常に大きいので,荷重や運動条件が摩耗に与える影響を短期間で調べる試験に用いることができる可能性がある.摩耗機構については今後詳細な検討が必要であるが,人工関節材料の摩耗試験法には,多方向試験が優れていることがわかった.