摩耗面マルチスケール構造解析による人工関節の統一的生体内摩耗モデルの構築

利用磨损表面的多尺度结构分析构建统一的人工关节体内磨损模型

• 批准号: 13750121
• 负责人: 澤江 義則
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750121/
• 关键词: 人工関節; 摩耗; 超高分子量ポリエチレン; セラミックス; 耐食性金属; 多方向滑り摩耗試験; 摩耗面構造解析

本年度は多方向滑りピン・オン・プレート摩耗試験機を用いて,現在臨床において摩耗が大きな問題となっている超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)に関する摩耗試験を行った.一連の摩耗試験では,摩擦相手面材質および潤滑液組成がUHMWPE比摩耗量,およびUHMWPEの摩耗面形態に及ぼす影響について評価を行った.その結果,以下のような点が明らかとなった.1.摩擦相手材としてアルミナセラミックスを用いた場合,人工関節用耐食性金属材料であるCoCr合金を相手材とした場合と比較し,UHMWPE摩耗量が1/2程度となった.このような摩擦相手材の違いによる比摩耗量の変化は,生体内から抜去されたポリエチレン部品に見られた傾向と定量的に一致しており,このことからこの多方向滑り摩耗試験の有効性が確認された.2.摩擦相手材はUHMWPE摩耗面の微細な形態に対しても大きな影響をもつことが確認された.アルミナセラミックスを相手材とした場合,UHMWPE摩耗面には粒径数十〜数百nm程度の粒状構造が特徴的に観察されたのに対し,CoCr合金を相手材とした場合には,長さ数百nm程度の繊維状構造が多数観察された.このような摩耗面形態の相違は定性的に臨床結果と一致した.3.摩耗試験に用いる潤滑液の組成も,UHMWPE比摩耗量および摩耗面形態の両者に大きな影響を及ぼした.生体内環境に近い希釈牛血清潤滑下では比摩耗量,摩耗面形態とも生体内から抜去されたポリエチレン部品に近くなるものの,タンパク質等の成分を含まないリン酸干渉生理食塩液中では,比摩耗量が有意に小さく,また摩耗面形態も大きく異なっていた.このようなことから,タンパク質等の生化学成分が生体内における摩耗機構に大きな役割を果たしていることが示唆された.また上記の摩耗試験と平行し,摘出人工膝関節について摩耗状態の詳細な観察を行い,その形態的特長と摩耗機構について検討を行った.

This year は direction more slippery り ピ ン · オ ン · プ レ ー ト を "consumption test machine with い て, now clinical に お い て mo が consumption big き な problem と な っ て い る ultra-high molecular weight ポ リ エ チ レ ン (UHMWPE) に masato す る friction loss test line を っ た. For の friction loss test で は, phase hand side friction material お よ び lubricant composition が UHMWPE than the consumption, お よ び UHMWPE の rubbing surface morphology に and consumption ぼ す influence に つ い て review 価 を line っ た. そ の as a result, the following の よ う な point が Ming ら か と な っ た. 1. Rubbing your hand と し て ア ル ミ ナ セ ラ ミ ッ ク ス を with い た occasions, artificial masato section presents diets resistant metal materials で あ る CoCr alloy を hand material と し た occasions と し, UHMWPE friction consumption が 1/2 degree と な っ た. こ の よ う な rubbing your hand の violations い に よ る than the consumption of の - は, born in vivo か ら sorting to さ れ た ポ リ エ チ レ ン ministry to see に ら れ た consistent tendency と quantitative に し て お り, こ の こ と か ら こ の direction more slippery り friction loss test の have sharper sex が confirm さ れ た. 2. Rubbing your hand は UHMWPE friction surface の subtle な consumption form に し seaborne て も big き な influence を も つ こ と が confirm さ れ た. ア ル ミ ナ セ ラ ミ ッ ク ス を hand material と し た occasions, UHMWPE friction loss surface に は size dozens to hundreds of nm level の が granular structure of 徴 に 観 examine さ れ た の に し, seaborne CoCr alloy を hand material と し た occasion に は, long さ hundreds of nm level の 繊 d structure が most 観 examine さ れ た. こ の よ う な rubbing surface morphology consumption の conceives は qualitative に clinical results agree と し た. 3. The friction test に is composed of に る lubricating fluid <e:1>, and the UHMWPE has a に greater <s:1> な influence on を and ぼ on た た compared to the および friction surface shape <e:1>. Born in vivo environment に nearly い bush 釈 bovine serum lubrication under で は than the consumption, the consumption of surface morphology と も born in vivo か ら sorting to さ れ た ポ リ エ チ レ ン part に nearly く な る も の の, タ ン パ ク quality etc. の composition contains を ま な い リ ン acid dry involved physiology in food salt liquid で は, than the consumption of が intentionally に small さ く, ま た rubbing surface morphology も consumption big き く different な っ て い た. こ の よ う な こ と か ら, タ ン パ ク の biochemical composition of が born in vivo に お け る friction consumption institutions に large き な "を cut fruit た し て い る こ と が in stopping さ れ た. ま た written の friction loss test と parallel し, pick the artificial knee masato section に つ い て friction consumption state の detailed な 観 examine を い, そ specialty と の form of consumption institutions に つ い て 検 line for を っ た.

项目成果

趙 昌煕: "摘出人工膝関節における摩耗の評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. Vol.22. 169-173 (2001)

Chang-hee Cho：“摘除人工膝关节的磨损评估”日本临床生物力学学会杂志，第 22 卷，169-173（2001 年）。

Y.Sawae: "Wear Mechanism of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene in Multidirectional Sliding Wear Test"Proc. International Tribology Conference Nagasaki, 2000. 1521-1526 (2001)

Y.Sawae：“超高分子量聚乙烯多向滑动磨损试验中的磨损机理”Proc。

Y.Sawae: "Quantitative Evaluation of Wear Property of Polyethylene-on-Ceramic Sliding Pairs for Joint Prostheses in Multidirectional Sliding Test"Bioceramics. VOL.14. 665-668 (2001)

Y.Sawae：“多向滑动试验中关节假体聚乙烯陶瓷滑动副磨损性能的定量评价”生物陶瓷。

Y.Sawae: "Role of Synovia in Wear Mechanism of UHMWPE"Tribology in Biomechanical Systems, Science and Applications. (in press). (2001)

Y.Sawae：“滑膜在 UHMWPE 磨损机制中的作用”生物力学系统、科学和应用中的摩擦学。

澤江義則: "プラズマ浸炭チタン合金の人工関節摩擦面材料としての評価"日本臨床バイオメカニクス学会誌. Vol.22. 421-426 (2001)

泽江义典：“等离子渗碳钛合金作为人工关节摩擦表面材料的评价”日本临床生物力学学会杂志第 22 卷 421-426（2001 年）。