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

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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。