2015 Fiscal Year Research-status Report
抗酸化剤添加が人工関節ポリエチレンの分子構造と力学特性に与える影響の解明
| Project/Area Number |
15K01316
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Medical University |
|---|
Principal Investigator |
正岡 利紀 東京医科大学, 医学部, 講師 (70256270)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 康仁 東京医科大学, 医学部, 助教 (60567668)
宍戸 孝明 東京医科大学, 医学部, 准教授 (70266500)
立岩 俊之 東京医科大学, 医学部, 助教 (00424630)
山本 謙吾 東京医科大学, 医学部, 教授 (10246316)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 人工関節 / ビタミンＥ / ポリエチレン / 微細構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、抗酸化ビタミンＥ混合および非混合高架橋超高分子量ポリエチレン（HXLPE）人工股関節ライナーの微細構造（相分率、分子配向）を詳細に比較分析し、ビタミンＥ混合が構造に与える影響および摩耗・クリープ特性に与える影響に関して検討する。さらに一軸圧縮試験および人工股関節シミュレーション試験後の微細構造の推移を共焦点/偏光ラマン分光分析を用いて追跡調査する。特に3次元分子配列の観点から長期耐用実現のカギとなる最適な分子構造設計を解明し、次世代の抗酸化摺動面材料開発への足掛かりとするのが目的である。平成27年度より本研究では、非破壊分析法として知られる共焦点ラマン分光を用い、ビタミンＥ混合および非混合HXLPEライナー（n=各3）の相分率（結晶化度, 非結晶化度）をライナー表層から深層にかけて計測した。結晶化度は材料強度と非常に関連の深い重要な構造因子であるが、両ライナーにて摺動面からの深さに依存した傾斜的変化を確認した。特に表層100μmでは結晶化度の減少が見られたが、これは製造時の切削・研磨の影響であると推察された。またビタミンＥ混合材料では非混合材料に比べて深層結晶化度が低いことから、ビタミンＥの存在が結晶化を阻害する可能性が示唆された。さらに非結晶相は、アモルファス相と、結晶－アモルファスの中間相（第三相）から構成されるが、ビタミンＥ混合は、アモルファス分率を増加させ、中間相を減少させる傾向が観察された。アモルファス相の増加は、インプラント荷重時に圧縮変形を促進させる可能性があり、次年度以降は相分率のみならず分子配向性も考慮した偏光ラマン解析を実施し、両材料の塑性変形前後での構造変化を分子レベルで調査する予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
共焦点ラマン分光法を用いた抗酸化ビタミンＥ混合および非混合高架橋超高分子量ポリエチレン（HXLPE）人工股関節ライナーにおける詳細な相分率（結晶・アモルファス・中間相分率）解析が終了しているため、当初予定通りに問題なく進行していると考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在は、初年度に解析した各ライナーに対して、約10%の圧縮塑性変形を与え、歪負荷後の相分率および分子配向度の計測を、共焦点顕微ラマン分光法を用いて行っている。一定の変化が得られなければ、データの信頼性向上を目的として、必要に応じて実験サンプル数を増やした追加試験を行う予定である。
|
| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は下記の２点が挙げられる；（１）最終年度の消耗品購入に多くの予算が必要になることが想定されるため；（２）国内外への学会参加を本事業実施の途中年度では控えているため （信頼性の高いまとまった研究成果として最終年度で国内外の学会で発表することを希望しているため）
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
レーザーや光学フィルターなどの高価な消耗品に使用する。精力的に国内外の学会で本事業成果を発表する。
|
