2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the effects of antioxidant incorporation on molecular structure and mechanical properties in polyethylene hip joint prostheses
| 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, 講師 (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 | 人工股関節 / ビタミンＥ / 超高分子量ポリエチレン / 微細構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、抗酸化ビタミンＥ添加（混合）及び無添加高度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）を比較分析し、ビタミンＥの存在によって外部応力に対する材料の力学的応答性がどのように変化するのかを検証することが目的であった。なお両材料の架橋密度には有意差が無いことをゲル分率評価から予め確認している。微細構造は、共焦点偏光ラマン分光法と方位分布関数を導入した数式アルゴリズムを用いて非破壊分析した。一軸性圧縮歪み試験は、アーチファクトが最も少ないため、上述の構造変化の検証において最適な荷重モードであると考え、各試料に10％の圧縮ひずみを負荷した。変形前後での結晶化度を比較したところ、ビタミンＥ無添加HXLPEでは、摺動面表層付近にて有意な結晶化度の増大を認めた。これは、主に準結晶相（第三相）が外部応力の作用によって結晶化したことが原因であった。一方、ビタミンＥ無添加HXLPEでは、変形前後で結晶化度の増大に有意差はなく、準結晶相の有意な増大を認めた。さらに非晶（アモルファス）相の有意な減少が認められたことから、ビタミンＥの存在下では完全な結晶化が阻害され、変形を受けた非晶相は準結晶へと変化することが確認された。非晶相は通常、弾性的挙動を示すため、除荷後に構造が復元し、相分率が変化しないと考えられていたが、ビタミンＥ存在下では同相が塑性的挙動を示すことが分かった。さらに表層付近の構造異方性に関して、ビタミンＥ無添加HXLPEでは結晶配向度に有意な差は認められず、またビタミンＥ添加HXLPEでは結晶配向度の有意な増大を認めた。上記のことから、HXLPE内にビタミンＥを混合することは、分子流動性を増加させ、荷重変形時に構造異方性を高めることから、股関節ライナーでの使用においては耐摩耗性に影響を及ぼす可能性があると考えられた。
|
