超長寿命型人工膝関節開発のためのデラミネーション破壊抑制に関する研究

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K11924
• Research Institution: Tokyo Medical University
• Principal Investigator: 高橋 康仁 東京医科大学, 医学部, 助教 (60567668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 立岩 俊之 東京医科大学, 医学部, 准教授 (00424630) ; 宍戸 孝明 東京医科大学, 医学部, 教授 (70266500) ; 正岡 利紀 東京医科大学, 医学部, 准教授 (70256270) ; 山本 謙吾 東京医科大学, 医学部, 主任教授 (10246316)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 人工膝関節 / 超高分子量ポリエチレン / 脛骨インサート / 微構造解析 / デラミネーション耐性

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、人工膝関節全置換術（TKA）で使用される超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）脛骨インサートを対象として、製造因子がインプラント表層の剥離（デラミネーション破壊）に与える影響を詳細に解析することにより、生体環境における長期耐久性向上を目指すものである。
初年度は、UHMWPEの平均分子量（4.7-8.7 (10^6 g/mol)）、架橋線量（0-130 kGy）、および抗酸化剤（dl-α-tocopherol）添加濃度(0->0.5 wt.%)の異なる８種類の脛骨インサート（各n=4: 計32個）に対してデラミネーション試験用のフラット加工を施し、試験部位をマーキングした。またレーザーラマン分光法を用いて、マーキング域内の表面微構造（結晶相、非晶相、斜方晶、第三相の体積分率）を非破壊分析した。UHMWPEにおける初期の微構造の違いは、原料樹脂の平均分子量によるところが大きく、架橋線量や抗酸化剤添加量には有意な影響を受けない結果であった。UHMWPEの平均分子量が小さいほど、結晶相、斜方晶の占める割合が大きい傾向を認めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現時点では本研究の遂行において予期せぬ事態や問題等は生じておらず、当初予定通りデラミネーション試験用のインプラント加工および初期構造の分光分析が終了しており、次年度以降の強制酸化試験およびデラミネーション試験の準備に着手している。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降では各脛骨インサートの強制酸化試験を行い、フーリエ変換赤外分光法およびラマン分光法を用いた微構造解析を実施する。強制酸化試験後、デラミネーション試験を実施し、インサート表面の損傷度や微構造の変化などを分子分光法により解析し、各製造因子がデラミネーション耐性に与える影響について考察する。

Causes of Carryover

レーザーや各種フィルタなどの光学機器の交換やその他保守点検や追加サンプルの購入など高額な支出が必要になった場合に備えて、次年度以降の研究の遂行に支障が出ないよう一部の研究費を繰り越すこことした。