接触圧力低減を目的とした人工膝関節脛骨インサートの電子線照射による強靭化

• 研究課題/領域番号: 17K06125
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 菊川 久夫 東海大学, 工学部, 教授 (50246162)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 強度評価 / 人工膝関節 / 超高分子量ポリエチレン / 放射線照射 / 強靭化 / 強靱化 / 塑性流動圧力

研究成果の概要

接触圧力低減を目的とした人工膝関節脛骨インサートの電子線照射による強靭化について検討した。ガンマ線照射したUHMWPE試験片の引張試験ならびに硬さ試験を行い、照射による力学的特性の強靭化に対する明確な変化を見出すことができた。電子線の照射については、ガンマ線の照射線量と同様な条件で予備実験が完了している。 試験後の材料分析については、電子スピン共鳴装置により実施しており、ラジカル種の分析とその評価ができる仕組みを構築できた。以上の結果を反映させた関節接触問題解析モデルにより、関節内の環境にできるだけ近い条件で、UHMWPEに加わる応力を評価できると考えている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の学術的意義や社会的な意義は、この接着技術を人工関節用高分子材料表面の改質に応用しようとするところにある。すなわち本研究は、接触部分の耐久性向上が困難な現行の人工関節材料において、関節表面に優れた低ヤング率、低摩耗、高強度高分子材料の生成、あるいは高性能異種高分子の接着を電子線処理により実現させ、接触面圧力の低減を図ろうとする独創的なものと考えている。