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高交联聚乙烯(HXLPE)被引入临床使用

高新材料 高交联聚乙烯 HXLPE 辐照处理
发布:2020-11-16 15:11:44     来源:嘉思特医疗

在髋关节置换中,为减少磨损和骨溶解引起的翻修发生率,高交联聚乙烯(HXLPE)被引入临床使用。

1. 第一代HXLPE

第一代HXLPE的生产工艺包含三个重要的步骤:辐照处理、辐照后的热处理、灭菌。理想情况下,磨损减少的大小与辐照吸收剂量成正比,通常吸收剂量约100kGy时,交联达到饱和。照射源(伽马或电子束)的选择对聚合物的耐磨性没有实质影响,商业材料都采用这两种方法。

虽然从耐磨性的角度来看交联是非常有益的,但它的代价是分子流动性降低,材料的延展性降低,以及由于分子链的交联而降低疲劳和抗断裂能力。因此,交联改善了某些特性,但牺牲了其他特性,所以骨科植入物材料必须在交联量与保持机械特性和/或抗氧化性之间取得平衡。

热处理工艺的选择对结晶度和力学性能有显著影响,还可以影响材料的抗氧化性,其中在熔点(约137℃)以下的热加工成为退火,熔点以上的热加工称为重熔。

在剂量为100 kGy时,重熔材料的弹性模量、屈服应力和极限应力均略低于退火材料的相应性能。

退火后的材料结晶度为60%,而重熔后的材料结晶度为43%。在整个应力-应变曲线中,与重熔材料相比,退火材料的较高结晶度导致其更大的抗塑性变形能力。

尽管退火和重熔两种工艺各有优缺点,但这两种材料的临床表现总体上是成功的。

2. 第二代HXLPE

除磨损外的临床失败模式,如断裂、由于位置不正引起的撞击等,可能成为了HXLPE长期临床表现的新的限制因素。围绕抗氧化性和边缘断裂等的重要性的争论,促进了第二代HXLPE的发展。第二代HXLPE指使用辐照以外的方法减少材料磨损,如多次退火、加入维生素E等。

第二代HXLPE的目的是材料氧化性,同时保留甚至提高在高应力应用中所需要的机械性能。

(A)加速老化结合循环变形的试验装置;(B)在加速老化条件(80℃,空气)下进行的常规弯曲试样试验,并在初始应力为10 MPa时进行循环变形;(C)在相同条件下对添加维生素E、经辐照的UHMWPE试样进行了5周测试,没有出现裂纹;(D)经过循环变形和加速老化5周的常规和添加维生素E、经辐照的UHMWPE的平均氧化情况。

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