[发明专利]抗氧化的高度交联的UHMWPE

说明书

技术领域

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是在全部关节替换件中最常用的轴承材料且由John Charnley在二十世纪六十年代早期引入(The UHMWPEHandbook，S.Kurtz，Elsevier编辑，2004)。从那时起，该材料高韧度和良好机械性能的结果是，在全部关节替换件中开发了宽泛的各种应用。尽管“常规的”UHMWPE具有优良的临床记录，但由于从UHMWPE轴承表面中释放的磨耗颗粒导致植入物体系的最大寿命受到限制(Willert H.G，Bertram H.，Buchhorn G.H，Clin Orthop 258，95，1990)。这些磨耗颗粒可诱导人体的溶骨(osteolytic)应答，从而导致局部的骨头再吸收和最终导致人工关节的无菌疏松。与常规的γ-灭菌的UHMWPE有关的第二个问题是，在自老化过程中发生的氧化降解。γ射线的能量足以破坏聚乙烯链的一些碳-碳或碳-氢键，从而导致形成自由基。这些自由基部分重组，但它们中的一些寿命长且可与在植入物内存在或者扩散到植入物周围的包装中的氧反应(Costa L.，Jacobson K.，Bracco P.，Brach del Prever.E.M.，Biomaterials23，1613，2002)。氧化降解反应导致材料发脆，并降低材料的机械性能，且可导致植入物断裂(Kurtz S.M.，Hozack W.，Marcolongo M.，Turner J.，Rimnac C.，Edidin A.，J Arthroplasty 18，68-78，2003)。

背景技术

在二十世纪七十年代，为了改进材料耐磨性的目的，引入高度交联的UHMWPE(Oonishi H.，Kadoya Y.，Masuda S.，Journal ofBiomedical Materials Research，58，167，2001；Grobbelaar C.J.，duPlessis T.A.，Marais F.，The Journal of Bone and JointSurgery，60-B，370，1978)。UHMWPE材料在高剂量下γ辐照(最多100Mrad，这与在～2.5Mrad下γ-灭菌相反)，以促进该材料的交联工艺，并进而增加耐磨性。然而，在聚乙烯链上的自由基量没有下降或者仅仅局部下降，因此这些材料在自老化或者体内使用过程中易于氧化降解。

最近，通过热处理延伸辐照交联工艺，以降低或消除自由基数量。这些工艺可细分成三组：

-在熔融温度以下辐照，接着在熔融温度以下退火(US5414049、EP0722973)。这一路线的主要缺点是下述事实：UHMWPE链仍然含有残留的自由基，这些残留的自由基将导致氧化降解(Wannomae K.K.，Bhattacharyya S.，Freiberg A.，Estok D.，Harris W.H.，MuratogluO.J.，Arthroplasty，21，1005，2006)。

-在熔融温度以下辐照，接着在熔融温度以上再熔融(US6228900)。这一工艺流程的主要缺点是与退火工艺相比，再熔融步骤降低机械性能(Ries M.D.，Pruitt L.，Clinical Orthopaedics andRelated Research，440，149，2005)。

-在熔体中辐照(US5879400，Dijkstra D.J.，PhDThesis，University of Groningen，1988)。这一工艺的缺点是结晶度显著下降，和因此机械性能显著下降。

作为下一步，将化学抗氧化剂引入到医疗级UHMWPE中，以获得兼有良好氧化稳定性和充足的机械性能的耐磨材料。大多数常见的抗氧化剂显示出下降的生物相容性或者没有生物相容性，因此，寻求在人体或者在营养产品内已经存在的化学物质。1982年，Dolezel和Adamirova公开了增加用于医疗植入物的聚烯烃类稳定性防止活体内生物降解的工序(CZ221404)。它们添加α-、β-、γ-或δ-生育酚(维生素E)或其混合物到聚乙烯树脂中，随后加工所得混合物。除了维生素E以外，另一组生物无害的物质作为氧化稳定剂引入到聚乙烯内：Hahn公开了用类胡萝卜素(例如β-胡萝卜素)掺杂UHMWPE，产生稳定和抗氧化的医疗植入物(US5827904)。然而，迄今为止没有研究过含β-胡萝卜素的辐照交联产品的磨耗和氧化性能。