화학공학소재연구정보센터
Polymer(Korea), Vol.34, No.5, 454-458, September, 2010
감마선 조사 방법에 따른 정형외과용 초고분자량 폴리에틸렌의 미세구조 변화
Microstructural Changes in Orthopaedic-Grade Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) according to Gamma-Irradiation Method
E-mail:
초록
본 연구에서는 인공관절 베어링 부품으로 가장 널리 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 대상으로 6가지 감마선 조사 방법에 따른 UHMWPE의 미세구조 변화를 비교 분석하였다. 감마선을 조사하지 않은 폴리에틸렌(UGI)과 비교하여, 기존의 멸균처리에 해당하는 공기 중 상온에서 감마선 조사한 폴리에틸렌(AR)의 결정화도와 가교 정도는 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 감마선 조사 환경 중, 상온에서의 산소(AR)와 진공상태(VR) 영향을 비교하면, AR과 VR의 결정화도는 유의한 차이가 없었으며, VR의 가교정도는 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 감마선 조사환경 중, 진공상태에서의 상온(VR)과 극저온(V77) 영향을 비교하면, 결정화도와 가교정도 모두 유의한 차이가 없었다. 그러나, VR과 V77에서의 가교정도는 AR에서의 가교정도보다 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 3가지 감마선 조사환경에 대하여 감마선 조사 이후 열처리(/S) 영향을 비교하면, 결정화도는 AR/S와 VR/S에서 유의한 차이가 없었으나, V77/S에서는 유의한 차이를 보이며 감소하였다. 또한, 가교정도는 AR/S와 V77/S에서 유의한 차이를 보이며 증가하였으며, VR/S에서는 유의한 차이가 없었다.
In this study, the microstructural changes in orthopaedic-grade ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were compartively investigated for six different gamma-irradiation methods. Compared with un-irradiation (UGI), conventional gamma-irradiation in air room temperature (AR) induced statistically significant increases of relative crystallinity and percent crosslinking in UHMWPE. Vacuum environment (VR) during gamma-irradiation significantly increased the percent crosslinking in UHMWPE. Vacuum extreme low temperature (V77) during gamma-irradiation induced no significant changes in both relative crystallinity and percent crosslinking of UHMWPE but the percent crosslinking of UHMWPE in VR and V77 was significantly larger than that in AR. Post-irradiation stabilization process significantly increased the relative crystallinity of UHMWPE in V77, and it also significantly increased the percent crosslinking of UHMWPE in AR and V77.
  1. Jasty MJ, Floyd III WE, Schiller AL, Goldring SR, Harris WH, J. Bone Joint Surg., 68A, 912 (1986)
  2. Amstutz HC, Campbell P, Kossovsky N, Clarke IC, Clin. Orthop., 276, 7 (1992)
  3. Harris WH, Clin. Orthop., 311, 46 (1995)
  4. Premnath V, Harris WH, Jasty M, Merrill EW, Biomaterials, 17, 1741 (1996)
  5. Sutula LC, Collier JP, Saum KA, Currier BH, Currier JH, Sanford WM, Mayor MB, Wooding RE, Sperling DK, William IR, Kasprzak DJ, Surprenant VA, Clin. Orthop., 319, 28 (1995)
  6. James SP, Blazka S, Merrill EW, Jasty M, Lee KR, Bragdon CR, Harris WH, Biomaterials, 14, 643 (1993)
  7. Rimnac CM, Klein RW, Betts F, Wright TM, J. Bone Joint Surg., 76A, 1052 (1994)
  8. Lee KY, Lee KH, Wear, 225, 728 (1999)
  9. Fisher J, Chan KL, Hailey JL, Shaw D, Stone M, J. Arthroplasty, 10, 689 (1995)
  10. Weightman A, Swanson SAV, Issac GH, Wroblewski BM, J. Bone Joint Surg., 73B, 806 (1991)
  11. Grood ES, Shastri R, Hopson CN, J. Biomed. Mater. Res., 16, 399 (1982)
  12. Eyerer P, Ke YC, J. Biomed. Mater. Res., 18, 1137 (1984)
  13. Collier JP, Sperling DK, Currier JH, Sutula LC, Saum KA, Mayor MB, J. Arthroplasty, 11, 377 (1996)
  14. Kurtz SM, Muratoglu OK, Evans M, Edidin AA, Biomaterials, 20, 1659 (1999)
  15. McKellop H, Shen F, Lu B, Cambell P, Salovy R, J. Orhtop. Res., 17, 157 (1999)
  16. Oonishi H, Takayama Y, Tsuji E, Radiat. Phys. Chem., 39, 495 (1992)
  17. Oral E, Rowell SL, Muratoglu OK, Biomaterials, 32, 5580 (2006)
  18. Oral E, Christensen SD, Malhi AS, Wannomae KK, Muratoglu OK, J. Arthroplasty, 21, 580 (2006)
  19. Shibata N, Kurtz SM, Tomita N, J. Biomed. Sci. Eng., 1, 107 (2006)
  20. Gsell RA, Lee KH, Chu C, Lin S, “Minimizing oxidative degradation on gamma sterilization”, Trans. Fifth World Biomaterials Congress, 191 (1996)
  21. Lee KH, Chu CC, Gsell RA, Lin S, “Electron spin resonance study of free radical properties of ultra-high molecular weight polyethylene upon γ-irradiation”, Trans. Fifth World Biomaterials Congress, 296 (1996)
  22. Wannomae KK, Bhattacharyya S, Freiberg A, Estok D, Harris WH, Muratoglu O, J. Arthroplasty, 21, 1005 (2006)
  23. Currier BH, Currier JH, Collier JP, Mayor MB, Van Citters DW, “In vivo oxidation of highly cross-linked UHMWPE bearings”, Trans. 56th Orthopaedic Research Society, paper No. 170 (2010)