(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー原料から形成されるプロテーゼ摩耗面部品の製造方法であって、前記方法は、
ポリマー対象物を準備する工程と、
前記ポリマー対象物を真空分離バックにパッケージする工程と、
前記バックの少なくとも一部を排気することによって前記ポリマー対象物周辺の酸素を除去し、バックを封止する工程と、
前記バックを、架橋反応によって生じた水素を前記バック内に放出しながら、前記ポリマー対象物内に所望目的レベルの架橋を実質的に導入するのに有効な用量の透過放射線に暴露させる工程と、
前記ポリマー対象物を、前記バック内に封止した状態で維持しつつ、２ＭＰａ（２０ｂａｒ）より高い外圧をかけながら、３０℃より高い低温閾値まで暖め、前記水素を再結合させて前記ポリマー対象物を安定化させることにより、前記ポリマー対象物を硬化させて、耐酸化性が高められた架橋部品を製造する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記ポリマー原料が、ポリオレフィン原料である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー原料が、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記暴露工程が、８×１０−１４Ｊ（０．５ＭｅＶ）より高いエネルギーのガンマ線に暴露することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマー原料が、ＵＨＭＷＰＥである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加圧工程が、前記分離バックに静圧力をかける請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記硬化工程が、５０℃より高く１２０℃より低い温度まで上げ、次にゆっくりと大気温度まで冷却する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記硬化工程が、前記温度を４時間から７日間維持することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ポリマー対象物の準備工程が、仕上りプロテーゼインプラント部品を準備することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
耐酸化性が高められたプロテーゼポリマー摩耗面部品の製造方法であって、前記方法は、
封止された分離バック内にあるプロテーゼ原料又は部品を照射して、所望の原料強度又は硬度に実質的に対応するレベルの架橋を導入し、前記部品内に反応種を生じさせる工程と、
前記照射した部品を硬化させて、その中にある反応種を抑制し安定化された照射部品を形成する工程と、を含み、
前記硬化工程は、前記分離バックを封止した状態のまま暖めて加圧して照射の際に解離して前記分離バック内に放出された気体と前記反応種を再結合して実施する方法。
【請求項１１】
照射により生じた架橋レベルを増すことなく、照射したポリマーインプラント部品の酸化安定性を改善する方法であって、前記方法は、
封止されたコンテナ内で前記部品を照射する工程と、
前記コンテナを封止したままで、前記部品を暖めて、前記放射により生じて前記コンテナ内に放出された気体と前記ポリマーインプラント原料が再結合するのに効果的な期間、前記暖めた部品を２０気圧乃至１００気圧以上の静圧力にかけることにより、前記部品を安定化する工程を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、本発明の発明者により、同時に１９９９年７月２９日に出願した、発明の名称が「機械的強度を高めるためにガンマ線照射及び熱処理されたインプラント」である米国特許出願第０９／３６２，９６６号及び発明の名称が「ポリマー生物学的インプラントの２段階ガンマ線照射」である米国特許出願第０９／３６３，５９１号と関係する。これらの特許出願はその全てを参考としてここに取り込む。
【０００２】
本発明は、生物学的移植可能ポリマー物品および製造方法に関し、特に、このような物品の耐摩耗性と耐酸化性を改善する原料処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
生物医学的技術の進歩により、体内で使用するプロテーゼの用途に適した性質を有する多くのポリマー物品（特に、耐負荷又は機械的物品）が開発された。ポリマー部品は、例えば人工関節の関節面を形成する等、整形外科手術で幅広く使用されている。超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）は人工関節の部品を形成するのに通常使用されるポリマーの一例である。生物学的移植可能ポリマー部品、特に人工関節に使用されるものに要求される特性の中には、低い摩擦性、生物学的親和性、及び表面硬度、靭性又は機械的強度及び摩耗と変形に対する抵抗性を含む良好な機械的特性がある。また、このような部品は、患者に植え込む前に滅菌状態でなければならない。
【０００４】
加熱滅菌は幾つかのポリマーと医療器具に悪影響を及ぼす恐れがあるため、それほど広範に用いられていない。エチレンオキシド滅菌は他の医療物品を滅菌するのに通常使用されているが、健康上及び環境上の危険を生じやすいため、やはり望ましくない。従って、ポリマー部品を含めて多くの医療器具を滅菌する好ましい方法は、ガンマ線、Ｘ−線及び電子ビーム線等の電離放射線への暴露である。
【０００５】
現在、ガンマ線による滅菌が、生物学的移植可能ポリマー部品の架橋と滅菌の両方に好ましい方法である。ガンマ線の１つの効果は、ガンマ線がポリマー内で、ポリマーの構造、形態及び幾つかの機械的特性に影響を及ぼす化学反応を開始させ得ることである。ガンマ線照射の間、イオン、励起分子、二重結合、酸化生成物及びフリーラジカル等様々な化学種がポリマー内で形成される。フリーラジカルは、ガンマ線照射の際に生じる種であり、照射されるポリマーの性質の変化に多大に寄与すると考えられている。
【０００６】
フリーラジカルがポリマー内に生成されると、これらの種は、主に少なくとも４種類の反応に関与する。フリーラジカルは水素と反応してフリーラジカルを排除することにより、又は炭素分子と反応して側鎖を形成することにより、又はその両方により、再結合反応する。また、フリーラジカルは鎖切断反応を開始させ又はこれに関与し、この反応によりポリマーの分子量が減り及び／又は密度と結晶性が変化し、ポリマーの幾つかの機械的特性が損なわれる。架橋はフリーラジカルが関与するさらに他の反応である。最後に、フリーラジカルは始めに反応しないで条件がそろったとき反応できる状態で、長期間（例えば２年間）ポリマー原料内に捕らえられている場合がある。
【０００７】
ポリマー原料内又はその周囲の環境内に存在する酸素が、フリーラジカル又は分解酸素が反応してカルボニル官能基を有する化合物を生成する酸化反応に関与し、次にそれが鎖切断反応をもたらし新しいフリーラジカルを生成させ得る。従って、酸化によりポリマーの分子量が減り（鎖切断により）、その機械的特性を損なう恐れがある。酸素は大気中及び生物学的流体のいたるところにあるので、照射したポリマー内にかなりの濃度のフリーラジカルがあれは常に、この劣化機構が生じる恐れがある。空気中でポリマー原料又は部品をガンマ線で架橋又は滅菌すると、一部このような酸化効果によりポリマーの耐摩耗性が減ると考えられている。
【０００８】
耐摩耗性は、関節プロテーゼに使用するポリマー部品に求められる重要な機械的特性であるので、酸素のない環境で暴露する、後で影響を受けた表面層を除去する又は他の技術により、この問題に対処している。現在の１つの実務では、ポリマー部品を不活性ガス（例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素）環境下で照射して酸化効果を最少にすることによりこの問題に対処している。Kurth, M.等、「ＵＨＭＷ−ポリエチレンに及ぼす放射線滅菌の効果」、Antec 87、第１１９３頁乃至第１１９７頁（１９８７年）；Streicher, R. K.、Radiol. Phys. Chem.、第３１巻、Nos. 4 - 6、第６９３頁乃至第６９８頁（１９８８年）；Streicher, R. M.、「滅菌時の電離放射線架橋によるＵＨＭＷＰＥの改良」、生物学的物質学会第１７回年会議、第１８１頁（１９９１年）、参照。他の者は、ガンマ線滅菌を実施する前に、酸素環境を排除するために真空技術を用いている。Yong Zhao等、J. Appl. Polymer Sci.、第５０巻、第１７９７頁乃至第１８０１頁（１９９３年）、及びHamiltonの米国特許第５，５７７，３６８号参照。
【０００９】
耐摩耗性は人工関節部品にとって非常に重要な性質である。置換人工関節の自然の摩擦により、屑の微粒子（例えば、ポリマー部品から発生する粒子）が関節内で、ずれや移動を引き起こす。このような人工関節内の摩耗屑は、関節が適切に機械的に機能するのを妨げ、深刻な問題である。さらに、摩耗屑は、骨崩壊や骨劣化をも引き起こす恐れがある。骨崩壊が人工関節の周囲で発生したら、一般に修復には損傷組織の手術による除去と人工関節の取り換えが必要である。従って、良好な耐摩耗性を得るためには、摩耗の量と、形成される摩耗屑の性質と種類の両方を制限する原料の性質を獲得することが必要である。
【００１０】
耐摩耗性はポリマー原料の硬さと靭性等の多くの因子により決まり、これらは、樹脂の分子量、原料の架橋程度、及び仕上り原料の微結晶における非晶質と結晶ポリマーの領域の相対的な分布及びサイズと量等の特別の性質により決まる。これらの基本的特性の各々は、放射線、熱又は化学物質により変わる可能性がある。さらに、ポリマー部品は、一般に、出発原料又は樹脂（粉末又は粒状樹脂原料でもよく、シート又はブロック等の固化したブランク又は樹脂から製造したプレフォームでもよい）から製造が始まるので、それらを機械加工して最終形状を形成し、物品が十分に成形したら滅菌しなければならない。固化工程での加熱、圧力、溶媒和又は他の因子は、物理的性質に影響を及ぼす可能性がある。また、最終成形の前又は後のいずれかに、原料を十分に固め耐摩耗性の固形物品を形成するために、架橋照射が必要な場合もある。様々な形態の照射は、各々、異なる吸収又は相互反応特性を有し、また、原料微構造の結晶性及び他の性質に影響を及ぼす熱を発生させ得る。さらに、成形及び架橋段階で生じた又は変化した性質を調整又は修復するために、様々な種類の後処理も必要である。従って、耐摩耗性は、ポリマー部品を物理的に成形又は処理するための多くの工程に複雑に依存している。
【００１１】
架橋は、一部、滅菌に有用な同じ処理（例えば、加熱又は様々な種類の照射等）の多くから主に影響を受ける恐れがある。一般に、高レベルの架橋に必要な放射線用量は、滅菌に必要な放射線用量より高い。例えば、１５ｋＧｙ乃至２５ｋＧｙの用量が滅菌には効果的だが、そのレベルの数倍のレベルがＵＨＭＷＰＥ部品を効果的に架橋するのに必要である。このようなレベルでは、化学的種とフリーラジカルがポリマー内で相当量放出される可能性がある。さらに、このようにして得られた架橋レベルは硬さ又は靭性を大きく改善するかもしれないが、その照射により機械的特性（結晶と非晶質領域のサイズと分布等）が損なわれる恐れがある。加熱等の因子によるときは直ちに、上記の放出された種によるときは、時間の経過と共にポリマーの性質が損なわれる恐れがある。
【００１２】
この技術分野の関係者は、好ましい性質を獲得しながら、又は処理劣化を修復しながら、効果的な高レベルの架橋を導入しようとして、ポリマー原料又は仕上り部品の幾つかの処理方法を開発した。これらの方法の例として、真空下での照射、冷却照射と後に続くバルク原料の溶解、化学的架橋及びガスプラズマ処理があるが、他にも多くの方法がある。これらの技術の各々は、少なくとも一つのパラメーターを改善すると考えられる。しかし、多工程方法に対する必要性が存在すること、数多くの関連する物理的処理、実際にプロテーゼ強度及び摩耗性が長期間に変化するという経験的な評価があること、これらの全てから、ポリマー強度又は耐摩耗性を改善する方法が、依然として求められている。
【００１３】
優れた耐摩耗性は、ポリマー人工関節部品にとってこのように重要な性質であるので、耐摩耗性が改善されて安定な、高度に架橋され滅菌されたポリマー部品が求められている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、生物学的移植可能ポリマー部品の耐摩耗性を高める方法を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、部品の重要な性質を付与又は保持する、医療グレード移植可能ポリマー部品のための滅菌技術を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、耐摩耗性が改善されていて酸化効果を受け難い生物学的移植可能ポリマー部品を提供することである。
【００１７】
これらの目的又は他の目的は、以下の説明により、当業者に明らかとなるであろう。
【００１８】
本発明は、ポリマー部品の耐摩耗性を高める方法を提供する。この方法は、特に、人工関節の部品として使用するための生物学的親和性ポリマー部品に良く適している。様々なポリマー原料、特に超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等のポリオレフィンを本発明に方法により処理して、耐摩耗性と耐酸化性を改善できる。
【００１９】
本発明の方法によれば、生物学的移植可能プロテーゼ部品等の仕上り部品、仕上りポリマー部品を製造するための未仕上げ部品又はバルクポリマー原料を、気体不透過性封止可能パッケージ又はコンテナに入れる。次に、このパッケージ及び中の原料について、真空又は一部真空により周囲の酸素を除去して、パッケージを熱封止する。次に、部品を構成するポリマーに高い目的レベルの架橋を導入するのに効果的な放射線用量を付与するように、このパッケージと内容物を一定期間照射する。様々な形態の電離放射線が原料を処理するために使用できる。しかし、好ましくは、透過放射線、特にガンマ線、より詳しくは、０．５Ｍｅｖより高いエネルギーのガンマ線、好ましくは１．２５ＭｅＶ近くのガンマ線を使用する。
【００２０】
原料又は部品をパッケージに入れたままで、大気温度より高いが融点よりかなり低い閾値レベルを超えて暖め又は加熱して、周りの圧力を実質的に約３０気圧乃至１００気圧以上まで高める。次に、この条件を、照射の際解離してパッケージ内に捕らわれている気体がポリマーと再結合してフリーラジカルを終了させて反応性を低い残留レベルまで減らす期間、維持する。出願人は、この安定化方法が一般に高用量放射線架橋処理により生成される高レベルのフリーラジカルを効果的に実質的に排除し、さらに、処理した原料を後の酸化に対して安定化することを見出しした。さらに、ポリマーの融点より低い温度での処理は、追加の架橋を導入することなく、寸法安定性を維持しながら実施できる。この加熱／加圧処理サイクルの後、原料をゆっくりと（例えば、約５℃／時間で）大気温度まで冷やす。一般に、この照射後処理は、３０℃より高く１３５℃より低い温度、好ましくは約５０℃乃至１２０℃より低い温度で、約３４．４５ｂａｒ乃至８９．５７ｂａｒ（約５００ｐｓｉ乃至１３００ｐｓｉ）の圧力で、実施し、この条件を４時間乃至７日間維持し、約４時間乃至２０時間かけて冷却する。封止した気体不透過性バック内の原料と共に、照射したバックを圧力チャンバに入れてこのチャンバを加圧流体（例えば、窒素又は他の不活性ガス又は作動油）で満たして圧力をかけてもよい。この圧力流体も所望の修復（curing）温度に暖めてもよい。
【００２１】
この方法は、照射の間に閉鎖パッケージ内に放出される気体を利用して、フリーラジカルを終了させて後に続く酸化又は切断反応に対して原料を安定化させ、一般に加熱の後に生じる基本的な機械的特性の劣化を回避する。従って、市販のインプラントに適した照射架橋部品を安定化するための簡単な方法を提供できる。
【００２２】
さらに、パッケージされている部品に作用する寸法保持安定化方法を提供することにより、機械加工の後での取り扱い工程と滅菌工程が非常に簡単になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の望ましい特徴は、図面を参照した以下の説明によりさらに理解できるであろう。
【００２４】
本発明は、ポリマー部品の耐摩耗性の改善方法に関する。この方法によれば、まず始めに、所望のポリマー部品の原料を樹脂又は粉末から固化し、及び／又は、圧縮成形、ラム押出し、射出成形及び機械加工等の既知の方法により、ビレットに成形し又は未仕上げ部品又は仕上げ部品に機械加工する。この部品を形成するポリマーは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリ（メチルメートルクリレート）又は一般に生物医学的用途に使用される他の生物学的親和性ポリマーであり得る。好ましいポリマーはポリオレフィン、最も好ましいポリマーはＵＨＭＷＰＥであり、これは、人工膝関節の脛骨ベアリング部材及び人工股関節の股臼シェル用ライナー等の様々な整形外科インプラントに通常使用されている。本発明は、以下、ＵＨＭＷＰＥ部品について説明する。
【００２５】
一実施形態では、本発明の方法に使用するバルクポリマー原料又は未仕上げ部品を、まず始めに、気体不透過性フィルムから形成した熱封止可能な開口を有する可撓性真空バリヤパッケージ等の分離区画に入れる。原料は、シート、パック、ロッド、バー、ビレット又はその他の出発樹脂を固化した結果得られる普通の形状を取り得る。未仕上げ部品は、例えば、圧縮成形オーバーサイズブランク又は既に固化したブランク又はバルク原料から機械加工した一部仕上げ部品である。この方法を仕上げ部品に適用するときは、この部品は、例えば、十分に機械加工して仕上げた部品である。この出発部品又は原料を、ここでは、ポリマー対象物又はプロテーゼという。１以上のポリマー対象物を１つのパッケージに入れることができる。次に、このパッケージと対象物を、熱封止可能開口を開けたまま真空引きし、約１０秒間乃至３０分間、好ましくは約３０秒間真空を維持する。その後、真空を維持しながら、パッケージを熱封止して、気体不透過性パッケージを閉じるので、パッケージは、少なくとも一部、好ましくは実質的に排気されている。
【００２６】
ポリマー対象物を熱封止パッケージに真空下パッケージするので、ポリマー原料とパッケージ内の環境から酸素が除かれ、好ましくはパッケージ内の圧力が低下する。好ましくは、パッケージは１以上のバリヤ層を含む。このバリヤ層はパッケージを水素ガスに対し不透過性にして、放射処理の際に放出される水素をパッケージ内に留める。ポリマー対象物を含むパッケージを真空熱封止した後、パッケージと対象物を、ポリマー原料内のポリマー鎖をかなり架橋するのに十分な期間の透過放射線で、照射する。部品を滅菌するのに使用できる電離放射線には様々な形態があり、例えば、ガンマ線、Ｘ−線及び電子ビーム線等である。ガンマ線はパッケージされた原料を効果的に透過するので、０．５ＭｅＶ乃至１．５ＭｅＶのエネルギーのガンマ線が現在では好ましい。
【００２７】
ポリマー部品を封止する可撓性パッケージ原料は、医療器具を通常包装するのに用いられる多くの種類の高いバリヤ性の可撓性パッケージ原料から選択できる。好ましくは、パッケージ原料は、多層構造で熱封止性の剥離可能パッケージ原料であり、水素の通過を阻止するのに効果的なホイル等のバリヤ層、様々なポリマー層及び熱封止コーティングを含む。好適な原料の一例として、以下の層が挙げられる。すなわち、ポリエステルフィルム−低密度ポリエチレン−ホイル−イオノマー−熱封止コーティングである。また、以下の層を含むパッケージ原料も使用できる。すなわち、ポリエステル−低密度ポリエチレン−ホイル−ＥＡＡ−線状低密度ポリエチレン−熱封止コーティング；及びポリエステル−サーリン（Surlyn）−ナイロン−サーリン−ホイル−ＥＡＡ−線状低密度ポリエチレン−熱封止コーティングである。好適なパッケージ原料は、ペンシルベニア州、フィースタビルのTolas Health Care Packagingを含む様々な供給源から得られる。パッケージ原料の好ましい厚みは、約５０マイクロメートル乃至約１７５マイクロメートル（約２ミル乃至約７ミル）であり、真空ホイルバックが中に入れた対象物の形に容易に適合できるような厚みである。好適な真空下における熱封止パッケージ用の真空パッケージ装置は当業者に知られている。好適な真空パッケージ装置の一例は、ミシシッピー州、カンザス・シティのMultivac, Inc.から入手可能なMultiVac A342ユニットである。
【００２８】
上述したように、パッケージしたポリマー原料を、透過放射線、好ましくはコバルト６０源等の源から放射されるガンマ線で照射する。ガンマ線は、高い有効架橋レベルを導入又は開始するのに効果的な用量レベルと期間で、照射する。従って、例えば、出願人は、４０ｋＧｙの放射線用量が、必要なインプラント部品強度と摩耗性特性を得るために、基本的な標準と規定を満たすのに十分な架橋レベルを導入できることを既に見出しているが、本発明はこの範囲を超える放射線用量で実施する。プロテーゼ部品には、約４０ｋＧｙ乃至１２０ｋＧｙの用量が使用でき、約６０ｋＧｙ乃至９０ｋＧｙの用量が好ましい。この放射線用量を数時間から約１日の期間ガンマ線で照射し、最も好ましくは約１０時間乃至１５時間照射する。期間は源の強度により決まる。上述したように、対象物は好ましくは実質的に真空条件下で照射する。このことにより、照射後パッケージ又はコンテナに保持される気体が比較的少量になり、この気体が主に照射により放出された気体、主に水素であるという効果が得られる。
【００２９】
従って、ポリマー原料を酸素のない環境において、透過放射線で照射して、高レベルの架橋を生じさせる。８０ｋＧｙの用量は、ＧＵＲ１０２０原料を有効レベルまで架橋するのに効果的であることが見出された。有効レベル（効果的なレベル）とは、市販のインプラント器具に必要な強度と摩耗特性を得るのに通常使用するレベルより少し高いレベルを意味する。好ましくは、摩耗レベルが無視できる十分な硬度と靭性をもたらすレベルである。
【００３０】
照射に続いて、ポリマー対象物を、室温より高いがポリマー融点よりかなり低い閾値温度まで暖める。例えば、２３℃より高いが融点よりかなり低い（例えば、上記のＧＵＲ１０２０樹脂ＵＨＭＷＰＥ原料では１３５℃より低い）。これは、長鎖分子の流動性を制限しながら促進するが、熱架橋は生じさせず又は捕らわれた又は分離した水素の分散にも実質的に影響しない暖めのレベルでよい。この少しの温度上昇は、それだけでは、原料の放射線障害効果を実質的に変えるのには不十分である。しかし、次の工程で、上昇した温度を維持しながら、封止バックの外側の圧力をかなり、例えば、約２０気圧乃至９０気圧以上まで上げる。このような加熱と圧力増加を、例えば温かい圧力流体を封止した真空バリヤバックが入っている圧力容器に送り込んで、同時に実施してもよい。次に、適度の加熱と高圧というこのような条件を、長期間（４時間から７日間）維持して、分離又は不動化フリーラジカルを再結合させたり終了させたりする。その後、ポリマーを安定化温度から大気温度までゆっくり約５℃／時間の速度で冷やす。
【００３１】
高レベルで架橋する前述の工程の後、低温、高圧安定化処理が続くが、処理したポリマー対象物の寸法は保持され、均一で高度に架橋された原料又は対象物が得られる。これは、安定化されていて、高レベルのフリーラジカルを含まず、後で酸化環境に経時的に貯蔵されても又は曝されても劣化しにくい。このように、高い程度の架橋を達成しながら、酸化安定性が改善されている。
【００３２】
好ましくは、この方法は仕上り部品に実施し、この場合、放射線用量は部品を架橋と滅菌するのに効果的な用量である。しかし、この方法は、未仕上げ部品又はバルク原料、又はパッケージから取り出してさらに処理しなければならない部品にも適用できる。この場合、部品は続けて任意の既知の技術で滅菌できる。出発部品又は原料がバルク原料又は半仕上り部品であるとき、機械加工して仕上がったプロテーゼ部品（例えば、移植可能プロテーゼ関節部品用のライナー又はシェル）にすることができる。例えば、股臼カップ用のライナーを製造するには、原料又は未仕上り部品を照射して上述の加圧処理した後、パッケージから取り出して最終形状と寸法に機械加工する。このような機械加工と仕上げの後、仕上り部品を滅菌する。好ましい方法では、再度仕上り部品を真空ホイルパッケージして滅菌用量の透過放射線で処理して、滅菌する。約２０ｋＧｙの用量のガンマ線に曝すと、適切な滅菌ができる。所望により、この第二の用量は、さらに適度な量の架橋を導入するのに十分高いレベルでもよい。この場合、第一の段階は、全部の架橋レベルに必要なレベルより低い放射線用量で実施でき、第二の架橋工程の後に第二の安定化又は圧力修復工程が続く。好ましくは、第二の放射線用量は、部品の滅菌に効果的であるが、仕上り部品に高レベルのフリーラジカルを再度導入しないように、十分低く維持する。非常に低い用量を計画するとき、部品の生物学的負担は、第一の架橋及び圧力安定化工程に続く製造工程に間、低いレベルに維持しなければならない。
【００３３】
従って、本発明の処理では、対象物をパッケージした後照射して、かなりの架橋を形成し、次に、照射したパッケージ対象物を、融点より低く維持しながら、それほど高くない閾値まで暖めて加圧する。対象物が仕上がっていないとき、この方法は、処理した物品の機械加工と滅菌を含む。後者の場合、高レベルの架橋をした後、原料又はブランクを中間工程で安定化して、後に続く工程で、大部分の架橋とは無関係に、また原料の機械的特性を究極的に劣化させる恐れのある高レベルのフリーラジカルを再度導入することなく、滅菌又はポリマーの機械的性質を調整することを可能にする。
【００３４】
【実施例】
実施例
本発明の例示である実施形態では、ＵＨＭＷＰＥ物品をアルミニウムホイルパッケージバックに入れて、約２０ｍｂａｒの圧力で排気して封止する。このパッケージを、コバルト６０源からのガンマ線により、高い用量、４０ｋＧｙ乃至約１２０ｋＧｙで照射する。パッケージに入れたままで、圧力を３０気圧より高く上昇させ、温度を５０℃より高いが融点より低い処理閾値まで上げる。このことにより、照射した物品は、水素の分散とポリマー分子の動力学的活性の両方を高める条件下で、処理中放出した水素ガスに曝される。高圧と加熱を、例えば４時間から７日間の長い期間、維持する。その後、原料をゆっくりと例えば５℃／時間の速度で冷やす。低い温度と圧力では長時間の修復サイクルが必要であるが、１２０℃までの温度と１０３．３５ｂａｒ（１５００ｐｓｉ）までの圧力は短い修復サイクルを可能にする。修復した部品を試験して、例えば、処理した原料内にある残留フリーラジカルのレベルの指標である酸化指数を測定して、その酸化感受性を測定又は確認することができる。
【００３５】
この方法は、最初の放射処理で放出された水素を効果的に利用して、ポリマー内に残るフリーラジカルを排除して、架橋程度を増すことなく、照射された原料の酸化安定性を改善する。圧力を利用して封止したバック内の深さまで反応を起こし、処理における取り扱いと機構を非常に簡単にして、追加の架橋を生じさせることなく安定化させている。照射したパッケージを保持容器に入れて、適当な気体又は液圧作動液を用いて保持容器を加圧することにより、安全かつ簡単に圧力を上げることができる。圧力流体を暖め、又は周りの容器を暖めることにより、均一かつ効果的に中程度に加熱できる。ホイルパッケージは、この方法の様々な工程において空気と圧力流体を排除すると共に、第一の段階で放出された水素を保持することにより、二重に機能する。放出された水素の量は少しだが十分な量であり、これは安全に保持できる。必要により、製造ラインの照射から加圧処理まで、パッケージを取り扱い操作して動かすことができる。保持される水素が、加圧安定化工程で、残留ラジカルを簡便に抑制する。
【００３６】
上記の製造方法についての説明及び実施形態の図を用いた説明は、本発明が適用される構成範囲を示すためのものである。ポリマーサンプルを製造するのに使用する原料、真空圧力、放射線源等の変更は当業者に明らかであろう。このような変更は、特許請求の範囲により示される本発明の範囲内にあると考えられる。
ここに示した全ての刊行物及び／又は文献は参考としてここに取り込む。
【００３７】
好適な実施態様を以下に示す。
（Ａ）ポリマー原料から形成されるプロテーゼ摩耗面部品の製造方法であって、前記方法は、
ポリマー対象物を準備する工程と、
前記ポリマー対象物を真空分離バックにパッケージする工程と、
前記バックの少なくとも一部を排気することによって前記ポリマー対象物周辺の酸素を除去し、バックを封止する工程と、
前記バックを、架橋反応によって生じた水素を前記バック内に放出しながら、前記ポリマー対象物内に所望目的レベルの架橋を実質的に導入するのに有効な用量の透過放射線に暴露させる工程と、
前記ポリマー対象物を、前記バック内に封止した状態で維持しつつ、２ＭＰａ（２０ｂａｒ）より高い外圧をかけながら、３０℃より高い低温閾値まで暖め、前記水素を再結合させて前記ポリマー対象物を安定化させることにより、前記ポリマー対象物を硬化させて、耐酸化性が高められた架橋部品を製造する工程と、を含む方法。
（１）前記ポリマー原料が、ポリオレフィン原料である実施態様（Ａ）に記載の方法。
（２）前記ポリマー原料が、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である実施態様（１）に記載の方法。
（３）前記暴露工程が、０．５ＭｅＶより高いエネルギーのガンマ線に暴露することを含む実施態様（Ａ）に記載の方法。
（４）前記ポリマー原料が、ＵＨＭＷＰＥである実施態様（３）に記載の方法。
（５）前記加圧工程が、前記分離バックに静圧力をかける実施態様（４）に記載の方法。
【００３８】
（６）前記硬化工程が、前記透過放射線の暴露工程で形成された残留反応性種を終了又は結合させるのに効果的な温度、圧力及び時間の組み合わせで実施される実施態様（Ａ）に記載の方法。
（７）前記硬化工程が、５０℃より高く１２０℃より低い温度まで上げ、次にゆっくりと大気温度まで冷やすことを含む実施態様（５）に記載の方法。
（８）前記硬化工程が、前記温度を４時間から７日間維持することを含む実施態様（７）に記載の方法。
（９）前記ポリマー対象物の準備工程が、仕上りプロテーゼインプラント部品を準備することを含む実施態様（Ａ）に記載の方法。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、生物学的移植可能ポリマー部品の耐摩耗性を高める方法を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の工程を示すフローチャートである。
【図１】
0004912523.tif 000002