Struktura a otěr ultravysokomolekulárního polyethylenu pro kloubní náhrady

Abstract

Ultravysokomolekulární polyethylen (UHMWPE) se již po čtyři desetiletí používá jako materiál pro části totálních kloubních náhrad. Tento polymer vykazuje vyvážený komplex užitných vlastností pro zmíněné aplikace a je zároveň v makroskopickém měřítku dobře tolerován živou tkání. Navzdory této skutečnosti však zůstávají komponenty z UHMWPE slabým článkem umělých kloubů. Je to způsobeno především uvolňováním mikroskopických otěrových částic vznikajících při vzájemném pohybu kloubních komponent, které způsobují poškození okolních tkání. Proto je ve světě vyvíjeno velké úsilí směřující k zvýšení odolnosti tohoto materiálu vůči otěru a byly vypracovány postupy modifikace jeho struktury vedoucí k tomuto cíli. Tato práce byla zaměřena na modifikaci UHMWPE dvoukrokovou metodou sestávající z ozáření materiálu gama-paprsky nebo urychlenými elektrony a následnou tepelnou úpravou. Cílem práce bylo najít optimální podmínky modifikace, aby výsledný materiál vykazoval co nejvyšší odolnost vůči otěru při zachování dostatečných mechanických vlastností. Zároveň musí modifikovaný polymer obsahovat minimum oxidačních produktů a volných makroradikálů. Vedle modifikace vlastností UHMWPE se práce zabývala vývojem spolehlivé a pokud možno jednoduché metody, umožňující stanovení množství otěrových částic UHMWPE izolovaných z tkání obklopujících totální kloubní náhrady. Na základě získaných výsledků byl navržen postup modifikace UHMWPE sestávající z ozáření urychlenými elektrony a následné tepelné úpravy nad teplotou tání polymeru. Množstvím různých analytických metod bylo prokázáno, že navržený způsob modifikace vede k vysoce sesítěnému materiálu bez zbytkových makroradikálů, který se vyznačuje zvýšenou odolností vůči otěru, velmi nízkým oxidačním poškozením a přijatelnými mechanickými vlastnostmi. V průběhu práce byla vyvinuta nová kontrastovací metoda pro zviditelnění nadmolekulární struktury UHMWPE pomocí transmisní elektronové mikroskopie. Dále byly vyvinuty nové, rychlé a spolehlivé metody pro kvantitativní stanovení otěrových částic UHMWPE založené na obrazové analýze mikrofotografií získaných rastrovací elektronovou mikroskopií a na zpracování infračervených spekter.