KR101040567B1 - Method for manufacturing UHMWPE liner of artificial hip joint prosthesis - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법에 관한 것으로, 이는 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 절단하는 단계와, 절단된 상기 소재를 폴리비닐팩에 넣고서 이 폴리비닐팩을 질소로 충진하여 밀봉하는 단계와, 감마선 조사에 의해 상기 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재의 가교결합을 일으키는 단계와, 상기 소재를 열처리하여 재결정을 일으키는 단계와, 상기 소재에다 인공관절용 라이너의 형상을 가공하는 단계 및, 완성된 라이너를 통기성 팩에 넣고 플라스마 멸균을 이용하여 멸균처리하는 단계를 포함하여서, 내마모성이 향상되고 기계적 성질의 변화없이 멸균된 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 제공하여 궁극적으로 인공관절의 수명을 연장시키는 효과가 있게 된다. The present invention relates to a method for manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for artificial joints, which comprises cutting a material made of ultra high molecular weight polyethylene, and putting the cut material into a polyvinyl pack and filling the polyvinyl pack with nitrogen to seal it. And, causing crosslinking of the material made of ultra-high molecular weight polyethylene by gamma irradiation, heat-treating the material to cause recrystallization, processing the shape of the artificial joint liner on the material, and a completed liner Including the step of sterilization using plasma sterilization in a breathable pack, improves wear resistance and provides a sterilized ultra-high molecular weight polyethylene liner without changing the mechanical properties ultimately has the effect of extending the life of the artificial joint.

Description

인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법 {Method for manufacturing UHMWPE liner of artificial hip joint prosthesis}Method for manufacturing ultra high molecular weight polyethylene liner for artificial joints {Method for manufacturing UHMWPE liner of artificial hip joint prosthesis}

본 발명은 전체적으로 인공관절용 라이너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 내마모성을 향상시키는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to a liner for artificial joints, and more particularly, to a manufacturing method for improving wear resistance of an ultrahigh molecular weight polyethylene liner for artificial joints.

지난 30년간 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)은 인공관절의 연골을 대체할 수 있는 재료로 사용되어 왔는데, 이러한 초고분자량 폴리에틸렌은 마찰이 적고 생체 적합성 및 내마모성이 우수함과 더불어 양호한 기계적 성질을 갖고 있어서, 현재까지도 인공관절 분야에서 가장 우수한 재료로 평가받고 있다. Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) has been used as a substitute for cartilage in artificial joints for the past 30 years. The ultra high molecular weight polyethylene has low friction, good biocompatibility and wear resistance, and good mechanical properties. It is considered as the best material in the field of artificial joints.

도 1은 인공관절이 시술된 상태의 한 예를 개략적으로 도시한 도면으로, 인공관절(1)의 구조를 살펴보면, 골반(8)에 고정되는 비구컵(Acetabular Cup:10)과, 이 비구컵(10)의 내부공간에 수용결합되는 비구라이너(Acetabular Liner:20)와, 대퇴골(9)에 고정되는 스템(40)과, 이 스템(40)의 일단부에 결합된 상태에서 상기 비구라이너(20)의 내부공간으로 삽입되어 회전가능한 헤드(30)를 구비하고 있다. 1 is a view schematically showing an example of a state in which an artificial joint is performed. Referring to the structure of the artificial joint 1, an acetabular cup 10 fixed to the pelvis 8 and the acetabular cup 10 may be described. Acetabular Liner (20) accommodated in the inner space of the), the stem 40 fixed to the femur (9), and the acetabular liner (20) in a state coupled to one end of the stem (40) It is inserted into the inner space of the rotatable head 30 is provided.

비구라이너(20)는 그 개구 선단면이 평평하게 형성된 플랫(Flat)형과, 개구 선단면이 일정한 각도로 경사지게 형성된 엘리베이티드(Elevated)형이 있는데, 이들은 환자의 특성이나 선호도에 따라 선택적으로 채용될 수 있다는 점에 차이가 있을 뿐, 모두 동일한 비구컵(10) 내에 수용결합될 수 있으며 그 안에서 헤드(30)가 자유로이 회전가능하게 삽입되는 구성은 동일하다.The aspheric liner 20 has a flat shape with its opening end face flat and an elevated shape with its opening end face inclined at an angle, which is selectively employed according to the characteristics and preferences of the patient. The only difference is that they can be housed in the same acetabular cup 10, in which the head 30 is freely rotatably inserted in the same configuration.

또, 환자의 관절면의 손상이 적은 경우에는 비구컵 대신에 바이폴라컵(Bipolar Cup)이 사용될 수 있으며, 바이폴라라이너(Bipolar Liner)와 헤드의 조립 이후에 바이폴라컵에 바이폴라라이너가 삽입되어 견고히 고정됨으로써, 관절운동을 담당하게 된다. 여기서, 상기 비구라이너 및 상기 바이폴라라이너는 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지게 된다. In addition, when there is little damage to the joint surface of the patient, a bipolar cup may be used instead of the acetabular cup, and after the bipolar liner and the head are assembled, the bipolar liner is inserted into the bipolar cup and is firmly fixed. In charge of joint movement. Here, the acetabular liner and the bipolar liner are made of ultra high molecular weight polyethylene.

이렇게 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된 부재는 환자에 이식하기 전에 멸균처리를 해야 하며, 현재 이의 멸균처리는 감마선, X선, 전자 비임 방사선 등과 같은 이온화 방사선에 상기 부재를 노출시키는 방법을 사용하고 있다. 이 중에서도 감마선에 의한 멸균처리가 통상적으로 사용되는데, 감마선에 의한 멸균처리의 문제점은 감마선이 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 고분자재료의 구조와 형상 및 일부 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있는 화학반응을 일으킬 수 있다는 것이다. Such a member made of ultra high molecular weight polyethylene should be sterilized before being implanted in a patient, and its sterilization currently uses a method of exposing the member to ionizing radiation such as gamma rays, X-rays, electron beam radiation, and the like. Among these, gamma-ray sterilization is commonly used. The problem with gamma-ray sterilization is that gamma-rays can cause chemical reactions that can affect the structure and shape and some mechanical properties of polymer materials such as ultrahigh molecular weight polyethylene. will be.

감마선을 조사하는 동안, 예를 들면 이온, 여기된 분자, 산화 생성물, 프리 라디칼(Free Radical)이 상기 고분자재료 내에 생성된다. 일단 프리 라디칼이 고분자재료 내에 형성되면, 고분자재료의 주변에 존재하는 산소는 프리 라디칼과 반응하여 카보닐 작용기를 갖는 화합물을 생성함으로써 쇄절단 및 새로운 프리 라디칼의 생성을 초래하는 산화반응에 영향을 미칠 수 있다. 산화반응은 고분자재료의 분 자량을 감소시킬 수 있으며 기계적 성질을 저하시킬 수 있다.During irradiation of gamma rays, for example, ions, excited molecules, oxidation products, free radicals are produced in the polymer material. Once free radicals are formed in the polymeric material, the oxygen present in the surroundings of the polymeric material reacts with the free radicals to produce compounds with carbonyl functional groups that affect the oxidative reactions leading to chain breakage and the generation of new free radicals. Can be. Oxidation can reduce the molecular weight of the polymer material and degrade the mechanical properties.

공기 중에서의 감마선 조사에 의한 초고분자량 폴리에틸렌 부재의 멸균처리는 산화에 부분적으로 기인한 내마모성의 감소를 초래하는 것으로 생각되어, 예컨대 아르곤, 헬륨, 질소와 같은 불활성 기체의 환경에서 초고분자량 폴리에틸렌 부재를 멸균시켜 산화효과를 최소화하는 방법이 제안되었다. 다른 방법으로는 감마선의 조사를 이용한 멸균처리를 수행하기 전에 산소환경을 정화하는 데에 도움이 되는 진공기술을 사용해 왔다.Sterilization of ultrahigh molecular weight polyethylene members by gamma irradiation in air is thought to result in a decrease in wear resistance due in part to oxidation, for example, sterilization of ultrahigh molecular weight polyethylene members in an environment of inert gas such as argon, helium, nitrogen To minimize the oxidation effect has been proposed. Alternatively, vacuum techniques have been used to help purify the oxygen environment prior to performing sterilization with gamma irradiation.

내마모성은 인공관절에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌의 중요한 기계적 성질이다. 대체된 인공관절이 인체 내에서 사용되는 과정 중에 과도한 마찰로 생기는 파편 세립자들(초고분자량 폴리에틸렌 부재의 마모입자들)은 관절 내에서 이동될 수 있으며, 이에 따라 인공관절의 적절한 역학적 작용을 방해할 수 있는 심각한 문제를 일으킨다. 즉 인공관절이 헐겁게 되거나, 염증과 통증을 유발하거나, 육아조직이 이상증식하는 등의 문제가 야기되며, 결국 상당수의 환자들이 재시술을 받아야 한다.Abrasion resistance is an important mechanical property of ultra high molecular weight polyethylene used in artificial joints. Debris fine particles (wear particles in the absence of ultra high molecular weight polyethylene) caused by excessive friction during the replacement of the artificial joints in the human body can be displaced within the joints, thus preventing the proper mechanical action of the joints. Can cause serious problems. In other words, the joints are loose, cause inflammation and pain, or granulation tissue abnormal growth, and eventually a large number of patients need to be retreated.

또한, 수 마이크로미터 정도의 크기를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌의 파편 세립자들은 인체의 면역작용에 의해 골흡수(Bone Resorption)와, 골용해(Osteolysis), 골연화 등을 유발할 수 있다. 골연화 등이 인공관절에서 발현되는 경우에, 통상적으로 병든 조직을 수술로 제거하고 인공관절을 교정해야 하는 불편함이 있었다. In addition, the fine particles of ultra-high molecular weight polyethylene having a size of a few micrometers may cause bone resorption, osteolysis, osteomalacia, etc. by the immune function of the human body. When osteochondralization and the like are expressed in artificial joints, there is usually a discomfort to surgically remove the diseased tissue and correct the artificial joints.

이러한 초고분자량 폴리에틸렌 부재의 마모는 인공관절의 디자인이나 시술상 의 문제 등 다양한 요인의 의해 영향을 받지만, 기본적으로 초고분자량 폴리에틸렌이 갖는 내마모성이 가장 중요한 사항이므로, 내마모성이 향상되고 기계적 성질의 변화없이 멸균된 초고분자량 폴리에틸렌 부재를 제공하여 인공관절의 수명을 연장시키도록 하는 것이 요구되었다.The wear of the ultra high molecular weight polyethylene member is affected by various factors such as the design of the artificial joint and the problem in the procedure, but since the wear resistance of the ultra high molecular weight polyethylene is the most important matter, the wear resistance is improved and sterilization is performed without changing the mechanical properties. There has been a need to provide ultra-high molecular weight polyethylene members to extend the life of artificial joints.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 요구를 해결하고자 안출된 것으로, 프리 라디칼을 제거하여 초고분자량 폴리에틸렌의 산화를 방지할 수 있고, 인공관절에 사용될 수 있는 우수한 내마모성을 얻을 수 있게 됨과 더불어, 초고분자량 폴리에틸렌의 기계적 성질이 변화되지 않고서 멸균처리할 수 있는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, to remove the free radicals to prevent oxidation of ultra-high molecular weight polyethylene, and to obtain excellent wear resistance that can be used in artificial joints, ultra-high molecular weight It is an object of the present invention to provide a method for producing an artificial joint ultra high molecular weight polyethylene liner that can be sterilized without changing the mechanical properties of polyethylene.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명에 따른 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법은, 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 절단하는 단계와, 절단된 상기 소재를 폴리비닐팩에 넣고서 이 폴리비닐팩을 질소로 충진하여 밀봉하는 단계와, 감마선 조사에 의해 상기 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재의 가교 결합을 일으키는 단계와, 상기 소재를 열처리하여 재결정을 일으키는 단계와, 상기 소재에다 인공관절용 라이너의 형상을 가공하는 단계 및, 완성된 라이너를 통기성 팩에 넣고 플라스마 멸균을 이용하여 멸균처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for artificial joint, which comprises cutting a material made of ultra-high molecular weight polyethylene, and putting the cut material into a polyvinyl pack and nitrogen-containing the polyvinyl pack. Sealing by filling with a film, causing crosslinking of the ultra-high molecular weight polyethylene material by gamma irradiation, heat-treating the material to cause recrystallization, and processing the shape of an artificial joint liner in the material. And a step of putting the completed liner into a breathable pack and sterilizing using plasma sterilization.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 질소충진 환경에서 감마선을 조사하고 용융점 이상의 온도에서 열처리를 함으로써 프리 라디칼을 제거하여 초고분자량 폴리에틸렌의 산화를 방지할 수 있고, 인공관절에 사용될 수 있는 우수한 내마모성을 얻을 수 있게 됨과 더불어, 통기성 팩에 넣고 플라스마 멸균을 이용하여 초고분자량 폴리에틸렌의 기계적 성질이 변화되지 않고서 멸균처리할 수 있어서, 내마모성이 향상되고 기계적 성질의 변화없이 멸균된 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 제공하 여 궁극적으로 인공관절의 수명을 연장시키는 효과가 있게 된다. As described above, according to the present invention, by irradiating gamma rays in a nitrogen-filled environment and heat-treating at a temperature above the melting point, free radicals can be removed to prevent oxidation of ultra high molecular weight polyethylene, and excellent wear resistance can be obtained for artificial joints. In addition, it can be sterilized without changing the mechanical properties of the ultra high molecular weight polyethylene by placing it in a breathable pack and using plasma sterilization, thereby improving wear resistance and ultimately providing a sterilized ultra high molecular weight polyethylene liner without changing the mechanical properties. It is effective to prolong the life of the artificial joint.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention unclear.

가교된 초고분자량 폴리에틸렌 및 이를 이용하여 제조된 부재는 인체 내 관절의 요소와 같은 각종 부분을 대신하는 보형물로 유용하다. 예를 들면, 고관절에서는, 비구컵(전술한 바와 같음) 또는 컵의 삽입물이나 라이너, 베어링의 요소일 수 있다. 뿐만 아니라, 무릎 관절과, 팔목 관절, 팔꿈치 관절, 어깨 관절, 척추, 관자놀이-하악골 관절(턱) 및, 손가락 관절 등을 위한 부재로 만들어질 수도 있다.Crosslinked ultra high molecular weight polyethylene and members made from the same are useful as prostheses to replace various parts, such as elements of joints in the human body. For example, in the hip joint, it may be an acetabular cup (as described above) or an insert, liner, or bearing element of the cup. In addition, it may be made of members for knee joints, cuff joints, elbow joints, shoulder joints, spine, temple-mandibular joints (chin), finger joints, and the like.

본 명세서에서는 고관절에 사용되는 인공관절용 라이너에 대해 주로 설명하고 있지만, 이는 예를 들어 설명하기 위한 것으로 이에 한정되는 것을 의미하지는 않는다. In the present specification, but mainly described for the liner for artificial joint used in the hip joint, but this is for illustrative purposes and does not mean to be limited thereto.

도 2는 본 발명에 따른 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록선도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법은, 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 절단하는 단계와, 절단된 상기 소재를 폴리비닐팩에 넣고서 이 폴리비닐 팩을 질소로 충진하여 밀봉하는 단계와, 감마선 조사에 의해 상기 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재의 가교결합을 일으키는 단계와, 상기 소재를 열처리하여 재결정을 일으키는 단계와, 상기 소재에다 인공관절용 라이너의 형상을 가공하는 단계 및, 완성된 라이너를 통기성 팩에 넣고 플라스마 멸균을 이용하여 멸균처리하는 단계를 포함한다. Figure 2 is a block diagram schematically showing a method of manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for artificial joints according to the present invention. As shown in the drawing, a method of manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for an artificial joint according to the present invention includes the steps of cutting a material made of ultra high molecular weight polyethylene, and putting the cut material into a polyvinyl pack, and converting the polyvinyl pack into nitrogen. Filling and sealing, causing crosslinking of the material of ultra-high molecular weight polyethylene by gamma irradiation, heat-treating the material to cause recrystallization, and processing the shape of an artificial joint liner in the material And placing the finished liner in a breathable pack and sterilizing using plasma sterilization.

초고분자량 폴리에틸렌으로 된 원재료는 통상 바아(bar) 또는 봉(rod) 형상으로 압출성형되게 된다. 이에 따라 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 소정의 길이로 절단하는 것이 좋다. Raw materials made of ultra high molecular weight polyethylene are usually extruded into bars or rods. Accordingly, it is preferable to cut the material made of ultra high molecular weight polyethylene into a predetermined length.

이렇게 절단된 상기 소재를 폴리비닐팩에 넣고서 이 폴리비닐팩을 질소로 충진하여 밀봉한다. 바람직하기로는 진공장치가 부착된 가스치환장치를 이용해서 폴리비닐팩에 소재를 넣은 후 진공상태에 이르도록 하고, 이어서 질소가 치환되도록 폴리비닐팩의 주입구를 통해 질소를 주입하고 나서 주입구를 열압착하여 밀봉한다. The material thus cut is put in a polyvinyl pack, and the polyvinyl pack is filled with nitrogen and sealed. Preferably, the material is put into the polyvinyl pack using a gas exchanger equipped with a vacuum device to reach a vacuum state, and then nitrogen is injected through the inlet of the polyvinyl pack so that nitrogen is substituted, and then the inlet is thermally compressed and sealed. do.

밀봉된 폴리비닐팩 내의 질소환경에 놓인 소재는 감마선 조사장치를 사용하여 방사선 조사된다. 여기서 본 발명의 주요 특징 중 하나는 통상 멸균처리에 이용되는 감마선의 조사를, 가교결합을 일으키는 데에 이용한다는 점이다. 조사량은 약 100 내지 125 kGy이다. 이와 같이 소재에 감마선을 조사할 때 질소충진하여 산소와 접촉되지 않게 하면, 프리 라디칼이 적게 발생하게 된다. 전술한 바와 같이 프리 라디칼은 초고분자량 폴리에틸렌의 산화를 촉진시켜 기계적 성질을 저해하는 원인이 되므로 적게 발생하는 것이 좋다.Materials placed in a nitrogen environment in a sealed polyvinyl pack are irradiated with a gamma irradiation device. One of the main features of the present invention is that irradiation of gamma rays, which are usually used for sterilization, is used to cause crosslinking. The dosage is about 100 to 125 kGy. In this way, when irradiated with gamma rays on the material, if the nitrogen is filled so that it does not come into contact with oxygen, less free radicals are generated. As described above, the free radicals promote the oxidation of the ultra high molecular weight polyethylene, which causes the mechanical properties to be inhibited.

이어서, 상기 폴리비닐팩으로부터 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 빼 낸 후, 열처리기를 사용하여 약 140 내지 160℃에서, 가장 바람직하기로는 약 150℃에서 대략 2시간 정도 열처리함으로써 상기 소재에 재결정을 일으킨다. 초고분자량 폴리에틸렌의 용융점은 약 135℃인 것으로 알려져 있으며, 따라서 용융점 이상의 온도에서 열처리를 하면 재결정 현상이 일어나게 되면서 프리 라디칼이 완전히 제거되어 초고분자량 폴리에틸렌의 산화를 방지할 수 있게 되는 것이다. 덧붙여, 인공관절에 사용할 수 있는 만족스러운 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있게 되는데, 즉 55MPa 이상의 인장강도와, 234% 이상의 연신율, 65 이상의 경도, 57.2kJ/m2 이상의 아이조드(Izod) 충격강도를 갖게 된다. Subsequently, after removing the material of ultra high molecular weight polyethylene from the polyvinyl pack, the material is recrystallized by heat treatment at about 140 to 160 ° C., most preferably at about 150 ° C. for about 2 hours using a heat treatment machine. It is known that the melting point of the ultrahigh molecular weight polyethylene is about 135 ° C. Therefore, when the heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point, recrystallization occurs and free radicals are completely removed to prevent oxidation of the ultrahigh molecular weight polyethylene. In addition, it is possible to obtain satisfactory excellent mechanical properties for artificial joints, that is, tensile strength of 55 MPa or more, elongation of 234%, hardness of 65 or more, and Izod impact strength of 57.2 kJ / m 2 or more. .

열처리된 상기 소재에다 인공관절용 라이너의 형상을 가공하게 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 필요에 따라 비구라이너 또는 바이폴라라이너 등의 형상을 갖도록 기계가공할 수 있으며, 비구라이너인 경우에는 플랫(Flat)형과 엘리베이티드(Elevated)형 중 하나를 선택하여 가공하게 된다. The shape of the artificial joint liner is processed on the heat treated material. For example, as described above, it may be machined to have a shape such as an acetabular liner or a bipolar liner as needed, and in the case of an acetabular liner, one of a flat type and an elevated type may be selected for processing. Done.

기계가공하여 라이너가 완성되면, 이를 통기성 팩에 넣고서 플라스마 멸균기를 사용하여 멸균처리한다. 상기 통기성 팩은 가스는 통과하지만 세균은 통과하지 못하게 하는, 일종의 필터 성능을 가진 멸균지 또는 멸균포 등으로 만들어지게 된다. 한편, 플라스마를 응용한 의료분야에서의 멸균은 이미 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하되, 다만 상기 통기성 팩에 넣어진 상태에서 라이너를 플라스마 멸균기에서 멸균처리하게 됨으로써 기존의 감마선에 의한 멸균처리와는 달리 멸균하는 동안 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 기계적 성질이 변화되지 않는다는 점을 강조하고자 한다. Once the liner is finished by machining, it is placed in a breathable pack and sterilized using a plasma sterilizer. The breathable pack is made of sterile paper or sterile cloth having some sort of filter performance, such as passing gas but not bacteria. On the other hand, since the sterilization in the medical field applying the plasma is already widely known, a detailed description thereof will be omitted. Would like to emphasize that the mechanical properties of ultrahigh molecular weight polyethylene liners do not change during sterilization.

추가적으로, 통기성 팩 내에서 멸균처리된 다음에, 통기성 팩에 넣어진 상태로 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 포장하는 단계가 포함될 수 있다. Additionally, sterilization in a breathable pack may be followed by packaging the ultrahigh molecular weight polyethylene liner in a breathable pack.

본 발명에 따른 제조방법을 통하여 제작된 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 시뮬레이터를 이용하여 마모시험을 수행한 결과, 기존의 라이너보다 더 우수한 마모성을 나타내었다. 이하에서는 상기 시뮬레이터 마모시험에 대해 설명하기로 한다. The ultra high molecular weight polyethylene liner for artificial joint manufactured by the manufacturing method according to the present invention was subjected to abrasion test using a simulator, and showed better wearability than the conventional liner. Hereinafter, the simulator wear test will be described.

시뮬레이터 마모시험은 생체 내 마모 메카니즘을 재현하는 것으로, 내마모성은 시험기간의 정해진 간격에서 초고분자량 폴리에틸렌 성분의 중량 손실을 측정함으로써 정의 및 측정될 수 있다. 중량 손실은 시험 전과 시험 후의 중량 변화를 확인하여 알 수 있다. 중량 마모는 시뮬레이터의 백만 사이클당 밀리그램으로 정의된다. 이는 마모 표면으로부터 발생된 파편 세립자들의 총 질량 측정값이다. Simulator wear test reproduces the wear mechanism in vivo, and wear resistance can be defined and measured by measuring the weight loss of ultra high molecular weight polyethylene components at defined intervals of the test period. The weight loss can be known by checking the weight change before and after the test. Weight wear is defined as milligrams per million cycles of the simulator. This is the total mass measurement of debris fines generated from the wear surface.

사용된 시뮬레이터는 고관절 시뮬레이터이다. 초고분자량 폴리에틸렌 라이너가 CoCrMo합금으로 만들어진 28mm 직경의 대퇴부 헤드에 대하여 시험되었다. 당연히 여기에 사용된 라이너는 본 발명에 따른 제조방법을 통하여 제작된 것들이다. The simulator used is a hip simulator. Ultra high molecular weight polyethylene liners were tested against a 28 mm diameter thigh head made of CoCrMo alloy. Naturally, the liners used herein are those manufactured through the manufacturing method according to the present invention.

서보 하이드롤릭 6-스테이션 고관절 시뮬레이터 상에서 생리적 부하 및 운동 조건 하에 시험되었는바(ISO 14242-1), 시험기간은 1Hz의 사이클 빈도에서 5백만 사이클 동안이며 매 5십만 사이클에서 관찰 즉 중량 손실이 측정되었다. 시험액은 송아지의 혈청이며, 그 온도는 37℃±2℃였다. 시험 혈청은 대략 500,000 사이클마다 교체되었다. 힘은 컵에 가해졌으며 가해진 최대 힘은 3.0kN이었다. 힘 벡터의 방향은 컵에 대해서는 일정하지만 헤드에 대해서는 움직이게 된다. 모두 3가지의 각변위가 이행되었는데, -18°내지 +25°의 굽힘 및 뻗음, -4°내지 +7°의 외전(外轉) 및 내전, 그리고 -10°내지 +2°의 회전이 시험되었다. Tested under physiological loading and exercise conditions on a servohydraulic 6-station hip simulator (ISO 14242-1), the test period was 5 million cycles at a cycle frequency of 1 Hz and observed at 500,000 cycles, or weight loss. . The test solution was calf serum, and the temperature was 37 ° C ± 2 ° C. Test serum was replaced approximately every 500,000 cycles. Force was applied to the cup and the maximum force applied was 3.0 kN. The direction of the force vector is constant with respect to the cup but with respect to the head. All three angular displacements were implemented: -18 ° to + 25 ° bending and extension, -4 ° to + 7 ° abduction and adduction, and -10 ° to + 2 ° rotation. It became.

4개의 비구라이너 시편과 4개의 바이폴라라이너 시편에 대한 마모시험 결과가 도 3 및 도 4에 각각 나타나 있다. 이들 2군의 시편 중 각각 하나씩(예컨대 도 3의 1-4 시편과 도 4의 2-4 시편)은 중량 마모를 측정하지 않고, 시험액 즉 혈청의 중량 증대를 측정하여서 중량 마모를 상대적으로 유추하였다. The abrasion test results for the four aspheric liner specimens and the four bipolar liner specimens are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. One of each of these two groups of specimens (eg, 1-4 specimens of FIG. 3 and 2-4 specimens of FIG. 4) was relatively inferred by measuring the weight increase of the test solution, ie, serum, without measuring the weight wear. .

이 시험을 통해 CoCrMo합금으로 만들어진 28mm 직경의 대퇴부 헤드에 대하여 가교된 초고분자량 폴리에틸렌 비구라이너의 내마모성과, 가교된 초고분자량 폴리에틸렌 바이폴라라이너의 내마모성을 측정하였다. 본 발명에 따라 제조된 비구라이너의 평균 마모는 백만 사이클당 0.18mg이고, 본 발명에 따라 제조된 바이폴라라이너의 평균 마모는 백만 사이클당 1.05mg이었다. Through this test, the wear resistance of the crosslinked ultra high molecular weight polyethylene non-guarliner and the wear resistance of the crosslinked ultra high molecular weight polyethylene bipolar liner were measured for a 28 mm diameter thigh head made of CoCrMo alloy. The average wear of the abyss liner prepared according to the invention was 0.18 mg per million cycles, and the average wear of the bipolar liner prepared according to the invention was 1.05 mg per million cycles.

전술된 마모시험과 동일한 조건(ISO 14242-1)하에서 종래 기술에 따른 라이너의 평균 마모는 백만 사이클당 3.30mg이고, 최소 마모는 백만 사이클당 2.05mg인 것으로 알려져 있다. 한편, 다른 대표적인 예로서, 맥켈럽 등의 연구("Effect of Femoral Head Size, Material, Surface Roughness and Serum Concentration on the Wear of 5 Mrad Crosslinked- Remelted UHMWPE Acetabular Cups" of H. McKellop, Y-S. Liao, F-W. Shen, W. McGarry; 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, ORS 2006, paper No. 0638)에서는 평균 마모가 백만 사이클당 4.65mg이었는데, 이 연구에서는 최대 2000N의 하중을 가하면서 전술된 마모시험과 동일한 하중 프로파일을 이용하였다. Under the same conditions as the abrasion test described above (ISO 14242-1), the average wear of the liner according to the prior art is known to be 3.30 mg per million cycles and the minimum wear is 2.05 mg per million cycles. Meanwhile, as another representative example, a study by McKelup et al. ("Effect of Femoral Head Size, Material, Surface Roughness and Serum Concentration on the Wear of 5 Mrad Crosslinked- Remelted UHMWPE Acetabular Cups" of H. McKellop, YS. Liao, FW) Shen, W. McGarry; 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society, ORS 2006, paper No. 0638) had an average wear rate of 4.65 mg per million cycles. The same load profile was used.

결국, 상기 시뮬레이터 마모시험에 의하면 본 발명에 따라 제조된 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너가 기존의 라이너들보다 훨씬 뛰어난 내마모성을 갖게 되었음이 입증되었다.As a result, the simulator wear test proved that the ultra-high molecular weight polyethylene liner for artificial joint manufactured according to the present invention had much better wear resistance than conventional liners.

이에 따라 본 발명은 내마모성이 향상되고 기계적 성질의 변화없이 멸균된 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 제공하여 궁극적으로 인공관절의 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있게 된다. Accordingly, the present invention improves wear resistance and provides a sterilized ultra high molecular weight polyethylene liner without changing mechanical properties, thereby ultimately obtaining an effect of extending the life of artificial joints.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

도 1은 인공관절이 시술된 상태의 한 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing an example of a state in which an artificial joint is performed.

도 2는 본 발명에 따른 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록선도이다.Figure 2 is a block diagram schematically showing a method of manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for artificial joints according to the present invention.

도 3 및 도 4는 시뮬레이터 마모시험의 결과를 나타낸 것으로 사이클 대 마모의 관계를 나타낸 그래프들이다.3 and 4 are graphs showing the relationship between the cycle and wear as showing the results of the simulator wear test.

Claims (4)

초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재를 절단하는 단계와, Cutting the material of ultra high molecular weight polyethylene, 절단된 상기 소재를 폴리비닐팩에 넣고서 이 폴리비닐팩을 질소로 충진하여 밀봉하는 단계와, Inserting the cut material into a polyvinyl pack and filling the polyvinyl pack with nitrogen to seal it; 감마선 조사에 의해 상기 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재의 가교 결합을 일으키는 단계와, Causing crosslinking of the material of the ultrahigh molecular weight polyethylene by gamma irradiation; 상기 소재를 열처리하여 재결정을 일으키는 단계와, Heat treating the material to cause recrystallization; 상기 소재에다 인공관절용 라이너의 형상을 가공하는 단계 및, Processing the shape of the artificial joint liner on the material; 완성된 라이너를 통기성 팩에 넣고 플라스마 멸균을 이용하여 멸균처리하는 단계를 포함하는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법. Putting the finished liner in a breathable pack sterilized by using plasma sterilization method of manufacturing an ultra-high molecular weight polyethylene liner for articulated joints. 제1항에 있어서, 상기 감마선 조사에 의해 상기 초고분자량 폴리에틸렌으로 된 소재의 가교 결합을 일으키는 단계는, 감마선 조사장치를 사용하여 감마선을 조사하되, 조사량은 100 내지 125 kGy인 것을 특징으로 하는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법. According to claim 1, wherein the step of causing the cross-linking of the material of the ultra-high molecular weight polyethylene by the gamma irradiation, irradiating gamma rays using a gamma ray irradiation apparatus, the irradiation amount is artificial joint, characterized in that 100 to 125 kGy Method for producing ultra high molecular weight polyethylene liner for use. 제1항에 있어서, 상기 소재를 열처리하여 재결정을 일으키는 단계는, 열처리기를 사용하여 140 내지 160℃에서 2시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법. The method of claim 1, wherein the recrystallization by heat treatment of the material comprises heat treatment at 140 to 160 ° C. for 2 hours using a heat treatment machine. 제1항에 있어서, 상기 멸균처리하는 단계 후에, 상기 통기성 팩에 넣어진 상태로 초고분자량 폴리에틸렌 라이너를 포장하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 인공관절용 초고분자량 폴리에틸렌 라이너의 제조방법. The method of claim 1, wherein after the sterilization step, the ultra-high molecular weight polyethylene liner for packaging the ultra-high molecular weight polyethylene liner in a state of being put in the breathable pack further comprises.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000047002A (en) * 1998-12-31 2000-07-25 장인순 Method for improving abrasive resistance of ultra high molecular weihgt polyethylene for prosthesis
US20020037944A1 (en) 1996-07-09 2002-03-28 The Orthopaedic Hospital Crosslinking of polyethylene for low wear using radiation and thermal treatments
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020037944A1 (en) 1996-07-09 2002-03-28 The Orthopaedic Hospital Crosslinking of polyethylene for low wear using radiation and thermal treatments
KR20000047002A (en) * 1998-12-31 2000-07-25 장인순 Method for improving abrasive resistance of ultra high molecular weihgt polyethylene for prosthesis
EP1197310A1 (en) 2000-09-29 2002-04-17 Depuy Products, Inc. Oriented, cross-linked UHMWPE molding for orthopaedic applications

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