Протезные устройства из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, обработанного облучением и плавлением

Протезные устройства из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, обработанного облучением и плавлением

Реферат

 

Изобретение относится к ортопедии, а также к способам производства протезов. Медицинский протез предназначен для использования в виде имплантата тазобедренного и коленного суставов внутри тела и изготовлен из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов. Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы представляет собой обработанный облучением поперечно сшитый полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы с молекулярной массой, по меньшей мере, 500000 и 2 - 3 пиками плавления. Полученные протезы проявляют сниженное образование частиц из протеза во время его ношения и, по существу, устойчивы к окислению. 13 с. и 20 з.п.ф-лы, 11 ил., 21 табл.

Эта заявка является частичным продолжением заявки 08/726313, поданной 2 октября 1996 г., озаглавленной "ПРОТЕЗНЫЕ УСТРОЙСТВА ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА СВЕРХВЫСОКОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ, ОБРАБОТАННОГО ОБЛУЧЕНИЕМ И ПЛАВЛЕНИЕМ", которая является частичным продолжением заявки 08/600744, поданной 13 февраля 1996 г. , озаглавленной "ПРОТЕЗНЫЕ УСТРОЙСТВА ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА СВЕРХВЫСОКОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ, ОБРАБОТАННОГО ПЛАВЛЕНИЕМ". Полные содержания более ранних заявок специально включены в виде ссылки.

Область изобретения Настоящее изобретение относится к области ортопедии и обеспечения протезами, такими как имплантаты тазобедренного и коленного суставов, также к способам производства таких устройств и материалу, используемому при их изготовлении.

Предпосылки изобретения Применение синтетических полимеров, например полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, с металлическими сплавами произвело переворот в области протезных имплантатов, например в применении при полном протезировании тазобедренного и коленного суставов. Однако изнашивание синтетического полимера в контакте с металлом суставного протеза может привести к тяжелым неблагоприятным воздействиям, которые преимущественно проявляются через несколько лет. Различные исследования привели к заключению, что такой износ может привести к высвобождению сверхмелких частиц полиэтилена в окружающие протез ткани. Было высказано предположение, что абразивное истирание растягивает последовательно фальцованные кристаллиты для образования на суставной поверхности анизотропных волокнистых структур. Растянутые волокна могут затем разорваться, приводя к образованию частиц микроскопического размера. В ответ на прогрессирующее проникновение этих полиэтиленовых частиц между протезом и костью начинается вызванная макрофагами резорбция кости вокруг протеза. Макрофаги, часто неспособные переварить эти полиэтиленовые частицы, синтезируют и высвобождают большие количества цитокинов и факторов роста, которые в конечном счете могут привести к резорбции кости остеокластами и моноцитами. Этот остеолизис может способствовать механическому разбалтыванию компонентов протеза, требуя таким образом повторной операции с ее сопутствующими проблемами.

Сущность изобретения Задачей изобретения является предоставление имплантируемого протезного устройства, образованного, по меньшей мере, частично из обработанного облучением полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (ПЭСВММ), не имеющего выявляемых свободных радикалов, с тем, чтобы снизить образование мелких частиц из протеза во время ношения протеза.

Еще одной задачей изобретения является снижение остеолизиса и воспалительных реакций в результате наличия имплантатов протеаза.

Еще одной задачей изобретения является предоставление протеза, который может оставаться имплантированным в организме человека в течение продолжительных периодов времени.

Еще одной задачей изобретения является предоставление усовершенствованного ПЭСВММ, который может использоваться в протезах предшествующих задач и/или в других изготовленных изделиях.

Еще одной задачей изобретения является предоставление усовершенствованного ПЭСВММ, который имеет высокую плотность поперечных сшивок и не имеет выявляемых свободных радикалов.

Еще одной задачей изобретения является предоставление усовершенствованного ПЭСВММ, который имеет улучшенную устойчивость к износу.

В соответствии с изобретением предоставляется медицинский протез для использования внутри тела, который образован из обработанного облучением полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (ПЭСВММ), по существу не имеющего свободных радикалов. Облучение может быть, например, гамма-или электронным облучением. ПЭСВММ имеет поперечно сшитую структуру. Предпочтительно ПЭСВММ является по существу не окисленным и является по существу устойчивым к окислению. Варианты включают, например, ПЭСВММ, имеющий три пика плавления, два пика плавления или один пик плавления. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет полимерную структуру с упорядоченностью структуры менее приблизительно 50%, толщиной тонких пластинок менее чем приблизительно 290 ангстрем и модулем упругости при растяжении менее чем приблизительно 940 мПа, с тем, чтобы уменьшить образование мелких частиц во время ношения протеза. Часть протеза может, например, быть в виде изделия в форме чашки или лотка, имеющего несущую нагрузку поверхность, изготовленную из этого ПЭСВММ. Эта несущая нагрузку поверхность может находиться в контакте со второй частью протеза, имеющей стыкующуюся несущую нагрузку поверхность металлического или керамического материала.

Другим аспектом изобретения является обработанный облучением ПЭСВММ, который по существу не имеет выявляемых свободных радикалов. Этот ПЭСВММ имеет поперечно сшитую структуру. Предпочтительно ПЭСВММ является по существу не окисленным и является по существу устойчивым к окислению. Варианты включают, например, ПЭСВММ, имеющий три пика плавления, два пика плавления или один пик плавления.

Другими аспектами изобретения являются изготовленные изделия, например, с несущей нагрузку поверхностью и устойчивыми к износу покрытиями, изготовленными из такого ПЭСВММ. Одним вариантом реализации является такой, при котором изготовленное изделие представлено в форме прутковой заготовки, которая способна профилироваться в изделия с помощью обычных способов, например механической обработки.

Еще один аспект изобретения включает способ получения поперечно сшитого ПЭСВММ, по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов. Предоставляется обычный ПЭСВММ, имеющий полимерные цепи. Этот ПЭСВММ облучается с тем, чтобы поперечно сшить указанные полимерные цепи. ПЭСВММ нагревается до температуры, превышающей температуру плавления ПЭСВММ так, что в ПЭСВММ по существу нет выявляемых свободных радикалов. Затем ПЭСВММ охлаждается до комнатной температуры. В определенных вариантах реализации охлажденный ПЭСВММ подвергается механической обработке и/или стерилизуется.

Один предпочтительный вариант реализации этого способа называется ХОБ-ПП, т.е. холодовое облучение и последующее плавление. ПЭСВММ предоставляется при комнатной температуре или ниже комнатной температуры.

Другой предпочтительный вариант реализации этого способа называется ТОБ-ПП, т. е. тепловое облучение и последующее плавление. Предоставляемый ПЭСВММ представляет собой ПЭСВММ, предварительно нагретый до температуры ниже температуры плавления.

Другой предпочтительный вариант реализации этого способа называется ТОБ-АП, т.е. тепловое облучение и адиабатическое плавление. В этом варианте реализации предоставляемый ПЭСВММ представляет собой предварительно нагретый до температуры ниже температуры плавления ПЭСВММ, предпочтительно от приблизительно 100^oС до температуры ниже температуры плавления ПЭСВММ. Предпочтительно ПЭСВММ находится в изолирующем материале с тем, чтобы снизить потерю тепла из ПЭСВММ во время обработки. Предварительно нагретый ПЭСВММ затем облучается до достаточно высокой общей дозы и при достаточно быстрой частоте дозы с тем, чтобы генерировать достаточное количество тепла в полимере по существу для плавления всех кристаллов в материале и таким образом обеспечить удаление по существу всех выявляемых свободных радикалов, образуемых, например, этапом облучения. Предпочтительно, чтобы на этапе облучения использовалось электронное облучение с тем, чтобы вызвать такое адиабатическое нагревание.

Другим аспектом этого изобретения является продукт, изготовленный в соответствии с описанным выше способом.

Еще одним аспектом этого изобретения, называемым РОБ, т.е. расплавляющее облучение, является способ для изготовления поперечно сшитого ПЭСВММ. Предоставляется обычный ПЭСВММ. Предпочтительно ПЭСВММ окружен инертным материалом, который по существу свободен от кислорода. ПЭСВММ нагревается выше температуры плавления ПЭСВММ с тем, чтобы полностью расплавить всю кристаллическую структуру. Нагретый ПЭСВММ облучается и облученный ПЭСВММ охлаждается приблизительно до 25^oС.

В варианте реализации РОБ изготавливается сильно перепутанный и поперечно сшитый ПЭСВММ. Предоставляется обычный ПЭСВММ. Предпочтительно ПЭСВММ окружен инертным материалом, который по существу свободен от кислорода. ПЭСВММ нагревается выше температуры плавления ПЭСВММ в течение времени, достаточного для обеспечения возможности образования перепутанных полимерных целей в ПЭСВММ. Нагретый ПЭСВММ облучается с тем, чтобы захватить полимерные цепи в перепутанном состоянии, и облученный ПЭСВММ охлаждается приблизительно до 25^oС.

Изобретение также описывает способ изготовления медицинского протеза из обработанного облучением ПЭСВММ, по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов, причем в результате в протезе снижается выработка частиц из протеза во время ношения протеза. Предоставляется ПЭСВММ, не имеющий выявляемых свободных радикалов. Медицинский протез изготовлен из этого ПЭСВММ с тем, чтобы снизить образование частиц из протеза во время ношения протеза, причем ПЭСВММ образует несущую нагрузку поверхность протеза. Образование может осуществляться с помощью стандартных процедур, известных специалистам в этой области, например механической обработки.

Также в этом изобретении предоставляется способ лечения организма, нуждающегося в установке медицинского протеза. Предоставляется спрофилированный протез, образованный из обработанного облучением ПЭСВММ, по существу не имеющий выявляемых свободных радикалов. Протез применяется в организме, нуждающемся в установке протеза. Протез уменьшает образование мелких частиц из протеза во время ношения протеза. В предпочтительном варианте реализации ПЭСВММ образует несущую нагрузку поверхность протеза.

Указанные выше и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны из следующего описания при прочтении совместно с сопровождающими чертежами.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе через центр медицинского протеза тазобедренного сустава в соответствии с предпочтительным вариантом реализации этого изобретения.

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку выстилки вертлужной впадины, как показано на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой вид в поперечном разрезе по линии 3-3 фиг.2.

Фиг. 4 представляет собой график, показывающий кристалличность и точку плавления ПЭСВММ, обработанного плавлением-облучением, при различных дозах облучения.

Фиг.5 представляет собой пространственную сканирующую электронную микрофотографию протравленной поверхности обычного ПЭСВММ, показывающую его кристаллическую структуру.

Фиг.6 представляет собой пространственную сканирующую электронную микрофотографию протравленной поверхности обработанного плавлением-облучением ПЭСВММ, показывающую его кристаллическую структуру, приблизительно при том же увеличении, что и на фиг.5.

Фиг. 7 представляет собой график, показывающий кристалличность и точку плавления на различных глубинах покрытия из ПЭСВММ, обработанного плавлением-облучением, при различных дозах облучения.

Фиг. 8 представляет собой график, показывающий эндотермы ДСК плавления ПЭСВММ Hoechst-Celanese GUR 4050, полученного с использованием теплого облучения и частичного адиабатического плавления (ТОБ-АП) с последующим нагреванием и без него.

Фиг. 9 представляет собой график, показывающий эндотермы ДСК плавления ПЭСВММ Hoechst-Celanese GUR 1050, полученного с использованием теплого облучения и частичного адиабатического плавления (ТОБ-АП) с последующим нагреванием и без него.

Фиг.10 представляет собой график, показывающий адиабатическое нагревание ПЭСВММ, обработанного с помощью ТОБ-АП с температурой перед нагреванием 130^oС.

Фиг. 11 представляет собой график, показывающий режим деформации растяжения необлученного ПЭСВММ, ПЭСВММ, обработанного ХОБ-ПП, и ПЭСВММ, обработанного ТОБ-АП.

Подробное описание Это изобретение предоставляет медицинский протез для использования внутри тела, который изготовлен из обработанного облучением полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (ПЭСВММ), по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов.

Медицинский протез в форме протеза тазобедренного сустава в целом проиллюстрирован под цифрой 10 на фиг.1. Показанный протез имеет обычную шаровую головку 14, соединенную шеечной частью со стволом 15, который установлен с помощью обычного цемента 17 в бедренную кость 16. Шаровая головка может иметь обычную конструкцию и быть изготовлена из нержавеющей стали или других сплавов, что известно из предшествующего уровня техники. Радиус шаровой головки близко соответствует радиусу внутренней чашки вертлужной впадины 12, которая может быть установлена в цемент 13 непосредственно в таз 11. Альтернативно металлический вертлужный остов может цементироваться в таз 11 и вертлужная впадина 12 может образовывать покрытие или выстилку, соединенную с металлическим вертлужным остовом с помощью средств, известных из предшествующего уровня техники.

Как известно из предшествующего уровня техники, определенная форма протеза может в значительной степени варьировать. Известно множество конструкций тазобедренного сустава и известны другие протезы, такие как коленные суставы, плечевые суставы, голеностопные суставы, локтевые суставы и суставы пальцев. Все такие протезы предшествующего уровня техники могут быть усовершенствованы с помощью изготовления, по меньшей мере, одной несущей нагрузку поверхности такого протеза из материала полиэтилена высокой молекулярной массы в соответствии с этим изобретением. Такие несущие нагрузку поверхности могут быть в форме слоев, выстилок или реальных цельных устройств, как показано на фиг.1. Во всех случаях предпочтительно, чтобы несущая нагрузку поверхность действовала совместно с металлической или керамической сопряженной деталью протеза так, что между ними образуется поверхность скольжения. Как известно в предшествующем уровне техники, такие поверхности скольжения подвержены разрушению полиэтилена. Такое разрушение может быть значительно уменьшено с помощью использования материалов настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана вертлужная впадина 12 в форме наполовину полого шарообразного устройства, которое лучше видно в поперечном разрезе на фиг.3. Как описано ранее, наружная поверхность 20 вертлужной впадины не обязательно должна быть круглой или полукруглой, но может быть квадратной или иметь любую конфигурацию для прямого прикрепления к тазу или к тазу через металлический остов, что известно из предшествующего уровня техники. Радиус вертлужной впадины, показанной под цифрой 21 на фиг.3 предпочтительного варианта реализации, находится в диапазоне от приблизительно 20 мм до приблизительно 35 мм. Толщина вертлужной впадины от ее в целом полукруглой полой части до наружной поверхности 20 составляет предпочтительно приблизительно 8 мм. Наружный радиус составляет предпочтительно порядка от приблизительно 20 мм до приблизительно 35 мм.

В некоторых случаях шаровой сустав может быть изготовлен из ПЭСВММ этого изобретения, а вертлужная впадина изготовлена из металла, хотя предпочтительно изготовить вертлужную впадину или выстилку вертлужной впадины из ПЭСВММ для сопряжения с металлическим шаром. Как известно из предшествующего уровня техники, конкретный способ прикрепления компонентов протеза к костям тела может в значительной степени варьировать. Имеется в виду, что медицинский протез этого изобретения включает цельные протезные устройства или их части, например компонент, слой или выстилку. Медицинский протез включает, например, части ортопедического сустава и костного протеза, например протезы тазобедренного, коленного, плечевого, локтевого, голеностопного или пальцевых суставов. Протез может быть в форме, например, в виде имеющего форму чашки или лотка сустава, который имеет несущую нагрузку поверхность. В изобретение также включены другие формы, известные специалистам в этой области техники. Имеется в виду, что медицинские протезы также включают любую поверхность износа протеза, например покрытие на поверхности протеза, в котором протез изготовлен из материала, отличного от ПЭСВММ этого изобретения.

Протезы этого изобретения можно использовать для контакта с частями, содержащими металл, изготовленными, например, из кобальтохромового сплава, нержавеющей стали, титанового сплава или никелевокобальтового сплава или с частями, содержащими керамику. Например, сконструирован тазобедренный сустав, в котором сустав в форме чашки, имеющий внутренний радиус 25 мм, контактирует с металлическим шаром, имеющим внешний радиус 25 мм с тем, чтобы обеспечить тесное сопряжение с суставом в форме чашки. Несущая нагрузку поверхность сустава в форме чашки этого примера изготовлена из ПЭСВММ этого изобретения, предпочтительно имеющего толщину, по меньшей мере, приблизительно 1 мм, более предпочтительно имеющего толщину, по меньшей мере, приблизительно 2 мм, более предпочтительно имеющего толщину, по меньшей мере, приблизительно 1/4 дюйма (6,35 мм) или еще более предпочтительно имеющего толщину, по меньшей мере, приблизительно 1/3 дюйма (8,46 мм).

Протезы могут иметь любые стандартные известные вид, форму или конфигурацию, или быть изготовлены по заказу, но иметь, по меньшей мере, одну несущую нагрузку поверхность из ПЭСВММ этого изобретения. Протезы этого изобретения нетоксичны для людей. Они не подвергаются повреждению нормальными биологическими компонентами организма, например кровью или интерстициальными жидкостями. Они способны подвергаться стерилизации стандартными средствами, включая, например, тепло или смесь этилена.

Под ПЭСВММ подразумеваются линейные, неразветвленные цепи этилена, которые имеют молекулярные массы более чем приблизительно 500000, предпочтительно более чем приблизительно 1000000 и более предпочтительно выше чем приблизительно 2000000. Часто молекулярные массы могут достигать, по меньшей мере, приблизительно 8000000. Под средней молекулярной массой подразумевается средняя молекулярная масса исходного материала ПЭСВММ перед каким-либо облучением.

Обычный ПЭСВММ получают с помощью стандартного катализатора Zieger-Natta, и по мере того как из поверхностного каталитического участка образуются полимерные цепи, они кристаллизуются и взаимно сцепляются в виде сложенных в цепочку кристаллов. Примеры известных порошков ПЭСВММ включают полиэтилен Hifax Grade 1900 (приобретенный y Montell, Wilmington, Delaware), имеющий молекулярную массу приблизительно 2 миллиона г/моль и совсем не содержащий стеарата кальция; GUR 4150, также известный как GUR 415 (приобретенный у Hoescht Celanese Corp., Houston, TX), имеющий молекулярную массу приблизительно 4-5 миллионов г/моль и содержащий 500 мг/г стеарата кальция; GUR 4050 (приобретенный у Hoescht Celanese Corp., Houston, TX), имеющий молекулярную массу приблизительно 4-5 миллионов г/моль и не содержащий какого-либо количества стеарата кальция; GUR 4120 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Houston, TX), имеющий молекулярную массу приблизительно 2 миллиона г/моль и содержащий 500 мг/г стеарата кальция; GUR 4020 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Houston, TX), имеющий молекулярную массу приблизительно 2 миллиона г/моль и не содержащий никакого количества стеарата кальция; GUR 1050 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Germany), имеющий молекулярную массу приблизительно 4-5 миллиона г/моль и не содержащий никакого количества стеарата кальция; GUR 1150 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Germany), имеющий молекулярную массу приблизительно 4-5 миллионов г/моль и содержащий 500 мг/г стеарата кальция; GUR 1020 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Germany), имеющий молекулярную массу приблизительно 2 миллиона г/моль и не содержащий никакого количества стеарата кальция, и GUR 1120 (приобретенный y Hoescht Celanese Corp., Germany), имеющий молекулярную массу приблизительно 2 миллиона г/моль и содержащий 500 мг/г стеарата кальция. Предпочтительным ПЭСВММ для применения по медицинским показаниям являются GUR 4150, GUR 1050 и GUR 1020. Под смолой подразумевается порошок.

Порошок ПЭСВМ может затвердевать с использованием множества различных методик, например плунжерного выдавливания, прессование или прямое компрессионное формование. При плунжерном выдавливании порошок ПЭСВММ нагнетается через нагретую втулку, посредством чего он затвердевает в стержневую заготовку, например прутковую заготовку (можно приобрести, например, в Westlake Plastics, Lenni, РА). При прессовании порошок ПЭСВММ затвердевает под высоким давлением в форму (можно приобрести, например, y Poly-Hi Solidur, Fort Wayne, IN, или Perplas, Stanmore, UK). Форма может иметь вид, например, толстого листа. Прямое компрессионное формование предпочтительно используется для изготовления изделий точной формы, например вертлужных компонентов или большеберцовых вставок протеза коленного сустава (можно приобрести, например, y Zimmer, Inc., Warsaw, IN). При этой методике порошок ПЭСВММ прессуется непосредственно в окончательную форму. Из прутковой заготовки после плунжерного выдавливания или из листа после прессования обычно изготавливаются "хоккейные шайбы" или ролики.

Под обработанным облучением ПЭСВММ подразумевается ПЭСВММ, который был обработан облучением, например, гамма-облучением или электронным облучением с тем, чтобы вызвать образование поперечных сшивок между полимерными цепями ПЭСВММ.

Под по существу не определяемыми свободными радикалами подразумевается по существу отсутствие свободных радикалов по данным измерения с помощью электронного парамагнитного резонанса, как описано в работе Jahan et al., J. Biomedical Materials Research 25:1005 (1991). Свободные радикалы включают, например, ненасыщенные транс-виниленовые свободные радикалы. ПЭСВММ, который был облучен до температуры ниже его точки плавления с помощью ионизирующего излучения, содержит поперечные сшивки, а также длительно живущие захваченные свободные радикалы. Эти свободные радикалы вступают в реакцию с кислородом в течение длительного срока и в результате приводят к приданию хрупкости ПЭСВММ вследствие окислительного распада. Преимуществом ПЭСВММ и медицинских протезов этого изобретения является то, что используется обработанный облучением ПЭСВММ, который не содержит выявляемых свободных радикалов. Свободные радикалы можно удалить с помощью любого способа, который дает этот результат, например с помощью нагревания ПЭСВММ до температуры, превышающей его точку плавления так, что по существу не остается никакой остаточной кристаллической структуры. С помощью устранения кристаллической структуры свободные радикалы способны к рекомбинации и таким образом удаляются.

ПЭСВММ, который используется в этом изобретении, имеет поперечно сшитую структуру. Преимущество наличия поперечно сшитой структуры состоит в том, что она уменьшит образование частиц из протеза во время ношения протеза.

Предпочтительно, чтобы ПЭСВММ был по существу неокисленным. Под по существу неокисленным подразумевается, что отношение площади под карбониловым пиком при 1740 см^-1 в спектрах FTIR к площади под пиком при 1460 см^-1 в спектрах FTIR поперечно сшитого образца имеет тот же порядок величины, что и соотношение для образца перед поперечной сшивкой.

Предпочтительно, чтобы ПЭСВММ был по существу устойчив к окислению. Под по существу устойчивым к окислению подразумевается, что он по существу остается неокисленным в течение, по меньшей мере, 10 лет. Предпочтительно он по существу остается неокисленным в течение, по меньшей мере, 20 лет, более предпочтительно в течение, по меньшей мере, 30 лет, более предпочтительно в течение, по меньшей мере, 40 лет и наиболее предпочтительно в течение всей жизни пациента.

В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет три пика плавления. Первый пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 105^oС до приблизительно 120^oС, более предпочтительно от приблизительно 110^oС до приблизительно 120^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 118^oС. Второй пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 125^oС до приблизительно 140^oС, более предпочтительно от приблизительно 130^oС до приблизительно 140^oС, еще более предпочтительно он составляет приблизительно 135^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 137^oС. Третий пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 140^oС до приблизительно 150^oС, более предпочтительно от приблизительно 140^oС до приблизительно 145^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 144^oС. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет два пика плавления. Первый пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 105^oС до приблизительно 120^oС, более предпочтительно от приблизительно 110^oСМ до приблизительно 120^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 118^oС. Второй пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 125^oС до приблизительно 140^oС, более предпочтительно от приблизительно 130^oС до приблизительно 140^oС, еще более предпочтительно составляет приблизительно 135^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 137^oС. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет один пик плавления. Пик плавления предпочтительно составляет от приблизительно 125^oС до приблизительно 140^oС, более предпочтительно от приблизительно 130^oС до приблизительно 140^oС, еще более предпочтительно составляет приблизительно 135^oС и наиболее предпочтительно составляет приблизительно 137^oС. Предпочтительно ПЭСВММ имеет два пика плавления. Количество пиков плавления определяется с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) при скорости нагревания 10^oС/мин.

Полимерная структура ПЭСВММ, используемого в протезах этого изобретения, приводит к снижению образования частиц ПЭСВММ из протеза во время ношения протеза. В результате ограниченного числа частиц, выделяемых в тело, протез проявляет более длительный срок жизни имплантата. Предпочтительно протез может оставаться имплантированным в теле в течение, по меньшей мере, 10 лет, более предпочтительно в течение, по меньшей мере, 20 лет и наиболее предпочтительно в течение всей жизни пациента.

Изобретение также включает другие сконструированные изделия, изготовленные из обработанного облучением ПЭСВММ, по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов. Предпочтительно ПЭСВММ, который используется для изготовления сконструированных изделий, имеет поперечно сшитую структуру. Предпочтительно ПЭСВММ является по существу устойчивым к окислению. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет три пика плавления.

В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет два пика плавления. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет один пик плавления. Предпочтительно ПЭСВММ имеет два пика плавления. Сконструированные изделия включают спрофилированные изделия и не спрофилированные изделия, включая, например, обработанные предметы, например гильзы, приводы, гайки, направляющие салазки, болты, крепежные средства, кабели, трубки и им подобные, и прутковые заготовки, пленки цилиндрические прутики, обшивка, панели и волокна. Спрофилированные изделия могут быть изготовлены, например, с помощью механической обработки. Сконструированное изделие может быть, например, в форме прутковой заготовки, которая способна профилироваться во второе изделие с помощью механической обработки. Сконструированные изделия, в частности, пригодные для использования под воздействием нагрузки, например, для применения, требующего высокой устойчивости к износу, например в качестве несущей нагрузку поверхности, например суставной поверхности, и в качестве замещающих металл изделий. Пленки или листы ПЭСВММ этого изобретения могут также прикрепляться, например, с помощью клея на опорные поверхности и, таким образом, использоваться в качестве устойчивой к износу несущей нагрузки поверхности.

Изобретение также включает обработанный облучением ПЭСВММ, который по существу не имеет выявляемых свободных радикалов. ПЭСВММ имеет поперечно сшитую структуру. Предпочтительно ПЭСВММ по существу не окислен и является по существу устойчивым к окислению. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет три пика плавления. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет два пика плавления. В определенных вариантах реализации ПЭСВММ имеет один пик плавления. Предпочтительно ПЭСВММ имеет два пика плавления. В зависимости от конкретной обработки, используемой для изготовления ПЭСВММ, в ПЭСВММ этого изобретения могут присутствовать определенные примеси, включая, например, стеарат кальция, средства смазки для форм, наполнители, антиоксиданты и/или другие обычные добавки к полиэтиленовым полимерам.

Изобретение также предоставляет способ получения поперечно сшитого ПЭСВММ, по существу не имеющего выявляемых свободных радикалов. Предпочтительно этот ПЭСВММ предназначен для использования в качестве несущего нагрузку изделия с высокой устойчивостью к износу. Предоставляется обычный ПЭСВММ, имеющий полимерные цепи. Обычный ПЭСВММ может быть в виде, например, прутковой заготовки, спрофилированной прутковой заготовки, например шайбы, покрытия или изготовленного изделия, изделия в форме гильзы или лотка для использования в медицинском протезе. Под обычным ПЭСВММ подразумевается имеющийся в продаже полиэтилен высокой плотности (линейный) с молекулярной массой выше чем приблизительно 500000. Предпочтительно исходный материал ПЭСВММ имеет среднюю молекулярную массу более чем 2 миллиона. Под начальной средней молекулярной массой подразумевается средняя молекулярная масса исходного материала ПЭСВММ перед любым облучением. ПЭСВММ облучается с тем, чтобы обеспечить поперечную сшивку полимерных цепей. Облучение может осуществляться в инертной или неинертной среде. Предпочтительно облучение осуществляется в неинертной среде, например воздухе. Облученный ПЭСВММ нагревается выше температуры плавления ПЭСВММ с тем, чтобы в ПЭСВММ по существу не было выявляемых свободных радикалов. Затем нагретый ПЭСВММ охлаждается до комнатной температуры. Предпочтительно этап охлаждения проводится со скоростью выше приблизительно 0,1^oС/мин. Необязательно охлажденный ПЭСВММ может подвергаться механической обработке. Например, если во время этапа облучения произошло какое-либо окисление, он по желанию может быть удален механическим способом с помощью любого способа, известного специалистам в этой области. И необязательно охлажденный ПЭСВММ или подвергнутый механической обработке ПЭСВММ может стерилизоваться с помощью любого способа, известного специалистам в этой области.

Один предпочтительный вариант реализации этого способа называется ХОБ-ПП, т. е. холодовое облучение и последующая плавка. При этом варианте реализации предоставляемый ПЭСВММ имеет комнатную температуру или температуру ниже комнатной. Предпочтительно она составляет приблизительно 20^oС. Облучение ПЭСВММ может осуществляться, например, гамма-облучением или электронным облучением. В целом, гамма-облучение дает высокую глубину проникновения, но занимает больше времени, что приводит к возможности большого окисления на глубине. В целом, электронное облучение дает более ограниченные глубины проникновения, но занимает меньше времени, и снижается возможность обширного окисления. Облучение производится с тем, чтобы обеспечить поперечную сшивку полимерных цепей. Доза облучения может изменяться для регуляции степени поперечной сшивки и кристалличности в конечном продукте ПЭСВММ. Предпочтительно общая поглощенная доза облучения составляет приблизительно от 0,5 до приблизительно 1000 мрад, более предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 100 мрад, еще более предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 30 мрад, еще более предпочтительно приблизительно 20 мрад и наиболее предпочтительно приблизительно 15 мрад. Предпочтительно используется мощность дозы, которая не вызывает образования тепла, достаточного для плавления ПЭСВММ. Если используется гамма-облучение, предпочтительная мощность дозы составляет от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2 мрад/мин. Если используется электронное облучение, мощность дозы составляет от приблизительно 0,05 до 3000 мрад/мин, более предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 5 мрад/мин и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2 мрад/мин. Мощность дозы при электронном облучении определяется следующими параметрами: (i) мощность ускорителя в кВт, (ii) скорость конвейера, (iii) расстояние между поверхностью обучаемых образцов и горловиной сканирования и (iv) ширина сканирования. Мощность дозы в электронно-лучевой установке часто измеряется в мрад на прохождение под электронно-лучевым растром. Указанные здесь мощности дозы в мрад/мин можно превратить в мрад/прохождение с помощью следующего уравнения: D_{мрад/мин}=D_{мрад/про хождение}V_c - l, где D_{мрад/мин} представляет собой мощность дозы в мрад/мин, D_{мрад/про хождение} представляет собой мощность дозы в мрад/прохождение, V_c представляет собой скорость конвейера и l представляет собой длину образца, который проходит через область электронно-лучевого растра. Когда используется электронное облучение, энергия электронов может варьировать для изменения глубины проникновения электронов. Предпочтительно энергия электронов составляет от приблизительно 0,5 МэВ до приблизительно 12 МэВ, более предпочтительно от приблизительно 5 МэВ до приблизительно 12 МэВ. Такая возможность манипулирования особенно полезна, когда облучаемым объектом является изделие меняющейся толщины или глубины, например суставной впадины для медицинского протеза.

Облученный ПЭСВММ нагревается до температуры выше температуры плавления ПЭСВММ так, что в ПЭСВММ нет выявляемых свободных радикалов. Нагревание обеспечивает молекулы с достаточной подвижностью с тем, чтобы устранить ограничения, связанные с кристаллами ПЭСВММ, обеспечивая таким образом возможность рекомбинации по существу всех остаточных свободных радикалов. Предпочтительно ПЭСВММ нагревается до температуры от приблизительно 137^oС до приблизительно 300^oС, более предпочтительно от приблизительно 140^oС до приблизительно 300^oС, еще более предпочтительно от приблизительно 140^oС до приблизительно 190^oС, еще более предпочтительно от приблизительно 145^oС до приблизительно 300^oС, еще более предпочтительно от приблизительно 145^oС до приблизительно 190^oС, еще более предпочтительно от приблизительно 146^oС до приблизительно 190^oС и наиболее предпочтительно приблизительно 150^oС. Предпочтительно на этапе нагревания температура поддерживается в течение приблизительно от 0,5 мин до приблизительно 24 ч, более предпочтительно от приблизительно 1 ч до приблизительно 3 ч и наиболее предпочтительно приблизительно 2 ч. Нагревание может проводиться, например, в воздухе, в инертном газе, например водороде, аргоне или гелии, в сенсибилизирующей атмосфере, например ацетилене, или вакууме. Предпочтительно, чтобы для более длительных периодов нагревания нагревание проводилось в инертном газе или под