Синергетические эффекты введения многочисленных добавок в сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Синергетические эффекты введения многочисленных добавок в сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки на изобретения

В настоящей заявке на изобретение заявлен приоритет предварительной заявки на патент США №61/175308, поданной 4 мая 2009 года, включенной в данный документ путем ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к устойчивым к окислению полимерам, включая их изготовление и применение. Они включают в качестве не ограничивающего объем изобретения примера устойчивый к окислению перекрестно сшитый сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Кроме того, изобретение относится к применению полимеров, включая устойчивый к окислению перекрестно сшитый СВМПЭ, в искусственных частях тела, включая медицинский протез, содержащий или изготовленный из одного или более чем одного такого полимера. Не ограничивающие объем изобретения примеры включают медицинские протезы для замены суставов, таких как тазобедренные и коленные суставы, где из полимера, такого как устойчивый к окислению СВМПЭ, готовят несущую часть сустава, включая получение поверхности для шарнирно-сочлененных частей сустава. В не ограничивающем объем изобретения примере одна часть медицинского протеза содержит несущий полимер, который образует поверхность, такую как вертлужная поверхность, вокруг которой другая часть медицинского протеза, такая как шарообразная часть, изготовленная из металла или керамики, поворачивается во время использования сустава в организме.

Предшествующий уровень техники

В артропластике эндопротезы, такие как искусственные протезы колена или тазобедренного сустава, обычно подразумевают вращение либо металлического, или керамического шарообразного компонента, который обычно представляет собой часть одной половины сустава, вокруг полимера, такого как СВМПЭ, который обычно представляет собой другую половину сустава, имеющего форму впадины для сочленения с шарообразным компонентом. Более чем десятилетие назад было описано, что воздействие на СВМПЭ ионизирующего излучения перекрестно сшивает материал и приводит к значительно улучшенной прочности на износ. Напротив, ионизирующее излучение также приводит к разрыву полимерных цепей и созданию долгоживущих свободных радикалов в материале. Если эти свободные радикалы не уничтожать, то они взаимодействуют с кислородом и приводят к окислению полимера и последующей деградации механических и трибологических свойств. Чтобы уничтожить свободные радикалы, обычно проводят обработку теплом после ионизирующего излучения.

Было показано, что нагревание перекрестно сшитого полимера до температур, превышающих температуру плавления (т.е. переплавка), уничтожает все заметные свободные радикалы в перекрестно сшитом материале и стабилизирует его против окисления. С другой стороны, переплавка также приводит к понижению степени кристалличности, поскольку пониженная подвижность перекрестно сшитых цепей ингибирует складывание цепей в кристаллические слои, что приводит к пониженному выходу продукта и пределу прочности на разрыв.

Альтернативно, перекрестно сшитый полимер можно нагревать до температуры, которая ниже температуры плавления (т.е. закалка при температуре ниже температуры плавления). Поскольку больший кристаллический слой не плавится в течение закалки при температуре ниже температуры плавления, степень кристалличности обычно либо остается прежней, либо повышается, что обычно поддерживает или улучшает устойчивость к деформации и приводит к меньшему снижению предела прочности на разрыв полученного материала. В противоположность выбор обработки путем нагрева при температурах ниже температур плавления оставляет измеряемое количество свободных радикалов в нерасплавленных кристаллических участках материала, которые могут мигрировать наружу и окислять со временем.

Из-за такого баланса достоинств и недостатков желательно разработать способ стабилизации в высокой степени перекрестно сшитого СВМПЭ к окислению без того, чтобы поступаться механическими свойствами.

Для устранения необходимости тепловой обработки после ионизирующего излучения и последующих недостатков, присущих этому способу, применяли смешивание СВМПЭ смолы с антиоксидантом. При этом подходе единственный антиоксидант смешивают со смолой и затем смесь закрепляют с помощью стандартных способов, таких как прессование в форме или поршневая экструзия. Эту затвердевшую смесь затем подвергают ионизирующему излучению для перекрестного сшивания материала и улучшения износоустойчивости. Смешанный антиоксидант действует как акцептор свободных радикалов и прерывает путь окисления путем передачи атома водорода (H) поврежденной полимерной цепи и, в свою очередь, забирая свободные радикалы, с образованием стабильного свободного радикала, который не взаимодействует с кислородом. Поскольку тепловая обработка после ионизирующего излучения может не быть обязательной для удаления свободных радикалов при помощи этого конкретного способа, механические свойства не ухудшаются в такой же степени.

С другой стороны, существуют две проблемы, связанные с этим способом смешивания. Во-первых, каждая молекула антиоксиданта способна отдавать конечное число атомов водорода/гасить или уничтожать конечное число свободных радикалов. Например, теоретически предполагается, что каждая молекула витамина Е способна гасить два свободных радикала. В результате потребление антиоксиданта во время акцепции свободных радикалов может ограничить эффективное время защиты от окисления. Например, если концентрация антиоксиданта слишком низкая, то все способности по гашению свободных радикалов могут быть израсходованы до уничтожения всех свободных радикалов, что может привести к тому, что оставшиеся свободные радикалы смогут взаимодействовать с кислородом и вызвать окисление. Из-за этой перспективы предпочтительно иметь высокую концентрацию антиоксиданта, чтобы быть уверенным, что весь он не будет израсходован до уничтожения всех свободных радикалов и максимально увеличить долгосрочную устойчивость к окислению. С другой стороны, повышение концентрации антиоксидантов больше определенного предела может привести к пересыщению, которое может вызвать элюцию или диффузию антиоксиданта из полиэтилена. В результате такой элюции могут произойти нежелательные взаимодействия антиоксиданта с телом человека или утрата антиоксидантов, оставшихся на поверхности материала.

Во-вторых, улучшенная износоустойчивость обработанного ионизирующим излучением полимера зависит от накопления при действии ионизирующего излучения свободных радикалов и последующей комбинации свободных радикалов с образованием химических связей (т.е. перекрестных сшивок) между полимерными цепями. Присутствие антиоксиданта во время ионизирующего излучения уничтожает некоторые из свободных радикалов, и приводит к нежелательному ингибированию перекрестного сшивания. В результате более высокие дозы ионизирующего излучения необходимы для получения эквивалентного уровня износоустойчивости по сравнению с полимерами без антиоксидантов. Как следствие повышения дозы радиации для перекрывания ингибирования перекрестного сшивания пластичность и прочность перекрестно сшитого материала снижается еще сильнее. Из-за этой перспективы предпочтительно минимизировать концентрацию антиоксиданта, чтобы максимально снизить ингибирование перекрестного сшивания и необходимую дозу радиации, чтобы достичь заданной износоустойчивости.

В патентах США №№7431874 и 7498365, каждый из которых приведен здесь путем ссылки, предложен способ для того, чтобы избежать этих проблем при смешивании. В соответствии с этим способом СВМПЭ отвердевают и подвергают ионизирующему излучению до внедрения витамина E (Vit E) в материал путем диффузии. Поскольку материал не содержит антиоксиданта на момент проведения ионизирующего излучения, то не происходит ингибирования перекрестного сшивания. Поскольку ингибирование не является целью, то концентрация витамина E в полимере может быть повышена, чтобы гарантировать то, что антиоксидант находится в более чем достаточном количестве для гашения всех существующих свободных радикалов и обеспечения долгосрочной устойчивости к окислению.

Отрицательные аспекты способа диффузии связаны со временем и расходами, необходимыми для дуффундирования достаточного количества витамина E в материал и гомогенизации концентрации в компоненте. Кроме того, более высокие концентрации витамина E, обычно применяемые в этом способе, приводят к сильному градиенту концентрации, который может привести к элюции или диффузии витамина Е из полиэтилена и снижения количества антиоксиданта на поверхности.

Комбинацию синергетических антиоксидантов и их эффектов на гашение свободных радикалов и «регенерацию» антиоксидантов или "повторное использование" упоминали в прошлом, но никогда не связывали с медицинским применением, включая применение в медицинских протезах. Например, в литературе было показано, что регенерация витамина E in vivo происходит путем химических взаимодействий с другими молекулами, такими как аскорбиновая кислота (витамин C). В результате этого взаимодействия молекула витамина E "перезаряжается" и теоретически может гасить в 2 раза больше свободных радикалов. Этот процесс можно продолжать до бесконечности, чтобы обеспечить долгосрочную устойчивость к окислению при низкой концентрации антиоксиданта. Была предположена сходная in-vivo регенерация куркумина с помощью синергетичной молекулы на основании онкологических исследований. В полимерных исследованиях комбинации витамина E с фосфатным антиоксидантом или витамина Е с многоатомным спиртом снижают изменения цвета и способствуют более сильному удержанию витамина Е во время формования из расплава полипропилена с помощью похожего синергетического механизма.

Все способы предшествующего уровня техники, связанные с СВМПЭ, включали смешивание с СВМПЭ только одного антиоксиданта. Более того, в опубликованной заявке на патент №EP2047823 A1, например, специфически утверждается, что "предпочтителен один антиоксидант" "в интересах экономики и эффективности." Проблема с внедрением единственного антиоксиданта заключается в том, что он, по меньшей мере, частично расходуется во время обработки, во время гашения свободных радикалов после обработки и во время применения/службы. В результате композиция предшествующего уровня техники требовала более высоких концентраций антиоксиданта для уверенности в том, что антиоксиданта будет достаточно, чтобы защитить медицинский прибор от долгосрочного окисления в течение срока службы. Эта необходимость более высокой концентрации единственного антиоксиданта также приводила к ингибированию перекрестного сшивания, необходимости более высоких доз ионизирующего излучения, чтобы достичь заданной износоустойчивости и, в конце концов, приводила к ухудшенным механическим свойствам.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к описанию того, что добавление двух или более чем двух добавок к перекрестно сшитому СВМПЭ улучшает устойчивость к окислению материала более, чем аддитивный эффект только двух добавок (т.е. синергетично). Это описание относится, по меньшей мере, к способу приготовления устойчивого к окислению СВМПЭ путем добавления двух или более чем двух различных антиоксидантов или добавок к СВМПЭ, медицинским протезам, изготавливаемым с применением этого устойчивого к окислению СВМПЭ, и применению таких медицинских протезов у пациентов при необходимости медицинского протезирования.

Примеры нескольких возможных путей обработки по изобретению показаны на Фиг.1. Изобретение включает композицию медицинского прибора, в котором комбинации выбранных добавок и/или антиоксидантов решают одну или обе упомянутые выше проблемы, в настоящее время связанные со смешиванием единственного антиоксиданта и неадекватного перекрестного сшивания, что может ухудшить трибологическое свойство СВМПЭ.

Изобретение включает смешивание выбранных, синергетических добавок/антиоксидантов с другим антиоксидантом в СВМПЭ для восстановления или повторного применения антиоксиданта и предотвращения расхода антиоксиданта во время уничтожения свободных радикалов, что также позволит изготовление медицинского прибора с более низкими концентрациями антиоксидантов, с помощью чего достигается не только более высокая устойчивость к окислению, но также изготавливается поверхность с повышенной износоустойчивостью. Более того, пониженная концентрация антиоксиданта может привести к меньшему ингибированию перекрестного сшивания под действием излучения, что снижает необходимость более высоких доз ионизированного излучения для достижения заданной износоустойчивости и, напротив, приводит к меньшей деградации механических свойств. Альтернативно, настоящее изобретение обладает улучшенной устойчивостью к окислению по сравнению с предыдущими приборами, даже несмотря на то что оно обладает такой же концентрацией антиоксидантов.

Вдобавок настоящее изобретение обладает преимуществом перед предыдущим уровнем техники в том, что сохраняется антиоксидант во время затвердевания/обработки, а также при уменьшении изменений цвета СВМПЭ во время обработки и/или службы.

Одно из воплощений настоящего изобретения включает способ получения перекрестно сшитого устойчивого к окислению СВМПЭ для применения в медицинских протезах, при котором осуществляют стадии: (i) получения смолы СВМПЭ; (ii) смешивания смолы СВМПЭ с первым количеством первой добавки и вторым количеством второй добавки, где первая и вторая добавки представляют собой различные добавки; (iii) затвердевания СВМПЭ, который был смешан с первой и второй добавкой; и (iv) перекрестного сшивания затвердевшего СВМПЭ для создания устойчивого к окислению СВМПЭ.

В некоторых воплощениях смола СВМПЭ перекрестно сшита, например, с помощью ионизирующего излучения или химического перекрестного сшивания до сшивания с, по меньшей мере, первой и/или второй добавкой.

В некоторых воплощениях перекрестное сшивание СВМПЭ происходит с помощью перекрестного сшивания путем облучения или путем химического перекрестного сшивания.

В дополнительных воплощениях изобретения синергетический эффект на устойчивость к окислению с помощью комбинации, по меньшей мере, первой и, по меньшей мере, второй добавки позволяет уменьшить количества первой и/или второй добавки, чтобы достичь, например, такого же уровня устойчивости к окислению, который был бы достигнут с помощью повышенной концентрации какой-либо одной добавки.

Кроме того, в некоторых воплощениях из-за пониженного количества, по меньшей мере, первой и/или, по меньшей мере, второй добавки в СВМПЭ, доза излучения или химическое перекрестное сшивание может быть снижено по сравнению с требующимися, если присутствует только одна добавка, поскольку более низкая концентрация антиоксидантных добавок в СВМПЭ по изобретению обеспечивает перекрестное сшивание при пониженных дозах, поскольку меньше добавок препятствует перекрестному сшиванию.

В дополнительных воплощениях изобретения количество первой добавки, совмещаемой со смолой СВМПЭ на стадии (ii) (выше) составляет приблизительно от 50 млн^-1 до приблизительно 5000 млн^-1, более предпочтительно от приблизительно 50 млн^-1 до приблизительно 2000 млн^-1, еще более предпочтительно от приблизительно 100 млн^-1 до приблизительно 1000 млн^-1 и еще более предпочтительно от приблизительно 200 млн^-1 до приблизительно 800 млн^-1 относительно количества СВМПЭ, а количество второй добавки, которую смешивают со смолой СВМПЭ на стадии (и) (выше), составляет от приблизительно 50 млн^-1 до приблизительно 5000 млн^-1, более предпочтительно от приблизительно 50 млн^-1 до приблизительно 2000 млн^-1, еще более предпочтительно от приблизительно 100 млн^-1 до приблизительно 1000 млн^-1 и еще более предпочтительно от приблизительно 200 млн^-1 до приблизительно 800 млн^-1, основываясь на относительном количестве СВМПЭ.

В других воплощениях по изобретению количество первой добавки, которую смешивают со смолой СВМПЭ на стадии (ii) (выше), составляет от приблизительно 0,005 масс.% до приблизительно 0,5 масс.%, от соответствующего количества СВМПЭ, а количество второй добавки, которую смешивают с СВМПЭ на стадии (ii), составляет от приблизительно 0,005 масс.% до приблизительно 0,5 масс.%, от соответствующего количества СВМПЭ.

Более предпочтительно в определенных воплощениях, где перекрестное сшивание проводится с помощью ионизирующего излучения, доза для перекрестного сшивания составляет от приблизительно 1,5 МРад до приблизительно 30 МРад, более предпочтительно от приблизительно 2,5 МРад до приблизительно 15 МРад, и еще более предпочтительно от приблизительно 2,5 МРад до приблизительно 12 МРад.

В других воплощениях после достижения СВМПЭ устойчивости к окислению, как описано выше (смешивание с двумя или более чем двумя добавками, затвердевание и перекрестное сшивание), он далее подвергается механической обработке для изготовления несущего компонента для применения в медицинских протезах.

В некоторых воплощениях плотности перекрестного сшивания комбинированного, затвердевшего и перекрестно сшитого СВМПЭ, так же как и несущего компонента, изготовленного из него, составляют от приблизительно 0,03 моль/дм³ до приблизительно 0,50 моль/дм³.

В большем количестве воплощений, включающих воплощения, описанные выше, первую добавку выбирают из группы, состоящей из фенольных антиоксидантов и стерически затрудненных аминов, а вторую добавку выбирают из группы, состоящей из фосфорных добавок, многоатомных спиртов, фенольных антиоксидантов, стерически затрудненных аминов, каротиноидов, добавок на основе аминокислот, тиосинергистов и кислотных антиоксидантов.

Кроме того, в воплощениях, включающих воплощения, описанные выше, фенольные антиоксиданты в качестве первых добавок выбирают из группы, состоящей из токоферолов, токотриенолов, куркуминоидов, флавоноидов, фенилпропаноидов и синтетических фенольных антиоксидантов; антиоксиданты из группы стерически затрудненных аминов в качестве первых добавок выбирают из группы, состоящей из химассорба 944, химассорба 119 FL, циасорба UV 3346, тинувина 144, тинувина 765, тинувина 770 DF; фосфорные добавки в качестве вторых добавок выбирают из группы, состоящей из фосфитов, фосфонитов и фосфинов; многоатомные спирты в качестве вторых добавок выбирают из группы, состоящей из дипентаэритритола, трипентаэритритола и триметилолпропана этоксилата; фенольные антиоксиданты в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из токоферолов, токотриенолов, куркуминоидов, флавоноидов, синтетических антиоксидантов фенилпропаноидов и бензохинолов; стерически затрудненные амины в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из химассорба 944, химассорба 119 FL, циасорба UV 3346, тинувина 144, тинувина 765, тинувина 770 DF; каротиноиды в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из бета-каротина, ликопина, лютеина, зеаксантина, эхиненона и зеаксантина; добавки, основанные на аминокислотах, в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из глютатиона, цистеина, тирозина и триптофана; тиосинергисты в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из дистеарилтиодипропионата, ирганокса PS 800 и ирганокса PS 802; и кислотные антиоксиданты в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из аскорбилпальмитата, аскорбата и липоевой кислоты.

Далее, в воплощения по изобретению включены, например, те не ограничивающие изобретение примеры, обсужденные выше, токоферолы в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из dl-альфа-токоферола, альфа-токоферола, дельта-токоферола, гамма-токоферола и бета-токоферола; токотриенолы в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из альфа-токотриенола, бета-токотриенола, гамма-токотриенола и дельта-токотриенола; куркуминоиды в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из куркумина, деметоксикуркумина, бисдеметоксикуркумина, тетрагидрокуркумина, гексагидрокуркумина, куркумина сульфата, куркумина глюкуронида, гексагидрокуркумина и циклокуркумина; флавоноиды в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из нарингенина, кверцитина, гесперитина, лютеолина, катехинов, антоцианов; фенилпропаноид в качестве первой добавки представляет собой эугенол; синтетические фенольные антиоксиданты в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из ирганокса 1010, ирганокса 1076, ирганокса 245, бутилированного гидрокситолуена и бутилированного гидроксианизола; фосфиты в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из ультранокса U626, гостанокса PAR24, иргафоса 168, Weston 619 и иргафокса 126; фосфонат в качестве второй добавки представляет собой сандостаб Р-EPQ; фосфин в качестве второй добавки представляет собой pepfin (арилалкил фосфин); токоферолы в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из dl-альфа-токоферола, альфа-токоферола, дельта-токоферола, гамма-токоферола и бета-токоферола; токотриенолы в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из альфа-токотриенола, бета-токотриенола, гамма-токотриенола и дельта-токотриенола; куркуминоиды в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из куркумина, деметоксикуркумина, бисдеметоксикуркумина, тетрагидрокуркумина, гексагидрокуркумина, куркумина сульфата, куркумина-глюкуронида, гексагидрокуркумина и циклокуркумина; флавоноиды в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из нарингенина, кверцитина, гесперитина, лютеолина, катехинов и антоцианов; синтетические антиоксиданты в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из ирганокса 1010, ирганокса 1076, ирганокса 245, бутилированного гидрокситолуола и бутилированного гидроксианизола; и бензохинол второй добавки выбирают из группы, состоящей из убихинола и коэнзима Q10.

Дополнительно, в воплощениях по изобретению, включающих примеры, описанные выше, катехины в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из эпигаллокатехина галлата, эпигаллокатехина, эпикатехина галлата и эпикатехина; антоцианы в качестве первой добавки выбирают из группы, состоящей из цианидина, дельфинидина, мальвидина, пеонидина, петунидина и пеларгонидина; катехины в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из эпигаллокатехина галлата, эпигаллокатехина, эпикатехина галлата и эпикатехина; и антоцианины в качестве второй добавки выбирают из группы, состоящей из цианидина, дельфинидина, мальвидина, пеонидина, петунидина и пеларгонидина.

В предпочтительных воплощениях устойчивый к окислению СВМПЭ готовят согласно воплощениям, описанным выше, включая комбинирование первой и второй добавки со смолой СВМПЭ, затвердевание комбинированного материала и перекрестное сшивание затвердевшего СВМПЭ, где первая добавка представляет собой фенольный антиоксидант, а вторая добавка представляет собой куркуминоид. Кроме того, предпочтительные воплощения включают описанные выше, где первая добавка представляет собой dl-альфа-токоферол, а вторая добавка представляет собой куркумин.

В дальнейших предпочтительных воплощениях устойчивый к окислению СВМПЭ готовят согласно воплощениям, описанным выше, включая смешивание первой и второй добавки со смолой СВМПЭ, затвердевание смешанного материала и перекрестное сшивание затвердевшего СВМПЭ, первая добавка представляет собой фенольный антиоксидант, а вторая добавка представляет собой куркуминоид. Далее, предпочтительные воплощения включают описанный способ, где первая добавка представляет собой dl-альфа-токоферол, а вторая добавка представляет собой куркумин. В дальнейших предпочтительных воплощениях, описанных выше, первая добавка представляет собой dl-альфа-токоферол и вторая добавка представляет собой дипентаэритритол. В дополнительных предпочтительных воплощениях первая добавка представляет собой куркумин, а вторая добавка представляет собой дипентаэритритол.

В дальнейших предпочтительных воплощениях смолу СВМПЭ и первую и вторую добавку смешивают, как описано выше, комбинацию затвердевают, как описано выше, и СВМПЭ подвергают ионизирующему излучению, и первая добавка представляет собой dl-альфа-токоферол, и ее смешивают со смолой СВМПЭ в концентрации приблизительно 250 млн^-1, от соответствующего количества СВМПЭ, а вторая добавка представляет собой куркумин и его смешивают с СВМПЭ в концентрации приблизительно 250 млн^-1 от соответствующего количества СВМПЭ, и затвердевший СВМПЭ перекрестно сшивают с помощью излучения в дозе приблизительно 10 МРад.

В других предпочтительных воплощениях смолу СВМПЭ и первую и вторую добавку смешивают, как описано выше, где первую добавку dl-альфа-токоферол смешивают с СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1, от соответствующего количества СВМПЭ; вторую добавку куркумин смешивают с СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1 от соответствующего количества СВМПЭ; и перекрестное сшивание проводят с помощью ионизирующего излучения в дозе приблизительно 10 МРад.

В других предпочтительных воплощениях устойчивый к окислению СВМПЭ готовят согласно воплощениям, описанным выше, включая смешивание первой и второй добавок со смолой СВМПЭ, затвердевание смешанного материала и перекрестное сшивание затвердевшего СВМПЭ, первая добавка представляет собой куркумин и вторая добавка представляет собой дипентаэритритол.

В дополнительных воплощениях смолу СВМПЭ с первой и второй добавками смешивают, как описано выше, комбинацию затвердевают, как описано здесь, и СВМПЭ подвергают излучению, и где первая добавка представляет собой куркумин и ее комбинируют со смолой СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1, от соответствующего количества СВМПЭ, а вторая добавка представляет собой дипентаэритритол и ее смешивают с СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1, от соответствующего количества СВМПЭ и затвердевший СВМПЭ перекрестно сшивают с помощью ионизированного излучения в дозе приблизительно 10 МРад.

В других предпочтительных воплощениях смолу СВМПЭ с первой и второй добавкой смешивают, как описано выше, где первую добавку dl-альфа-токоферол смешивают с СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1 от соответствующего количества СВМПЭ; вторую добавку куркумин комбинируют с СВМПЭ в концентрации приблизительно 300 млн^-1 от соответствующего количества СВМПЭ; а перекрестное сшивание проводят при излучении в дозе приблизительно 10 МРад.

Другие предпочтительные воплощения изобретения включают медицинский протез, содержащий несущий компонент, включающий в себя перекрестно сшитый СВМПЭ, изготовленный с помощью любого способа придания устойчивости к окислению СВМПЭ, кратко изложенного выше и описанного в деталях ниже. Более того, в предпочтительных воплощениях медицинский протез, обладающий несущей поверхностью, изготовленной согласно способам по изобретению, может представлять собой протез сустава, такой как протез тазобедренного, коленного или сустава пальца, но не ограничиваясь ими.

В других воплощениях настоящего изобретения медицинские протезы, обладающие компонентами несущей поверхности из перекрестно сшитого устойчивого к окислению СВМПЭ, изготовленного в соответствии со способами, кратко изложенными выше и описанными подробно ниже, может вводиться пациентам при необходимости таких протезов, включая искусственные протезы тазобедренного сустава.

В других воплощениях настоящего изобретения первую и/или вторую добавку добавляют к СВМПЭ при помощи способа, не исключающего их смешивание со смолой СВМПЭ до затвердевания и подвергания ионизирующему излучению.

Например, в воплощении изобретения первый антиоксидант смешивают со смолой СВМПЭ (которая сама по себе может быть перекрестно сшита предварительно) и подвергают затвердеванию для изготовления затвердевшего СВМПЭ, имеющего первую добавку. Затвердевшее вещество может быть затем подвергнуто перекрестному сшиванию в это же время или после следующей стадии добавления второй добавки к затвердевшему СВМПЭ. На этой стадии этого воплощения вторую добавку добавляют к затвердевшему СВМПЭ (перекрестно сшитому или нет) с помощью диффузии. Например, диффузию можно осуществлять путем погружения затвердевшего СВМПЭ в раствор, содержащий вторую добавку, на время, необходимое для проникновения второй добавки в затвердевший СВМПЭ в желаемом количестве. Вторую добавку также можно внедрить путем диффузии в затвердевший СВМПЭ с помощью воздействия на затвердевший СВМПЭ газа, содержащего вторую добавку или вторую добавку в твердой форме, такой как тонкоизмельченный порошок, равномерно распределенный на СВМПЭ, и нагревания, чтобы позволить второй добавке диффундировать до желаемой концентрации. Все другие способы добавления, по меньшей мере, первой и второй добавки в СВМПЭ для приготовления перекрестно сшитого СВМПЭ, к которому добавляют первую и вторую добавку и в котором комбинация добавок образует синергетическое повышение устойчивости к окислению перекрестно сшитого СВМПЭ, известные специалистам в данной области техники, находятся в рамках настоящего изобретения.

Дальнейшие области применения изобретения станут очевидны из подробного описания, предложенного ниже. Следует понимать, что подробное описание и специфические примеры наряду с указанием конкретного воплощения изобретения предназначено только для целей объяснения и не ограничивает объем изобретения.

Краткое описание фигур

Сопровождающие фигуры, которые присутствуют в форме части описания изобретения, иллюстрируют воплощения настоящего изобретения и вместе с письменным описанием служат для объяснения принципов, свойств и характерных особенностей изобретения.

На фигурах:

Фиг.1 представляет собой пример графического представления, описывающего несколько возможных путей обработки.

Фиг.2а представляет собой иллюстрацию связи концентрации антиоксиданта (•), износосустойчивости (□) и устойчивости к окислению (▲) в перекрестно сшитом СВМПЭ, имеющем единственную антиоксидантную добавку.

Фиг.2b представляет собой иллюстрацию связи концентрации антиоксиданта (•), износоустойчивости (□) и устойчивости к окислению (▲) в перекрестно сшитом СВМПЭ, имеющем, по меньшей мере, первую и вторую антиоксидантную добавку.

Фиг.3a представляет собой иллюстрацию того, что каждый ВИО эксперимент (время индукции окисления) начинали с изотермического сегмента при 30°C в течение 10 минут с потоком азота для удаления кислорода из камеры, где термокамеру и образец затем нагревали на 20°C/мин до температуры удержания (T) и удерживали в течение 10 минут, чтобы позволить образцу и термокамере достичь равновесия.

Фиг.3b представляет собой иллюстрацию измерений времени индукции окисления (ВИО) для примеров, демонстрирующих измерения ВИО.

Фиг.4 демонстрирует измерения времени индукции окисления (ВИО) для образцов из примера 2.

Фиг.5 демонстрирует измерения времени индукции окисления (ВИО) для образцов из примера 3.

Фиг.6 демонстрирует измерения времени индукции окисления (ВИО) для образцов из примера 4.

Подробное описание воплощений

Следующее описание проиллюстрированного(ых) воплощения(й) просто по природе, и никоим образом не стремиться ограничить изобретение, его употребление или назначения. Специалисту в данной области техники понятно, что можно приготовить различные воплощения и модификации настоящего изобретения без того, чтобы выйти за объем и сущность изобретения.

Настоящее изобретение относится к способам, продуктам и способам применения продуктов, относящихся к перекрестно сшитому СВМПЭ, который смешивают с, по меньшей мере, первой и, по меньшей мере, второй антиоксидантной добавкой, где комбинация первого и второго антиоксиданта действует синергетически (т.е. более чем аддитивно), тем самым давая возможность для получения устойчивого к окислению перекрестно сшитого СВМПЭ (ПСПЭ - перекрестно сшитый полиэтилен), обладающего улучшенной износостойкостью и другими свойствами. Эти свойства делают ПСПЭ по настоящему изобретению подходящим для применения в медицинских имплантатах, хотя это не является ограничением заявленного изобретения, которое относится, в основном, к новому устойчивому к окислению ПСПЭ. При применении в медицинских протезах ПСПЭ может находиться в форме опорной поверхности, например, в протезном суставе. Свойства устойчивости к окислению ПСПЭ по изобретению делает его подходящим для применения в имплантатах, поскольку его износостойкость и другие свойства не ухудшаются со временем, так как ПСПЭ устойчив к окислению. Это означает, что продукт не подвергается окислению в течение его изготовления и что продукт не окисляется со временем. Не ограничиваясь никоим образом никакой теорией, эта долгосрочная устойчивость к окислению, как кажется, является результатом того, что ПСПЭ содержит, по меньшей мере, несколько антиоксидантных добавок, или продуктов этих добавок включая соединения и продукты, полученные в результате взаимодействий добавок и/или продуктов добавок в СВМПЭ.

Определения

Если не указано иное, то все термины, включая технические и научные термины, применяемые здесь, обладают теми же значениями, как обычно используют специалисты в области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение. В целях настоящего изобретения следующие термины имеют значения, приведенные ниже, если не указано иное.

Термин "сверхвысокомолекулярный полиэтилен " ("СВМПЭ") хорошо известен в данной области техники в применяемом здесь значении и в общем обозначает полиэтиленовые полимеры, имеющие среднюю молекулярную массу приблизительно 400000 атомных массовых единиц или более. Предпочтительно сверхвысокомолекулярный полиэтилен имеет среднюю молекулярную массу приблизительно 1000000, более предпочтительно приблизительно 2000000 и наиболее предпочтительно приблизительно 3000000 атомных массовых единиц и более. Обычно средняя молекулярная масса полиэтилена ультравысокой молекулярной массы составляет менее чем приблизительно 10000000 атомных массовых единиц, более предпочтительно приблизительно 6000000 атомных массовых единиц или менее.

Термин "медицинские протезы" хорошо известен специалистам в данной области техники в принятом здесь значении и в основном обозначает устройство, направленное на то, чтобы заменить или дополнить часть костно-мышечной системы животного. Обычные применения медицинских протезов в рамках настоящего изобретения включают искусственные суставы, включая, например, тазобедренный, коленный, плечевой, пальцевой, локтевой, голеностопный, дугоотросчатый и челюстной сустав, но не ограничиваются ими. В качестве примера без ограничения ПСПЭ можно применять в медицинских протезах как компонент несущей поверхности, образующий одну часть сустава. Например, компонент, несущий СВМПЭ в протезном суставе, таком как тазобедренный или коленный, может по форме напоминать приемную чашечку (как ацетабулярный колпачок), что обеспечивает поверхность, относительно которой другой компонент искусственного сустава, такой как металлический или керамический шарик, вращается при движении сустава. Другие применения СВМПЭ в медицинских протезах точно находятся в рамках настоящего изобретения.

Применяемый здесь термин "соединение(я)" обозначает что-либо способное быть определенным, идентифицированным, количественно определенным и т.д. как одиночное вещество, и термин не ограничен какими-либо более специфическими значениями, если только явно не ограничено специфическим контекстом использования термина. Следовательно, термин "соединение(я)" включает химические соединения, частицы, молекулы, комплексы, агенты, добавки и т.п., но не ограничивается ими. Кроме того, например, если термины не ограничены специфическим контекстом их использования, то термины "антиоксидантное соединение", "антиоксидантная добавка", "антиоксидантное вещество" и "антио