• 検索結果がありません。

ぺ and remelted polye ylenecups: Modification induced -by creep, wear and oxidation In-vivo degradation of middle-term highly cross-linked ScienceDirect

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "ぺ and remelted polye ylenecups: Modification induced -by creep, wear and oxidation In-vivo degradation of middle-term highly cross-linked ScienceDirect"

Copied!
12
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BJOMEDIC/¥L MllTERlllLS 5 1  (20 1 5 )   1 3‑24 

S c i e n c e D i r e c t  

A v a i l a b l e   on l i n e   a t   www.scie n ced i r ect.com 

ELSEVIER  www.e l s e v i e r . c o m / l o c a t e / j m b b m  

Research Paper 

I n ‑ v i v o   d e g r a d a t i o n  o f  m i d d l e ‑ t e r m  h i g h l y  c r o s s ‑ l i n k e d   ( l ) c r o s s M a r k   and r e m e l t e d  p o l y e

y l e n ec u p s :  M o d i f i c a t i o n  induced  ‑

by c r e e p ,  wear and o x i d a t i o n  

Y o s h i h i r o  M i u r α

MαsαhiroHαsegαωαa

A k i h i r o Sudo a Giuseppe  P e z z o t t i b

Leon α rdo Puppulin ' 

a D e p a r t m e n t   o f  O r t h o p a e d i c  S u r g e r y ,   Mie  U n i v e r s i t y ,  G r a d u a t e   S c h o o !   o f  M e d i c i n e ,   2 ‑ 1 7 4   E d o b

s h i , T s u   514 ・ 8 5 0 7 ,M i e ,   J

p a n

b c e r a m i c   P h y s i c s   L a b o r a t o r y ,   K y o t o   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   S a k y o ‑ k u ,  M a t s u g a s a k i ,   6 0 6 ‑ 8 5 8 5  K y o t o ,   J a p a n  

< D e p a r t m e n t   o f   Mo l e c u l a r  C e l l  P h y s i o l o g y ,  K y o t o   P r e f e c t u r a l  U n i v e r s i t y  o f  M e d i c i n e ,  K a m i g y o ‑ k u  H i r o k o j i  A g a r u ,   K

warama c h i ‑ d o r i , 602‑8566  K y o t o ,  J a p a n  

ARTICLE INFO  ABSTRACT 

2 2  J u n e  2 0 1 5  

I n  t h i s  s t u d y   Raman  { R S )  and F o u r i e r  Transform I n

a r e d{ F T ‑ I R )  s p e c t r o s c o p i c   t e c h n i q u e s   were exp l o i t e d   t o   s t u d y   1 1   r e t r i e v e d   l i n e r s   made o f  r e m e l t e d   h i g h l y   c r o s s ‑ l i n k e d   p o l y e t h y l e n e  { H X L P E ) ,   w i t h  t h e  i n t e n t  t o  e l u c i d a t e  t h e i r  i n ‑ v i v o  mechanical and c h e m i c a l   d e g r a d a t i o n .  The r e t r i e v a l s  had d i f f e r e n t  f o l l o w ‑ u p s ,  r a n g i n g  from a  few months  t o   7  y e a r s   o f   i m p l a n t a t i o n  t i m e   and b e l o n g   t o  t h e  f i r s t  g e n e r a t i o n  o f   h i g h l y   c r o s s ‑ l i n k e d  a nd  r e m e l t e d   p o l y e t h y l e n e  c l i n i c a l l y  i n t r o d u c e d  i n  1 9 9 9 ,  b u t  s t i l l   c u r r e n t l y  i m p l a n t e d .  Raman  a s s e s s ‑ ments enab l ed t o  d i s c r i m i n a t e  c o n t r i b u t e s  o f  wear and c r e e p  on t h e  t o t a l  r e d u c t i o n  o f   t h i c k n e s s   i n  d i f f e r e n t  l o c a t i o n s  o f   t h e  c u p .  A c c o r d i n g  t o  our r e s u l t s ,  a l t h o u g h   t h e  most o f   t h e  v i s c o e l a s t i c  d e f o r m a t i o n  o c c u r r e d  d u r i n g  t h e  f i r s t  y e a r  ( b e d d i n g ‑ i n  p e r i o d ) ,  i t   p r o ‑ g r e s s e d  d u r i n g  t h e   s t e a dy  wear s t a t e  up t o   7  y e a r s  w i t h  much l o w e r  but not n e g l i g i b l e  r a t e .   O v e r a l l ,  t h e  wear r a t e  o f  t h i s   r e m e l t

dHXLPE l i n e r  was l o w .  P r e l i m i n a r y  ana l y s i s  o n  microtomed  s e c t i o n s  o f   t h e  l i n e r s   a f t e r  i n ‑ v i v o  and  i n ‑ v i t r o   a c c e l e r a t e d  a g i n g   {ASTM F 2 0 0 3 ‑ 0 2 )   ena b l e d  t o  o b t a i n  a  phenomenolo

肝心

c o r r e l a t i o n between  t h e  o x i d a t i o n   i n d e x   { 0 1 )  and  t h e  amoun t  o f  orthorhombic phase f r a c t i o n  (

whichcan be e a s i l y  n o n ‑ d e s t r u c t i v e l y   measured  by  R S .  P r o f i l e s  o f α ,  o b t a i n e d  from  d i f f e r e n t  l o c a t i o n s  o f  t h e  c u p s  were  used  t o  j u d g e  t h e  o x i d a t i v e  d e g r a d a t i o n  o f  t h e  1 1  r e t r i e v a l s ,   c o n s i d e r i n g  a l s o  t h e  ex ・ v i v ot i m e   e l a p s e d  from  t h e  r e v i s i o n  s u r g e r y   t o  t h e  s p e c t r o s c o p i c  e x p e r i m e n t s .  L ow  but  measurab l e  l e v e l   o f  o x i d a t i o n   was d e t e c t e d  i n  a l l  t h e   sho r t ‑ t e r m  r e t r i e v a l s ,  w h i l e  i n   t he  m i d d l e ‑ t e r m   samples peaks  o f   0 1  were  o b s e r v e d   i n  t h e  s u b s u r f a c e  ( u p   t o  0 1 = 4 . S ) ,  p r e sumably  induced  by t h e  combined e f f e c t   o f   mechanical s t r e s s ,  l i p i d  a b s o r p t i o n   and p r o l o n g e d  e x ‑ v i v o  she l f ‑

︐ v a

f h   z d  

︒ ︑

. n ・

5 nr v 

y A

r L i  

ω

会−

u

e

dd︐ H

︑ ︒ ︑

a

w

e w

c e e

h U F L戸 ︑

va

A R R  

Accepted  2 3   J u n e  2 0 1 5   A v a i l a b l e  o n l i n e   9  J u l y  2 0 1 5   K e γ w o r d s ・ :

UHMWPE 

T o t a l  h i p  a r t h r o p l a s t y   R e t r i e v a l s  

VJ 

n r 

p

C ω  

p

o a

− 

n r 

qu

R

 

r I  

a F l  

R F O   x i d a t i o n   Wear  Creep 

a g i n g  i n  a i r .  

c  2 0 1 5  E l s e v i e r  L t d .  A l l  r i g h t s  r e s e r v e d .  

* C o r r e s p o n d i n g  a u t h o r  

E ‑ m a i l  a d d r e s s :  masahase@clin . medic . m i e ‑ u . a c . j p  {M .  H a s e g a w a ) .   h t t p : / / d x . d o i . o r g / 1 0 . 1 0 1 6 / j   .jmbbm  . 2 0 1 5 . 0 6 . 0 2 8  

1 7 5 1 ‑ 6 1 6 1 / c  2 0 1 5   E l s e v i e r  L t d .  A l l  r i g h t s  r e s e r v e d .  

(2)

14 

J O U R N A L 0 F T H E M E C H A N I C A L B E H A V I 0 R 0 F B l 0 M E D l C A L M AT E R I A L S 5 I ( 2 0 I 5 ) I 3 ‑2 4 

1 .   Introduction 

B a l a n c e   among w e a r ,   c r e e p   and  o x i d a t i o n   r e s i s t a n c e   o f   UHMWPE  e x p o s e d   t o  b i o m e c h a n i c a l  l o a d s   d u r i n g   i m p l a n t a t i o n   i n   t h e   human b o d y .   A f t e r   a l m o s t   two  d e c a d e s

om t h e   development and l a u n c h   o f  t h e   f i r s t   g e n e r a t i o n   o f   h i g h l y   c r o s s ‑ l i n k e d  p o l y e t h y l e n e  f o r  t o t a l  h i p  a r t h r o p l a s t y σ H A } ,  t h i s   has become t h e  p r i m a r y   i s s u e  t o  be  a d d r e s s e d   by s c i e n t i s t s  and  e n g i n e e r s  i n   o r d e r  t o  a c h i e v e  h i g h e r  s t a n d a r d s  i n  l o n g ‑ t e r m   s u r v i v o r s h i p   o f  h i p  j o i n t  r e p l a c e m e n t s .  The i n t r o d u c t i o n  o f   r a d i a t i on c r o s sl i n k i n g  o f  u l t r a ‑ h i g h   m o l e c u l a r  p o l y e t h y l e n e   (UHMWPE} i n   t h e   l a t e   1 9 9 0 s   i n d e e d  r e p

s e n t s t h e   major  b r e a k t h r o u g h  i n  t h e  r e s e a r c h  and development o f  o

h o p e d i c b e a r i n g   m a t e r i a l s   w i t h  s u p e r i o r  wear and c r e e p   r e s i s t a n c e   ( Dumbleton  e t  a l . ,   2 0 0 6 ;  Gencur  e t  a l . ,  2 0 0 6 ;  K u r t z  e t  a l . ,   2 0 1 1 } .   I n  f a c t ,  by  i n c r e a s i n g  t h e   m o l e c u l a r   w e i g h t  t h r o u g h   t h e  f o r m a ‑ t i o n   o f  c r o s s ‑ l i n k s   between a d j a c e n t  m o l e c u l a r   c h a i n s ,   t h e   a b i l i t y  o f  t h e  polymer  t o  undergo l a r g e  d e f o r m a t i o n  i s   l a r g e l y   d e c r e a s e d .  As a  m a t t e r   o f  f a c t ,  e x c e s s i v e  d e f o r m a t i o n   c a u s e d  by  t h e  s l i d i n g  o f  t h e  h a r d e r  f e m o r a l  head on  t h e  s u r f a c e  o f  t h e   p o l

n e rmay  i n d u c e   m o l e c u l a r   o r i e n t a t i o n  a l o n g  t h e  d i r e c t i o n   o f  p l a s t i c   f l o w  ( n a m e l y  t h e   d i r e c t i o n   o f  d e f o r m a t i o n ) .  H i g h   m o l e c u l a r   a l i g n m e n t  a l o n g  t h e  p r i m a r y   s l i d i n g  d i r e c t i o n  de t e ‑ r i o r a t e s  t h e  m e c h a n i c a l  r e s i s t a n c e  o f   t h e  p o l

ner a l o n g  t h e   o t h e r  d i r e c t i o n s   and such a s t r a i n ‑ s o f t e n i n g phenomenon  l e a d  t o  t h e   detachment from t h e   s u r f a c e  o f  m i c r o m e t r i c  de b r i s   ( Wang e t  a l . ,   1 9 9 7 } ,   which may e v e n t u a l l y   t r i g g e r   an a c u t e   immune r e s p o n s e  t h a t  r e s u l t s  i n  o s t e o l y s i s  a n d ,  u l t i m a t e l y ,  i n   j o i n t  l o o s e n i n g  O ames e t  a l . ,   1 9 9 3 ;  Oparaugo e t  a l . ,   2 0 0 1 ;  Zhu  e t  a l . ,   2 0 0 1 } .   I f  from one hand wear  i s   a  d e g r a d a t i o n  o f  t h e   m a t e r i a l  which o c c u r s  on t h e  s u r f a c e ,  on

1 eo t h e r   h a n d ,   when  we  d e a l  w i t h  p o l y m e r s ,  a l s o  t h e   i n e v i t a b l e  t e n d e n c y   o f  t h e  b u l k   m a t e r i a l   t o  deform when s u b j e c t e d  t o  l o a d  f o r  p r o l o n g e d   t i m e   must  c a r e f u l l y  t a k e n  i n t o  c o n s i d e r a t i o n  d u r i n g   t h e   c o n c e p t i o n   phase o f  b e a r i n g s .   The v i s c o e l a s t i c   deforma

on( i . e . ,   c r e e p )   might  be d e l e t e r i o u s  f o r  t h e  c o π e c t  f u n c t i o n  o f  t h e  p r o s t h e s i s ,  

e s p e c i a l l y  when i t  m a n i f e s t s  i n  t h e  form  o f   p i n c h  d e f o r m a t i o n ,   which c h a n g e s  t h e  s p h e r i c i t y  o f  t h e   cu p  and  i n d u c e s   e q u a t o r i a l   c o n t a c t  and d e g r a d a t i o n  o f   t h e  f l u i d ‑ f i l m  l u b r i c a t i o n  Q i n  e t  a l . ,   2 0 0 6 ;  Meding e t  a l . ,   2 0 1 3 ;  Ong e t   a l . ,   2 0 0 9 } .   I n  o t h e r  w o r d s ,   e x c e s s i v e   c r e e p  might a d v e r s e l y  a f f e c t  t h e  wear  r e s i s t a n c e  and  t h e  s t a b i l i t y  o f  t h e  j o i n t  i n  t h e  l o n g  t e r m .  D e s p i t e  t h e  d i f f e r e n t   p h y s i c a l  o r i g i n  o f   wear  and c r e e p ,  from  a  p h e n o m e n o l o g i c a l   p o i n t   o f  view

せ1

e yboth m a n i f e s t  t h e m s e l v e s   w i t h   a  r e d u c t i o n   o f   cup t h i c k n e s s ,  whose t o t a l  e x t e n t   i s  r o u t i n e l y  measured both  i n  v i v o  and on cup  r e t r i e v a l s ,   and cumulat i v e l y  r e c o r d e d  i n   c l i n i c a l  d a t a .  Moreover t h e y  a r e  b o t h   e x a c e r b a t e d   by  o x i d a t i v e   d e g r a d a t i o n ,  which i s   p r o g r e s s i n g  w i t h  l o n g ‑ t e r m  c l i n i c a l  u s e ,   l e a d i n g   t o  d e b r i s  f o r m a t i o n  a n d ,  u l t i m a t e l y ,  t o  j o i n t  l o o s e n i n g ,   o r ,  i n  t h e  most  u n f o r t u n a t e  c a s e s ,  t o  t h e   p r e m a t u r e  m e c h a n i c a l   f a i l u r e  o f  t h e  component  ( S c h m a l z r i e d  and C a l l a g h a n ,   1 9 9 9 } .   The f i r s t  g e n e r a t i o n  o f   HXLPEs was  m a n u f a c t u r e d   w i t h   i n c l u d ‑ i n g   a  me l t i n g   o r  annea l i n g  s t e p   i n   o r d e r   t o  qu ench  t h e  e x c e s s  o f   f r e e  r a d i c a l s  g e n e r a t e d  d u r i n g  i r r a d i a t i o n ,  which may e v e n ‑ t u a l l y  r e a c t   m

自 由

eoxygen d i s s o l v e d  i n  t h e  po l ymer and  l e a d   t o   o x i d a t i v e   d e g r a d a t i o n   ( Yeom e t   a l . ,   1 9 9 8 ) .   H o w e v e r ,  t h e   r e s u l t s   o f  t h e  f i r s t  s t u d i e s   on  r e t r i e v a l s  made o f

r s tg e n e r a t i o n   HXLPE  showed t h e  u n e x p e c t e d  a p p e a r a n c e  o f  m e c h a n i c a l   and  c h e m i c a l  d e g r a d a t i o n  ( C u r r i e r  e t  a l . ,   2 0 0 7 ,  2 0 1 0 ) .   I f   from  one  hand a  s i m p l e  p o s t ‑ i r r a d i a t i o n  a n n e a l i n g  s t e p  has p r o v e d   t o  be  i n s u f f i c i e n t  t o   remove  a l l   t h e  f r e e  r a d i c a l s   g e n e r a t e d  d u r i n g   c r o s s ‑ l i n k i n g   ( O r a l   e t   a l . ,   2 0 1 1 ,   on t ) h e   o t h e r   hand p o s t ‑ i r r a d i a t i o n   r e m e l t i n g   r e d u c e s   t h e   c r y s t a l l i n i t y   o f  t h e   f i n a l   m i c r o s t r u c t u r e ,   which  c o n s p i c u o u s l y   d e c r e a s e s  t h e  m e c h a n i c a l   s t r e n g t h  o f  t h e  polymer ( B a k e r  e t   a l . ,   2 0 0 3 ;  G i l l i s  e t  a l . ,   1 9 9 9 ;  Gomoll e t  a l . ,   2 0 0 1 ;  O r a l  e t  a l . ,   2 0 1 1 } ,   and can n o t   p r o t e c t  t h e   ma t e r i a l   from p o s s i b l e  g e n e r a t i o n  o f  f r e e ‑ r a d i c a l s   d u r i n g  i n ‑ v i v o  s e r v i c e .  I n  t h e  a t t empt t o   enhance wear and ox i d a t i o n   r e s i s t a n c e ,  a  s e c o n d  g e n e r a t i o n  o f  HXLPEs was e n g i n e e r e d  by  i n t r o d u c i n g  two a l t e r n a t i v e   m e t h o d s .  The  f i r s t  one i s  based on a  3 ‑ s t e p  i r r a d i a t i o n  and a n n e a l i n g   p r o c e s s ,  u s i n g   a  l o w e r  d o s e   o f   y ‑ r a y  a t  each s t e p  ( i . e . ,   3 0  k G y } ,  wh i ch e n a b l e s  t o  o p t i m i z e  t h e   e f f i c i e n c y   o f   t h e   c r o s s ‑ l i n k i n g   d u r i n g   e a c h   a n n e a l i n g ,   t o  

T a b l e  1

L i

r e t

a l sa r   h e i r  c l i n i c

N o .   I n ‑ v i v o  t im e  E x ‑ v i v o  t i m e   A g e   S e x   B M !  

(Kg! 

Abd

 

T h i c k n e s s   C a u s e  o f   F e m o r a l   ( m o / y r )   ( m o / y r )   ( y r )   m 2 )   A n g l e   ( 。 ) (mm)  r e v i s i o n   h e a d   S h o r t  t e r m  

No 1  0 . 5 / 0 . 0 4   1 3 7 / 1 1 . 4  

71 

F  2 9   4 5   1 0 . 3   Cup  Z i r c o n i a   l o o s e n i n g  

No 2  1 . 0 / 0 . 0 8   6 . 0 / 0 . 5 0   5 8   F  3 5   4 6   6 . 3   I n f e c t i o n   D e l t a   No 3  1 . 5 / 0 . 1 3   9 2 / 7 . 7 0  

71 

F  1 8   3 5   1 5 . 4   I n f e c t i o n   Z i r c o n i a   No  4  3 . 0 / 0 . 2 5   7 4 / 6 . 2 0   6 7   F  2 9   3 9   8 . 2   D i s l o c a t i o n   Z 1 r c o m a   No 5  6 . 0 / 0 . 5 0   3 9 / 3 . 3 0   7 8   F  2 0   3 0   7 . 2   Cup  Co  C r  

l o o s e n i n g 

No  6  6 . 5 / 0 . 5 4   9 4 / 7 . 8 0  

71 

F  2 6   4 0   1 5 . 4   S t e m   Z i r c o n i a   l o o s e n i n g  

No  7  8 . 0 / 0 . 6 7   8 9 / 7 . 4 0   3 2   M  2 6   4 7   1 2 . 4   N e u r o ‑ Co  C r   p a r a l y s i s  

M i d d l e  t e r m  

No  8  4 9 / 4 . 1 0  5 0 / 4 . 2 0  

72 

F  3 3   4 5   6 . 4   D i s l o c a t i

n Co  C r   No 9  7 3 / 6 . 1 0  7 6 / 6 . 3 0   6 8   F  3 0   4 0   8 . 2   S t e m   Z i r c o n i a  

l o o s e n i n g  

No  1 0   7 7 / 6 . 4 0   7 8 / 6 . 5 0   6 1   F  2 5   4 8   7 . 2   S t e

1 Z i r c o n i a   l o o s e n i n g  

No  1 1   8 6 / 7 . 2 0   1 5 / 1 . 3 0   7 5   F  2 0   4 5   6 . 3   I n f e c t i o n   Co  C r  

(3)

15 

J O U R N A L  O F  T H E  M E C H A N I C A L  BEHAVIOR O F  BIOMEDICAL MATERIALS 

51 (20 1 5 )  13‑24 

2 0 0 7 ,  2 0 1 1 ;  P u p p u l i n  e t   a l . ,  2 0 1 1 ) ,  w i t h  t h e  i n t e n t  o f  u n d e r ‑ s t a n d i n g  how t h e s e  phenome n a  p r o g r e s s  d u r i n g  t h e   i m p l a n t a ‑ t i o n  t i m e  and how t h e y  a

e c teach  o t h e r . 

Materials and methods  HXLPE  r e t r i e v a l s  

A t o t a l  o f  1 1  r e t r i e v e d  a c e t a b u l a r  c u p s  were o b t a i n e d  a

e r p e r i o d s  o f   time from t h e  r e s p e c t i v e  h i p  a r t h r o p l a s t y  r e v i s i o n   s u r g e r i e s  r a n g i n g  from 0 . 5   t o   1 1 . 4 y e a r s .  Seven c u p s  were  s h o r t ‑ term i n ‑ v i v o  exposed ( b e t w e e n  2  weeks  and  8  months)  and 4  c u p s  were m i d d l e ‑ t e r m  i n ‑ v i v o  exposed ( b e t w e e n  4 . 1  and 7 . 2  y e a r s ) .  Ta b l e  1  shows t h e  l i s t   o f   t h e  r e t r i e v a l s ,   whic h  i n c l u d e s   t h e   c l i n i c a l   d a t a   o f  t h e   r e s p e c t i v e   p a t i e n t ,   t h e  i m p l a n t a t i o n  t i m e  ( h e r e a

e rr e f e r r e d   a s  i n ‑ v i v o   t i m e ) ,   t h e   s h e l f ‑ a g i n g  t i m e  i n  a i r   e l a p s e d  from t h e  r e v i s i o n  s u r g e r y  t o   t h e   s p e c t r o s c o p i c  a n a l y s i s  ( h e r e a f t e r  r e f e r r e d  a s  e x ‑ v i v o  t i m e ) ,   t h e   c a u s e  o f  r e v i s i o n  and t h e  t y p e  o f  f e m o r a l  head .  A l l  t h e   cups  were made o f  t h e  same brand o f   HXLPE ,  L o n g e v i t y  ( Z i m m e r ,   I n c . ;   Warsaw ,  I n d i a n a ,   U S A ) ,   which b e l o n g s   t o   t h e   f i r s t ‑ g e n e r a t i o n  r e m e l t e d   p o l y e t h y l ene  c l i n i c a l l y  i n t r o d u c e d  i n  t h e  T r i l o g y  a c

t a b u l a rcup de s i g n   s i n c e   1 9 9 9 .   The l i n e r s   were  ma c h i n e d

om molded s h e e t s ,  w h i c h  were  p r e v i o u s l y  con ・ s o l i d a t e d  from GUR 1 0 5 0  r e s i n   ( 5 . 5 ‑ 6   m i l l i o n  g l m o l ) ,   c r o s s ‑ l i n k e d  by e l e c t r o n  beam w i t h  a  t o t a l  d o s e  o f   1 0 0   kGy a t  40 。 c

and then  r e m e l t ed  (  >  1 3 5 ℃)  t o  quench  r e s i d u a l  f r e e  r a d i c a l s .   2 . 

2 . 1 .  p r e s e r v e   h i g h   c r y s t a l l i n i t y  and t o  r e d u c e  t h e  number o f  r e s i d u a l  

f r e e ‑ r a d i c a l s ,  a l t h o u g h   t h e y   a r e   n o t   c o m p l e t e l y   e l i m i n a t e d   ( Ku

z , 2 0 0 9 ) .   The second  one was c o n c e i v e d   t o   s t r o n g l y   c o u n t e r a c t   t h e  l o n g ‑ t e

n o x i d a t i o n  by i n c o r p o r a t i n g i n   t h e   r e s i n   t h e   a n t i o x i d a n t   v i t a m i n E  ( b l e n d e d   o r   i n f used  a f t e r   c r o s s ‑ l i n k i n g )   and t o   i n c r e a s e   f a t i g u e   and wear r e s i s t a n c e   ( B r a c c o  and O r a l ,  2 0 1 1 ;  S l

a t ae t   a l . ,   2 0 0 6 ;  Teramura e t  a l . ,   2 0 0 8 ) .  N e v e r t h e l e s s ,  i m p l a n t a t i o n  o f  a c e t a b u l a r  cups which  b e l o n g  t o   t he f i r s t   g e n e r a t i o n  o f  HXLPE i s   s t i l l   a r e c u

e n t p r o c e d u r e  i n  many o r t h o p e d i c  c l i n i c s  a l l   around t h e  w o r l d .  I n   t h e  p r e s e n t  p a p e r  we show t h e  r e s u l t s  o f   t h e  a n a l y s e s  on 1 1   r e t r i e v a l s  made  o f  t h e  same t y p e  o f  r e m e l t e d   HXLPE  ( L o n g e v i t y ;   Zimme

w i t hd i f f e r e n t  f o l l o w ‑ u p s ,  r a n g i n g  from a  f ew  months  t o   7  y e a r s  o f  i m p l a n t a t i o n  time .  S e v e r a l   c l i n i c a l   s t u d i e s   on  reme l t e d  HXLPE have been p u b l i s h e d  d u r i n g  t h e  p a s t  d e c a d e ,   which showed i n t e r e s t i n g  d a t a  on w e a r ,  f e m o r a l   head  p e n e t r a ‑ t i o n  and o x i d a t i o n  o c c u r r e d  d u r i n g  i n ‑ v i v o  s e r v i c e   ( Bragdon  e t  a l . ,   2 0 0 7 ;  Cu

i e re t  a l . ,   2 0 0 7 ,  2 0 1 0 ;  D i g a s  e t  a l . ,   2 0 0 4 ;  F u k u i   e t  a l . ,   2 0 1 3 ;  G e l l e r  e t  a l . ,   2 0 0 6 ;  Manning e t  a l . ,   2 0 0 5 ;  M u r a t o g l u   e t  a l . ,   2 0 1 0 ;  R o w e l l  e t  a l . ,   2 0 1 4 ;  Thomas e t  a l . ,  2 0 1 1 ) ,   b u t  on l y  a  few o f  them  r epo

edf o l l o w ‑ u p s  l o n g e r  than 4  y e a r s   ( F u k u i   e t  a l . ,  2 0 1 3 ;  M u r a t o g l u  e t  a l . ,  2 0 1 0 ;  Thomas e t  a l . ,  2 0 1 1   We  ) . used  and  imp l emented  an  e x p e r i m e n t a l  p r o t o c o l  based on Raman  ( R S )   and  F o u r i e r   t r a n s f o r m   i n f r a r e d   (

打ー問

s p e c t r o s c o p i e s   which we a l r e a d y  i n t r o d u ced  i n  some o f  our p r e v i o u s  p a p e r s   t o  s y s t e m a t i c a l l y  s t u d y  t h e  l e v e l  o f  d e g r a d a t i o n  i n d u c e d  by  wear ,  c r e e p  a nd  o

i d a t i o non  t h e  m i c r o s t r u c t u r e  o f  p o l y e t h y ‑ l e n e  ( Kumakura e t  a l . ,   2 0 0 9 ;  O k i t a  e t  a . l ,  2 0 1 4 ;  P e z z o t t i   e t  a l . , 

、 、 u

I n ‑ p l a n e  I  0 0  

μ m 

s t e p s 

ロ 守

F o c a l  p l a n e   I  0 0  

μm 

i n ‑ d e p t h  

F i g . 1 ー ( a ) Example  o f   r e t r i e v e d   cup s e c t i o n e d   a l o n g   t h e  me r i d i a n  l i n e  passing

rough

emain c o n t a c t  a r e a .  ( b )  S c h e m a t i c s  o f  

t h e   RS  p r o t o c o l  used t o  analyze  t h e  i n ‑ v i v o  r e t r i e v a l s  a t  d i f f e r e n t   l o c a t i o n s  ( L 1 ‑L 9 ) . 

(4)

]OURNAL OF  THE  MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL  MATERIALS  SI (2015) 1 3‑ 24  16 

c o n t a m i n a n t s   was a c h i e v e d  by s o a k i n g  t h e  s l i c e   i n  b o i l i n g   hexanes  ( 6 9 ℃ )   f o r   1 8   h .   F i g .  2 ( a )  shows p i c t u

So f  some o f  t h e   i n ‑ v i t r o   and i n ‑ v i v o  o x i d i z e d  HXLPE  s e c t i o n s .  

Raman s p e c t r o s c o p y  

Raman m i c r o p r o b e  s p e c t r o m e t e r  ( T

6 4 0 0 0 ,H o r i b a /   J o b i n ‑ Y v o n ,   K y o t o ,  J a p a n )  i n  b a c k ‑ s c a t t e r i n g   geometry was used t o  c h a r ‑ a c t e r i z e   t h e   m i c r o s t r u c t u r e s  o f  t h e   o x i d i z e d   p o l y e t h y l e n e   s l i c e s  and  t h e  r e t r i e v a l s .  The  e x c i t a t i o n  s o u r c e   was  a  5 3 2  nm  d i o d e  l a s e r  ( S O C  J u n o ,  Showa O p t r o n i c s  C o . ,  L t d ,  T o k y o ,  J a p a n )   y i e l d i n g   a  power o f  a p p r o x i m a t e l y   9  m W   on t h e  UHMWPE  l i n e r   s u r f a c e .  The r e c o r d e d  n o n ‑ p o l a

z e ds p e c t r a  were a v e r a g e d   o v e r   t h r e e  s u c c e s s i v e  measurements  a t   each  s e l e c t e d  l o c a t i o n .   A s p e c t r a l  r e s o l u t i o n  b e t t e r  t h a n  0 . 1 5  cm ‑ 1  was ach i e v ed  by  means o f  an 1 8 0 0   Vmm  g r a t i n g .  S p e c t r a l  deconvo l u t i o n  h a s   been p e r f o π n e d   by means  o f  an au t o m a t i c  f i t t i n g  a l g o r i

m e n c l o s e d   i n  a  c o m m e r c i a l l y   a v a i l a b l e  c o m p u t a t i o n a l  p a c k a g e   ( L a b s p e c   5

,日

o r i b a / J o b i n ‑ Y v o n ,K y o t o ,  J a p a n ) ,   u s i n g  mixed  G a u s s i a n / L o r e n t z i a n   c u r v e s .  The r e l a t i o n s h i p  between t h e   o b s e r v e d   Raman  ba nds and t h e   v i b r a t i o n a l   modes o f  t h e   p o l y e t h y l e n e  m o l e c u l a r  s t r u c t u r e  h a s   been amply documented  i n  t h e  l i t e r a t u r e  ( G l o t i n  and Mandelkem, 1 9 8 2 ;  M u t t e r  e t  a l . ,  1 9 9 3 ;  Nay l o r  e t  a l . ,  1 9 9 5 ;  R u l l  e t  a l . ,  1 9 9 3 ;  S t r o b l  and H a g e d o r n ,   1 9 7 8 .   The  ) r e d u c t i o n  o f   l i n e r   t h i c k n e s s  due  t o  wear  and c r e e p   was a s s e s s e d  u s i n g  t h e  w i d t h  o f  t h e  Raman  band  l o c a t e d  a t   1 1 3 0   cm ‑ 1  ( A g + B 1 g  mode o r  symmetric  s t r e t c h i ng o f  C‑C  b o n d s )   a s  a  s e n s o r   f o r   r e s i d u a l  s t r a i n  i n  t h e  p o l y m e r i c  network  b e c a u s e  i t   r e f l e c t s  t h e  d e g r e e  o f  d i s o r d e r  o f  t h e  po

如n

e r i c n e t w o r k ,   which i s   d i r e c t l y   a f f e c t e d   by s t r a i n .  C a l i b r a t i o n   e x p e r i m e n t s  o f  b and  b r o a d e n i n g  a s   a  f u n c t i o n  o f   r e s i d u a l   c o m p r e s s i v e  s t r a i n  f o r  t h e  L o n g e v i t y  HXLPE we r e  conducted  a c c o r d i n g  t o  t h e  e x p e r i m e n t a l  p r o t o c o l  a l r e a d y  r e p o r t e d  i n   some o f   o u r   p r e v i o u s  p a p e r s   ( O k i t a  e t  a l . ,  2 0 1 4 ;  P e z z o t t i  e t  a l . ,   2 . 3 .  

The  f i n a l  s t e r i l i z a t i o n   o f  t h e   a c e t a b u l a r   component was made  by  g a s  plasma  a f t e r  p a c k a g i n g  i n  a  g a s ‑ p e π n e a b l e   p o u c h .  A l l   t h e  r e t r i e v a l s  were c u t  a l o n g   t h e  m e r i d i a n  l i n e  o f   t h e  cup  i n t e r c e p t i ng

ewear zone i n  o r d e r  p e r f o r m  l i n e  s c a n s  o f   Raman  s p e c t r a  a l ong t h e  t h i c k n e s s .   The  s u r f a c e  a f t e r  c u t  was  c a r e f u l l y  p o l i s h e d  and s p e c t r a  were c o l l e c t e d  a t  1 0 0  

~1m

i n ‑ d e p t h   t o   n e g l e c t   p o s s i b l e   m i c r o s t r u c t u r a l   m o d i f i c a t i o n s   i n d u c e d  by c u t t i n g .  I n  F i g .  1  a r e  shown  e x p l i c a t i v e  s k e t c h e s   o f   t h e  cup  s e c t i o n i n g ,  t h e   i n v e s t i g a t e d   l o c a t i o n s  o f  each l i n e r   and t h e  p r o t o c o l   o f  s p e c t r a   a c q u i s i t i o n .  

I n ‑ v i t r o   and  i n ‑ v i v o   o x i d i z e d  HXLPE  s e c t i o n s   P r e l i m i n a r y  s t u d y  by F T ‑ I R  and RS o f  i n ‑ v i t r o  and i n ‑ v i v o   o x i d i z e d   samp l e s  e n a b l e d  t o  f i n d  a  p h e n o m e n o l o g i c a l   c o r r e l a ‑ t i o n  between o x i d a t i o n  i n d e x  ( O Q  and o r t h o r h o m b i c  pha s e  

a c t i o no f  t h e  HXLPE under i n v e s t i g a t i o n .   One new L o n g e v i t y   cup was c u t  t h r o u g h  i t s   t h i c k n e s s  t o   o b t a i n  a  r e c t a n

1 l a r p r i s m

om t h e   bottom o f   t h e  c u p .  The  p r i s m   was c u t   i n  h a l f   and 2 0 0  

~1m

s e c t i o n s  were microtomed .  One  s l i c e  was  imm e ‑ d i a t e l y  a n a l y z e d  by  I R   and RS t o  c h a r a c t e r i z e  t h e  a c e t a b u l a r   cup a s  r e c e i v e d .   F o r  t h e  r e s t  o f  t h e  s l i c e s ,  t h e   a c c e l e r a t e d  a g i n g   t e s t   was perfoηned  a c c o r d i n g   t o  t h e   s t a n d a r d s  ASTM  F 2 0 0 3

0 2 ( r e a p p r o v e d  i n  2 0 0 8 )  ( S t a n d a r d ,  2 0 0 8 ) .   The s l i c e s  underwent t o   a  p r e l i m i n a r y  c o n d i t i o n i n g   s t e p   which  c o n s i s t e d  o f  i r r a d i a t i n g   t h e   specimens  w i t h   y ‑ r a y   ( 2 5  kGy d o s e )   and  m a i n t a i n i n g   t h em  a t  2 3   •c f o r  2 8   d a y s .  S u b s e q u e n t l y ,   t h e   s p e c t r o s c o p i c  a n a l y s e s   were  c o n d u c t e d   on one  s l i c e ,  w h i l e  t h e  remnant was p l a c e d   i n   an oxygen  bomb  a t  7 0   ° C  under  5  a t r n .  o f   p u r e   oxygen  f o r   3 ,  1 4 ,   and 2 8  d a y s .  The a g i n g  t e s t  on i r r a d i a t e d  s l i c e s   was  p e r f o π n e d   w i t h   t h e  aim o f  c h a r a c t e r i z i n g  t h e  m i c r o s t r u c t u r a l   modi

c a ‑ t i o n s  i n  a  wide r a n g e  o f  O l .  I n   a d d i t i o n ,  F T ‑ I R  and RS a n a l y s e s   were p e r f o r m e d   on a  microtomed s e c t i o n   o b t a i n e d   from  one o f   t h e   r e t r i e v a l s   ( s a m p l e   n o .   8 ) .   E x t r a c t i o n   o f   l i p i d s   and  2 . 2 .  

. 

R aman  I n ‑ p l a n e :  2 1 1 1 1 1   I n

d e p t h

:、6

1 1 1 1 1

.  . 

. .

.  

・ ・ ・ ・ ・

11 Ea eo

a

. .

. .

. .  

︐  . .

 

e

a

・ 占 ︐

. . . 

・ ・

le

so le ψ

・ ・

1 1 1 1

ψ

I n .  f r a r e d   I n ‑ p l a n e :  2 1 K J• 2 0 0 1 1

d e p t h : s l i c e  t h i c k e n e s s  

3  i n ・ p l a n e m a p s   a t  3 0

l 0 0   a n d  1 7 0

1 1 1

i n ‑ d e p t h  I  i n ‑ p l a n e   map 

F i g .  2  ‑ Thin  s e c t i o n  o b t a i n e d  from  R e t r i e v a l  No.8 ( L S )  and  from a  new  cup f o r   a c c e l e r a t e d  a g i n g .   The  r e t r i e v e d  sample p r e s e n t s  

a  c l e a r   white  s t r i p e   a t  1  m m   i n ‑ d e p t h  from  t h e  s l i d i n g  s u r f a c e ,  due t o   he avy  o x i d a t i o n .   ( b )   S c h e m a t i c s  o f  t h e   s p e c t r o s c o p i c  

p r o t o c o l   u s e d  t o  ana l yze

eo x i d i z e d   UHMWPE  s e c t i o n s .  

(5)

a n a l y s i s  was 

formedu s i n g  O r i g i n  P r o  8 . 5  ( O r i g i n L a b ,   No

h ‑ ampton, MA) and M i n i t a b   1 7   S t a t i s t i c a l  So

ware( S t a t e  C o l l e g e ,   P A :   M i n i t a b ,   I n c . ) .   F o r   each r e t r i e v a l ,   a t   d i f f e r e n t   9 p o l a r   l o c a t i o n s  ( s e e .   F i g .  1 ,  h e r e a f t e r  r e f e r r e d  t o  a s  L l

L 9 ) ,Raman  s p e c t r a  were c o l l

c t e da l o n g  t h e  t h i c k n e s s  ( d   a b s c i s s a ) ,  w i t h   s t e p   o f  1 0 0   μ m, from t h e  i n n e r  t o  t h e   o u t e r  surfaαof t h e   l i n e r .   F o r  each p o l a r  l o c a t i o n ,  t h e   i n ‑ d e p t h   c r e e p   p r o f i l e s   were  c a l c u l a t e d  from t h e  a v e r a g e  o f  two l i n e  s c a n s .  S t r a i n  d a t a  a t   each p o l a r  l o c a t i o n  were  t r a n s l a t e d  i n t o  t h i c k n e s s  v a r i a t i o n s   due t o  C

ep(M c )  by  i n t e g r a t i n g  t h e  i n ‑ d e p t h  s t r a i n  p r o f i l e  o v e r   t h e  i n ‑ d e p t h  a b s c i s s a  t h r o u g h  t h e  e n t i r e  t h i c k n e s s   o f  t h e   p o l y e t h y l e n e  l i n e r .  The t h i c k n e s s  v a r i a t i o n  due t o  wear ( L l t w )   was t h e n  c a l c u l a t e d   by  sub t r a c t i n g   a t e   t

t h e t o t a l  r e d u c t i o n  o f   t h i c k n e s s  c a l c u l a t e d  by s t a n d a r d  methods based on m i c r o ‑ m e t r i c  m o t o r i z e d  s t a g e  c o u p l e d  w i t h  o p t i c a l  m i c r o s c o p e .  As  f a r  a s  t h e   i n v e s t i g a

on o f  o x i d i z e d   t h i n  s e c t i o n s  i s  c o n c e r n e d ,  RS was used t o  c a l c u l a t e  p r o

e so f  o r t h o r h o m b i c  c r y s t a l l i n e   phase f r a c t i o n  

fromt h e  i n n e r  t o  t h e  o u t e r  s u r f a c e  o f  t h e   cup .  P h e n o m e n o l o g i c a l  c o r r e l a t i o n  betweenα c  and OJ was  o b t a i n e d   by comparing RS and FT

I Rd a t a  ( s e e  n e x t  p a r a g r a ph  2 . 4 ) .  While t h e  t r a n s m i s s i o n  i n f r a r e d  s p e c t r o s c o p y  has an  i n ‑ p l a n e  s p a t i a l  r e s o l u t i o n  o f  2 0 0   x  2 0 0  

~1m2

and t h e  whole t h i c k ‑ n e s s  o f  t h e  s e c t i o n  i s   p r o b e d  by t h e  i n f r a r e d  beam, Raman  p r o b e  i s   c o n f i n e d  i n  t e n s  o f  m i c r o n s  around t h e  f o c a l  p l a n e .   The c o n f i g u r a t i o n  o f  t h e  p r o b e  a d o p t e d  t h r o u g h o u t  t h e  a n a l y ‑ s i s  o f  t h e  o x i d i z e d  s e c t i o n s  c o r

sponded t o  a  1 0 0   x  o b j e c t i v e   and a  p i n h o l e  d i a m e t e r  f i x e d  a t φ = 1  mm, g i v i n g  an i n ‑ depth  p r o b e  s i z e  o f  〜 60 μm ( P e z z o t t i  e t  a . l ,  2 0 0 7 ) .  I n  F i g .   2

t h e mapping p r o c e d u r e  f o l l o w e d  i n  t h e  RS e x p e r i m e n t s  i s   s c h e ‑ m a t i c a l l y   e x p l a i n e d  i n   comparison t o   t h e   FT ‑ I R   sampling  p r o c e d u r e .  Raman maps on  t h e  s e c t i o n s  w e r e  c o l l e c t e d  a t  3  d i f f e r e n t  d e p t h s  i n  o r d e r  t o  c h a r a c t e r i z e  t h e  e n t i r e  t h i c k n e s s   and t o  s t a t i s t i c a l l y  c o r r e l a t e  t h e  r e s u l t s  r e t r i e v e d  on  t h e  same  s a mple u s i n g  two  d i f f e r e n t   e x p e r i m e n t a l   t e c h n i q u e s .  

I n  t h e  c a s e  o f α c  a s s e s s m e n t s ,  we  u s e d   t h e  method i n t r o d u c e d   by  S

o b land  H a g e r d o n ,  which i s  b a s e d  on a  s e t  o f  e q u a t i o n s   t h a t  i n c l u d e s  t h e   i n t e n s i t i e s  o f  v i b r a t i o n a l  bands l o c a t e d  a t  1 2 9 6 ,   1 3 0 5   and 1 4 1 8   cm ‑ 1 ,   a s   o b t a i n e d

omu n p o l a r i z e d   Raman  s p e c

回(

S t r o b la n d  H a g e d o r n ,  1 9 7

I nd e t a i l ,  t h e  f r a c t i o n  o f   o r t h o r h o m b i c  c r y s t a l l i n e  

c a nbe c a l c u l a t e d  f r o m   t h e  Raman  s p e c t r u m  o f  p o l y e t h y l e n e ,  a c c o r d i n g  t o  t h e  f o l l o w i n g  e q u a t i o n

 

J i 4 1 4   α c =  0

(11293

!13

17  JOURNAL OF TH E  M E CHA N I CAL BE HAVIOR OF BIOM E DIC A L  MA TERI AL S  SI (20 1 5 )   13 ‑ 24 

0  2 0 0 0  4 0 0 0   6 0 0 0  8 0 0 0   I  0 0 0 0   D i s t a n c e  from t h e  i n n e r  s u r f a c e ,   d  [ μm] 

0  2 0 0 0   4 0 0 0  6 0 0 0   8 0 0 0  I  0 0 0 0   Di s t a n c e  

fJ 

o m t h e  i n n e r

r f a

e ,

[μm ] 

_.

九 州 酬

M

: 刈 凶 川 内 、 必

幽制側内山ぷ出旬以

i

浦半比。

P r i s t i n e   y ‑ r n y  s h e l f  a g i n

y ‑ r a y  2 8 d a y s  a

i n g R e t r i e v a l   N o 8 ‑ L 5  a

a

a a r 

世送時間

畠均

. ︑ . .  

.  ︐

  r. 

"

'

・  

・ .

4

g J S

︑ 0 .

HU

gz o

3  2 

0 . 8 0  

(j) 

0 . 7 5

. . .

  0 . 7 0

・品

..戸・−0

~ ~

ぷ どち嗣

t:: 

0 . 6 0  

0 . 5 0  

0.45 

0 . 4 0   0 . 6 5   0 . 5 5  

F i g .  3  ‑ ( a )   I n ‑ d e p t h   p r o f i l e s   o f  0 1   c a l c u l a t e d   from  t h e   s e c t i o n s   o f  p r i s t i n e ,  y ‑ i r r a d i a t e d / s h e l f   a g e d ,  y ‑ i r r a d i a t e d / 28

day aged  and i n ‑ v i v o  o x i d i z e d  m a t e r i a l s  c a l c u l a t e d  by

I R . φ

S i m i l a r l y ,  c r y s t a l l i n e  phase  p r o f i l e s  c a l c u l a t e d  from

e RS  a n a l y s i s  of t h e  same samples a s  i n  ( a ) . 

(1

where I  i s

1 e i n t e g r a l  i n t e n s i t y  o f  e a c h  i n d i v i d u a l  Raman  band  i d e n t i f i e d   by

es u b s c r i p t  ( i . e . ,   a f t e r  s p e c

ld e c o n v o l u t i o n ) .  From t h e  s p e c t r a  c o l l e c t e d  a t   d i f f e r e n t  p o l a r  l o c a t i o n s  o f  t h e   r e

e v a l sf o r  c r e e p  a n a l y s i s  we  a l s o  o b t a i n e d   p r o f i l e s  o f   a c ,  which  were c o n v e r t e d  t o  p r o f i l e  o f  

01 

by  means  o f  t h e  phenomenolo‑

g i c a l  e q u a t i o n .  

Ol=ex

ρ

l . 5 S t a n i l 3 . 2 6

α

0 . 3 1 ) 1 + 0 . 7 3 )

10 

︑ ︒

ω

OC

悶 勺 只 ︒

6  4  2 

0 . 8 0  0 . 4 5 0 . 5 0 0 . 5 5   0 . 6 0 0 . 6 5   0 . 7 0 0 . 7 5  

Orthor h ombic  phase  f r a c t i on

α c 

O x i d a t i o n   p r o f i l e s   o f   microtomed s e c t i o n s   were  d e t e r m i n e d   u s i n g  F T ‑ I R  a s  a  f u n c t i o n  o f  d e p t h  away

omt h e  i n n e r  s u r f a c e   o f  t h e  cup .  F T ‑ I R  m i c r o s c o p i c  a n a l y s i s  was c a

edo u t  u s i n g  t h e   i m a g i n g  system S p o t l i g h t  2 0 0

e r k i nE l m e r ,  Waltham, Massa ‑ ch  u s e

出,

U S A ) .I n f r a r e d

n s m i s s i o ns p e c t r a  o f  p o l y e

1 y l e n e were a c q u i r ed a t   a p e

u r es i z e   o f  2 0 0

×

2 0 0  μm 2 .  An  O I  was  c a l c u l a t e d  a c c o r d i n g   t o  A

"M

2 1 0 2  a s  t h e  r a t i o  o f

ea r e a  under 

F o u r i e r  t r a n s f o r m  i n f r a r e d   s p e c t r o s c o p y   2 . 4 .  

F i g .  4  ‑ Phenomenological  c o r r e l a t i o n   between  c r y s t a l l i n e   phase f r a c t i o n  and  O I  a s  o b t a i n e d   from

e e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s  shown  i n  F i g .  3 . 

2 0 1 1 ;  P u p p u l i n  e t   a l . ,   2 0 1 4 ) ,   which e n a b l e d  u s  t o  o b t a i n  t h e  

p h e n o m e n o l o g i c a l   e q u a t i o n   t o   quan t i

t h e p e r c e n t a g e  o f  

c r e e p  a l o n g  t h e  t h i c k n e s s  o f  t h e   r e t r i e v a l s .  The r e g r e s s i o n  

(6)

18  JOURNAL  OF THE  MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOM E DICAL M A TERIALS SI (2015) 13‑24 

t h e  c a r b o n y l  peak a t  a r o u n d  1 7 2 0   cm 1  t o  t h e  a r e a  under t h e  C‑H a b s o r p t i o n   peak c e n t e r e d   a r o und 1 3 7 0  cm  ‑

( S t a n d

d , 2 α活

.

I n  o r d e r  t o  c

a t eo x i d a t i o n   p r o f i l e s  a s  a  f u n c

ono f  d e p t h ,   t h e  a d o p t e d  e x p e r i m e n t a l  r o u t i n e  was c o n c e i v e d  a s  f o l l o w s :  f i v e   l i n e  s c a n s  were  c o l l e c t e d  f r o m  t h e  s l i d i n g  s u r f a c e  t o  t h e  b a c k ‑ s u r f a c e   o f

i el i n e r  w i t h  2 0 0  μm  s t e p s .  The O I  a t  e a c h  d e p t h  was  c a l c u l a t e d  a s  t h e  a v e r a g e  o f  5  m e a s u r e m e n t s .  The i n v e s t i g a t e d   a r e a  was  t h e   same  p r e v i o u s l y  ana l y z e d  by RS ( s e e  F i g .  2 ( b ) )  

3 .  Results 

3 . 1 .   I n ‑ v i t r o  and i n ‑ v i v o  ox i d i z e d  s l i c e s  

F T ‑ I R  a n a l y s i s  and Raman maps c o l l e c t e d   a t   d i f f e r e n t  d e p t h s  

omt h e  p o l y e t h y l e n e  s l i c e s  a

e ra c c e l e r a t e d  a g i n g  t e s t  v i s u a ‑ l i z e d  t h e  e v o l u t i o n  o f  

01 

an d  c r y s t a l l i n e  ph a s e  c o n t e n t  d u r i n g   o x i d a t i o n .  P r o f i l e s  o f  

01 

a r e   shown  i n  F i g .  3 ( a )  a s  c a l c u l a t e d

om F T ‑ I R   s p e c

廿

a c o l l e c t e d

om t h e  s l i c e s  o f   t h e  p r i s t i n e

i e 2 8  d a y s   s h e l f ‑ a g e d  m a t e r i a l  a f t e r  i r r a d i a

on , t h e  2 8  d a y s  i r r a d i a t e d  and  i n ‑ v i t r o  a g e d  m a t e r i a l  and  t h e  r e

e v a ln o .  8  O o c a t i o n  L 5 ) .   The  p r i s t i n e  showed v e r y  low amoun t  o f  o x i d i z e d  s p e c i e s ,  wi

l 0 1   equa l  t o  O  i n  t h e  most o f   t h e  a n a l y z e d  l o c a t i o n s  and a  p e a k  o f   0 . 0 1 .  The o x i d a t i v e  d e g r a d a t i o n  o f  t h e  po

ner i n  t h e  s a m p l e s   a f t e r   i n

羽 田

a g i n g c l e a r l y   i n c r e a s e d   w i t h  t h e  t i m e  and i t  was a l s o   homogeneous t h r o u g h o u t  t h e  t h i c k n e s s   o f  t h e   c u p .   D i f f e r e n t   outcomes  were o b t a i n e d

om

eF T ‑ I R  a n a l y s i s  o f  t h e  m i d d l e ‑ t e

nr e t r i e v a l .  T h i s  s l i c e  was microtomed f r o m   t h e   l o c a t i o n  5  o f   t h e   c u p ,   which b e l o n g s  t o

e ma i n  c o n t a c t  a r e a   w i t h  t h e  f e m o r a l   h e a d .   The  o n s e t   o f  a  h i g h  peak  o f  o x i d a t i o n   was o b s e r v e d  a r o u n d   1  m m   i n ‑ d e p t h   f r o m

i es l i d i n g  s u r f a c e  o f  t h e   b e a r i n g ,  whic h  was  somewhat u n e x p e c t e d   c o n s i d e r i n g

i e m a g n i t u d e  o f  d e t e c t e d  

01 

e q u a l  t o   5 . 1 .  S i m i l a r l y   t o  i n f r a r e d  a n a l y s i s ,  p r o f i l e s   ofαc were  o b t a i n e d

omせ i eRS  i n v e s t i g a t i o n  o f  t h e  same s l i c e s ,   w ho s e   r e s u l t s   a

showni n   F i g .   3 φ

. 

F o r  e a c h  s l i c e ,   t h e  sim i l a r i t y   b e t w e e n  t h e  t r e n d s  o f  c r y s t a l l i n i t y  and  0 1   a l ong t h e  t h i c k n e s s   was e v i d e n t .   F i g .  4  shows t h e  p h enomeno l o g i c a l  c o r r e l a t i o n   b

tween a c   and O I  a s  o b t a i n e d  upon p l o t t i n g

i ee x p e r i m e n t a l   d a t a  c o l l e c t e d  from a l l   t h e  s l i c e s .

廿

1 e d a t a  i n

1 e p l o t  r e p r e s e n t   t h e   a v e r a g e α c  and  O I  c a l

l a t ed

・ o mp o i n t s  wi

s i m i l a r O I  ( i . e . ,   v a r i a t i o n   o f  0 . 1   was s e t   a s   s i g n i f i c a n t ) .   Co r r e l a t i o n s   between  c r y s t a l l i n i t y  and 

OI 

c o u l d  be o b t a i ned  by f i t t i n g  t h e  e x p e r i m e n t a l   d a t a  wi t h  an expo n e n t i a l  f u n c t i o n   t h a t  we  a l r e a d y   i n t r o d u c e d  i n   a  p r e v i o u s  s t u d y  ( P e z z o t t i   e t  a . l ,  2 0 0 7   A ) . c c o r d i n g   t o  t h e  p a r t i a l ‑ l e a s t ‑ s q u a r e  f i t t i n g  meth od ,  t h e  f o l l o w i n g  e qu a t i on s  c o u l d  be  o b t a i n e d   f o r  t h e  L o n g e v i t y  m a t e r i a l :  

O l = e ( 1 2 5

n ( 6 . 3 8

4 . 2 3 ) + 0 . 6 9 }

(2)  m

1 c o e f f i c i e n t  o f  c o r r e l a t i o n ,  a

u s t e d ‑ R 2 ,e q u a l  t o   0 . 9 8 .  T h i s   equ

onwas u s e d   t o  a s s e s s  t h e  d e g r e e  o f  o x i d a t i o n  i n  d i f f e r e n t   l o c a t i o n s  o f  t h e  1 1  r e t r i e va l s  by means o f  R S .  

3 . 2 .   C o r r e l a t i o n  between c r e e p  and Raman band  b r o a d e n i n g  

A c c o r d i n g   t o   t h e  e xp e r i m e n t a l   p r o c e d u r e s  d e s c r i b e d  i n  some  o f   o u r  p r e v i o u s  p a p e r s  ( O k i t a   e t   a l . ,  2 0 1 4 ;  P e z z o t t i  e t   a l . ,   2 0 1 1 ;  Pup p u l i n e t   a l . ,  2 0 1 4 ) ,   samples made o f  L o n g e v i t y  r e m e l t e d   HXL P E  were a n a l y z e d  t o  o b t a i n  t h e   p h e n o m e n o l o g i c a l  c o r r e l a ‑ t i o n  b etwe en c o m p r e s s i v e  r e s i d u a l   s t r a i n   a f t e r  r e c o v e r y  an d 

{  ,

1

E:.  14 

3

1 2

Cl) 

t ;  

c :  

Cl) 

V1 uη  Cl) 

a .  

~

c :  

J

8  6  4 

ε

(判明−

0 . ! 0 7 + 4 0 . 6 7 6 F WH M‑ ! O l . 7 6 F W H . M

1 3 1   0

FW l l M

4 -/~

I  El 

|ー −

u ,

0 . 5  Band b r o a d e n i n g ,  ~FWHM [ c m ‑ 1 ] 

0 . 4   0 . 3   0 . 2 

0.1 

0 . 6  

F i g .  5  ‑Phenomenological  c o r r e l a t i o n   between  compressive  r e s i d u a l   s t r a i n  measured  a f t e r  24 h  r e c o v e r y   and

l e experimental  band broadening 

(~FWH附.

C u b i c   r e g r e s s i o n   model was used t o  c a l c u l a t e  t h e  b e s t ‑ f i t t i n g  c u r v e .  

b r o a d e n i n g  o f  t h e  Raman band  l o c a t e d  a t   1 1 3 0  cm ‑ 1  (sym ‑ m e t r i c   s t r e t c h i n g v i b r a t i o n  o f  C‑C b o n d ) .   F i g .  5  shows t h e   c o r r e l a t i o n  between t h e  p e r c e n t a g e  c o m p r e s s i v e  s t r a i n   mea‑

s u r e d  a f t e r  24 h r e c o v e r y  and  t h e  e x p e r i m e n t a l  band b r o a d ‑ e n i n g ,  which was measured  a s   t h e  v a r i a t i o n  o f  t h e  f u l l  w i d t h  a t   h a l f  ma

mum(FWHM) .  C u b i c  r e g r e s s i o n  model  was  used  t o   c a l c u l a t e  t h e  b e s t ‑ f i t t i n g   c u r v e  ( c f .  b e s t ‑ f i t t i n g  e q u a t i o n  shown  i n  t h e  i n s e t )  and t h e  c o n f i d a n c e  bands  ( c o n f i d e n c e  l e v e l  o f   9 5 % ) .   The s t a n d a r d  eπor  o f   t h e  r e g r e s s i o n  ( S )   and t h e  c o e f f i c i e n t  o f   c o r r e l a t i on ( R 2 )  were 0 . 2 5 %  and 0 . 9 9 6 ,  r e s p e c t i v e l y .  

3 . 3 .  Wear, c r e e p  and o x i d a t i o n  o f  r e t r i e v a l s  

F i g .  6  shows t h e  r e s u l t s  o f  c r e e p ,  wear and t o t a l  p e n e t r a t i o n  

a s   c a l c u l a t e d   from  t h e  s h o r t   term  r e t r i e v a l s  u s i n g  t h e  me t h od 

based on RS .  F o r  each c u p ,  t h e  d a t a  were p l o t t e d  i n p o l a r  

c o o r d i n a t e s  a c c o r d i ng t o  t h e  a n g l e  o f  each o f  t h e  9  l o c a t i o n s  

i n   wh i ch t h e   t h i c k n e s s   were measured by micro‑me t r i c  

m o t o r i z e d   s t a g e   combined  w i t h   o p t i c a l  microscope  and 

a n a l y z e d  by R S .   The p r o f i l e s   were o b t a i n e d  by B ‑ s p l i n e  

i n t e r p o l a t i o n   o f  t h e  e x p e r i m e n t a l  p o i n t s .  The polynomia l 

f i t t i n g   e q u a t i o n  used  t o   a s s e s s   t h e   p e r c e n t a g e   o f  c r e e p  

d e f o rm a t i o n  h a s  an e r r o r  o f  0 . 5 %  ( i . e . ,   2 5 ,   95% c o n f i d e n c e  

l e v e l ) .  I n  a l l  t h e   seven s h o r t ‑ t e r m   r e t r i e v a l s  t h e   r e d u c t i o n s  o f  

t h i c k n e s s  due t o   wear a s   o b t a i n e d   by sub t r a c t i n g  c r e e p   t o  t h e  

t o t a l   p e n e t r a t i o n   gave p o s i t i ve o r  n e g a t i v e  v a l u e s  o f   few t e n s  

o f  m i c r o n s ,  which were comparable t o  t h e  e r r o r  i n t e g r a t e d  

o v e r   t h e  e n t i r e  t h i c k n e s s .  I n  f a c t ,  an  eπor o f   0 . 5 %  i n  s t r a i n 

assessment  i n t e g r a t e d   o v e r   t he  ma ximum t h i c k n e s s   o f  

1 5 . 4  m m   y i e l d s   a maximum e r r o r  o f   77 

~1m,

wh i l e   f o r  t h e  

6 . 3  m m   cups  t h e  maximum eπor i s   e s t i m a t e d   a t  3 1 . 5  r i m .  F o r  

t h i s  r e a s o n ,  t h e  wear i n  t h e  s h o r t ‑ t erm cups was  n e g l e c t e d  

and t h

t o t a lc r e e p  was c o n s i d e r e d  a s  e q u a l  t o   t h e  t o t a l  

p e n e t r a t i o n .   I t   w a s   c l e a r  t h a t  sam p l e  N o . l  and  2  had t h e  

l o w e s t   r e s i d u a l   s t r a i n   amo n g t h e   s h o r t

term r e t r i e v a l s ,  

mainly l o c a l i z e d  between L 3  and  L 6 ,  w h i l e  t h e  cups wi t h  

f o l l o w‑ up  l o n g e r   than 6  months  ( N o . 6  and  7 )  showe d  peaks o f  

p e n e t r a t i o n  h i g h e r   t h a n  1 0 0  r i m  and d e t e c t a b l e  deform a t i o n  

(7)

}  0 

U R N A L 

F T H E M E C H A N 

C A L B E H A V 

I  0 

F B 

I  0 

M E D 

C A L M A T E R 

A L S 

5  I  (  2  0  I  5  )  I  3  ‑2  4  19 

Nol  L 4 

Ifnglc

L3 

L 2 

L t 

2 0   I  1 ( ; o   I  O l l   5 ( 1   0  0 5 0   1 ( 1 υ1 5 0  2 0 0  2 0   1 1 1 5 0  l l l O   5 0   o    I I < . o I O U  1 5   1 1 2 0 0 

L9 

P

n e t r a t i o n[pm 

Pc11etratio1、[ ~llll

No4  L 5  

− 〜 〜 L 6  

J

: . "

gk・

L 4  

L 3 

L7 

L 2 

A ・  L

L S

L9

L I  

L  

2 0 0  1 . 1 0   1 0 0   ; u   o  o

l

f

l ; o   2 t 1 n   2 υ   I I I  5 1 1   1 0 0   5 0   0 

Q

l l l f l1 5 0  2 0 υ   P e n e t r a t i o n  l

Ill

P e n e t r a t i o n  f 

~un

No5 

L3 

L 2   L 2 、 ,

L I  

Lt 

2 0   1 1 1 5 0   1 0 ( 1

0   ) ( υ 5 υIOU I

u2 0 0  2 0 0   1 5 0   1 1 1 0

。 υ . < u   1 0 0   1 ; 1 1   2

p

巴!

r a t i o n [

1 1 1 1

2 0 0   J 5 0  I O t l  5 0

υ 5 0  

!(~)

1 5 0  2

P e n

t r a t i o n [ 1 1 1 1 1 ]  

P e n d r

t i o n[ p r n j 

一一

C r e e 1

Wear

T o t a l  p e n e t r a t i o n 

F i g .  6  ‑ P o l a r  graphs r e p r e s e n t i n g  pro

創 出

o fc r e e p ,  wear and t o t a l  p e n e t r a t i o n  as i n t e r p o l a t e d  from t h e  d a t a  o f  t h e  s h o r t ‑ t e r m   r e t r i e v a l s .  

a l s o  near t h e  r i m ,  presumably due  t o  s t e m  imp i n gement and  h e e l   s t r i k e .  The  h i g h e s t   d e f o r m a t i o n  n e a r  t h e   rim ( L l  and L 9 )   was de t e c t e d  i n  sample  N o .  7 ,   which had t h e  l o n g e s t  f o l l o w

 

u p  and  h i g h  a b d u c t i o n  a n g l e  ( 4 °) 7 ,  which f a v o r s   t h e   impinge‑

ment o f  t h e  neck o f  t h e  s t

m a g a i n s t  t h e   rim  and h e e l  s t r i k e .   I n   sample N o .   5  t h e   d e f o r m a t i o n   was l o c a l i z e d  around t h e  t o p   o f   t h e  cup ( L S ) ,  which might  be c o r r e l a t e d  t o  t h e  low  a b d u c ‑ t i o n  ang l e  ( 3 0 。 )

.

Sim i l a r l y  t o  F i g .   6 ,  t h e  r e s u l t s   o f  t h e  f o u r   middle ‑ term r e t r i e v a l s  a r e  r e p o r t e d  i n  t he  p o l a r   p l o t s  o f   F i g .  7 .  The  o n s e t  o f  wear c l e a r l y  showed  up  i n  a l l  t h e  middle‑term  l i n e r s ,  man l y  l o c a l i z e d   between  L 3  and L 6 ,  w i t h  t h e  excep t i o n   o f  l i n e r  n o .  9 ,  i n  which t h e   r e d u c t i o n  o f  t h i c k n e s s  was  lower  i n  magnitude but widespread between L l  and L 6 ,  p r o b a b l y   due t o   t h e  low a b d u c t i o n  a n g l e   ( 4 0 ° ) .   Sample No .  8 was  c h a r a c t e r i z e d  by t h e  h i g h e s t  c r e e p  and t h e   wear  damage  was s h a r p l y  l o c a l i z e d  i n  L 4 ,   a s   e x p e c t e d  by  t h e  abduc t i on  a n g l e  o f  4 5 。 . I n t e r e s t i n g l y ,  t h e  p a t i e n t  o f  t h e  l a t t e r  r e t r i e v a l   had  t h e  h i g h e s t   BM! among  t h e  f o u r  ( B M ! =  3 3 )  and s u f f e r e d  

d i s l o c a t i o n ,  which might e x p l a i n  t h e  magnitude  o f  r e s i d u a l 

s t r a i n  c a l c u l a t e d  a l s o   i n   l o c a t i o n s  t h a t  a r e  n o t  s u pp osed t o   be 

l o a d e d .   Moreover ,  a l l   t h e  mi d d l e ‑ t e r m   r e t r i e v a l s  showed 

s i g n i f i c a n t  c r e e p  d e f o r m a t i o n  i n   b o t h   l o c a t i o n s   near t h e  

r i m .   The  maximum c r e e p ,   wear an d  t o t a l   p e n e t r a t i o n s  

c a l c u l a t e d  from each  r e t

v a l a s  a  f u n c t i o n   o f  i m p l a n t a t i o n  

t i me were p l o t t e d   i n   F i g .   8 ( a

一(

c ) . The l i n e a r  r e g r e s s i o n  

a n a l y s i s   o f  t h e s e  d a t a  enabled t o  c a l c u l a t e  t h e  c r eep ,  wear 

and t o t a l  p e n e t r a t i o n  r a t e s  d u r i n g   t h e   bedding ‑ i n  p e r i o d ,  t h e  

s t e a d y  wear s t a t e  p e r i o d   and  t h e  o v e r a l l  r a n g e  o f   f o l l o w ‑ u p s .  

The r e s u l t s  a r e  r e p o

edi n   T a b l e   2 ,  i n  which a r e  a l s o  i n c l u d e d  

t h e  r e s p e c t i v e   P e a r s o n ' s  c o r r e l a t i o n  i n d ex 

.

Accor d i n g  t o  E q .  

( 2 ) ,  RS  a n a l y s i s  e n a b l e d  t o  s t u d y  t h e  ox i d a t i v e  d e g r a d a t i o n  o f 

t h e  r e t r i e v a l s   a t   d i f f e r e n t  l o c a t i o n s .  Peak o f  O I   a s   we l l   a s  

a v e r a g e  O I  c a l c u l a t e d  i n  t h e   wear  ( L 3 ‑ L S )  and nonwear zone 

( L 7 ,  L 8 )  a r e  shown i n   F i g .  9 ( a )  and  ( b )  f o r   t h e   s h o r t  and m i d d l e ‑

term  r e t r i e v a l s ,  r e s p e c t i v e l y .  I n  t h e  s h o r t ‑ t e r m  r e t r i e v a l s  t he 

peak o f  o x i d a t i o n  a r e  s i m i l a r  ( O I〜0 . 2 ) ,  w h i l e  t he a v e r a g e  

(8)

20 

J O U R N A L 0 F T H E M E C H A N I C A L B E H A V I 0 R 0 F B I 0 M E D I C A L M A T E R I A L S 5 I ( 2 0 I 5 ) I 3 ‑2 4 

折半1glc L.4 

No8  No  9 

.~b《l

て~

~(が11

£IC

:

<OU ~00 31~1 200 100 0  0 I 00 2JOO‑1110 500  ~ilO 400 JOI) 2(1Jl)I)υ 0I on 20(1 JOO 4111’~\)υ

P e n e t r a t i o n   [ pm] 

園 田 園 ・

C 1 c c p

・ ・ … − W e a r  

T o t a l  p e n e t r a t i o n  

P e n l ! t

i o n[ f 1 1 1 1 )  

Ab<l. 

No  1 0  No  I  l

bd.

Otl400ヌIJ20υ1 1)0 0  (I  10υ200 .lOO .jl)(J号00 fill‑100 300 10υl 1)11 10り2111!3lHI 400号

P e n d r n t i o n  [ f t m )   P e n e t r a t i o n  [ f t m ・ I 

F i g .  7  ‑ S i m i l a r l y  t o  F i g .  6 ,  p o l a r  g r a phs r e p r e s e n t i ng p r o f i l e s  o f  c r e e p ,   wea r  a nd t o t a l  p e ne

a t i o n o b t a i n e d  f r o m t h e  mi d d l e ‑ term r e t r i e v a l s . 

o x i d a t i o n  i n  t he wear and non‑wear zones was v e r y  l o w .   I n t e r e s t i n g l y ,   t h e  l o w e s t  mean o x i d a t i o n  was d e t e c t e d  i n   sample N o .  2 ,   which had t he s h o r t e s t  e x ‑ v i v o  t i m e .  I n  t h e   midd l e ‑ t e r m   r e t r i e v a l s  t h e  p e a k s  o f   o r   were d e t e c t e d  under  t h e  worn a r e a  and  t hey r a n g e d  from 1 . 4  t o  4 . 5 .  Moreover ,  i n   s a

i p l e sNo .  8  and  9  t h e  a v e r a g e  o x i d a t i o n  o f  t h e  wear zone  was  h i g h e r  than t h a t  c a l c u l a t e d  from t h e  non‑w

a rz o n e ,   which might s u g g e s t  some i n f l u e n c e  o f  t h e  m e c h a n i c a l   l o a d   on  t h e   o x i d a t i o n   o f  p o l y e t h y l e n e .  

4 .   Discussion 

The o x i d a t i v e  d e g r a d a t i o n  o f  r e m e l t e d   H XLPE was  s t u d i e d   by  a n a l y z i n g  i n ‑ v i t r o  a g e d  s a m p l e s  mi c r o t o m e d  from new l i n e r s .   A s  shown i n  F i g .   3 ,  t h e  i n ‑ d e p t h  p r o f i l e s  o f  o x i d a t i o n  c l e a r l y   s h i

edt o w a r d  h i g h e r  v a l u e s  o f  O I  a f t e r  s h e l f ‑and a c c e l e r a t e d   a g i n g ,   a l t h o u g h  t h e i r  s h a p e  d i d  n o t  c h a n g e .  I f  we  c o n s i d e r  t h a t   t h e  d i s t r i b u t i o n  o f  f r e e  r a d i c a l s  g e n e r a t e d  by t h e  p r e l i m i n a r y   s t e p  o f  gamma i r r a d i a t i o n  was u n i f o r m  t h r o u g h o u t  t h e  i n t e r e   s l i c e s ,  we  c a n  i n f e r  t h a t   t h e r e  were no g r a d i e n t s  o f  r e s i d u a l  f r e e   r a d i c a l s  a l o n g  t h e  t h i c k n e s s  o f  t h e  v i r g i n   l i n e r s .  The m

o r i n c r e a s e  o f  0 1  

omOto a r o u n d  0 . 4 )  o c c u r r e d  w i t h i n  t h e  2 8  d a y s   o f  s h e l ι a g i n g  i n  a i r  a f t e r  i r r a d i a t i o n ,  w h i l e   d u r i n g  a c c e l e r a t e d   a g i n g   a t  7 0   ° c  a l l  t h e  few r e s i d u a l

e e ‑ r a d i c a l sr e c o m b i n e d  w i t h   oxygen l e a d i ng t o  t h e  ma

mum 0 1  o f   0 . 5 1 .  F o r  e a c h  s l i c e ,  t h e   s i m i l a r i t y  between t h e  t r e n d s  o f  c r y s t a l l i n i t y  and O I   a l o n g   t h e   t h i c k n e s s  was e v i d e n t  and i t   h i g h l i g h t e d  t h e  r e c r y s t a l l i z a t i o n   p r o c e s s  t r i g g e r e d  by t h e  f o r m a t i o n  o f  o x i d i z e d  s p e c i e s .  I n  f a c t ,  i f   f r e e  r a d i c a l s  a r e  formed i n s i d e  t h e  amorphous phase o f  p o l y ‑ e t h y l e n e ,  t h e y  r e a c t  w i t h  o x y g

nl e a d i n g  t o  t h e  f o r m a t i o n  o f   h y d r o p e r o x i d e s  ( i . e

r s tp r o d u c t  o f  o x i d a t i o n )  ( B r a c c o  e t  a l . , 

2 0 0 6 a ,  2 0 0 6 b ;  C o s t a  e t  a l . ,   1 9 9 7 ) .   H y d r o p e r o x i d e s  c a n   e v o l v e  t o   k e t o n e s ,  c a r b o x y l  a c i d s  and o t h e r  o x i d i z e d  s p e c i e s  c o n t a i n i n g   c a r b o n

g r o u p s ,whose f o r m a t i o n  i s   r e s p o n s i b l e  f o r  t h e  p o l y ‑ e t h y l e n e   c h a i n  b r e a k a g e ,  namely c h a i n  s h o r t e n i n g ,  i n c r e a s e  o f   m o l e c u l a r  m o b i l i t y   and  s u b s e q u e n t   r e c r y s t a l l i z a t i o n .  Compar‑

i s o n  among  s l i c e s  a t  d i f f e r e n t  o x i d a t i v e   c o n d i t i o n s  showed

i a t m

o rr e c r y s t a l l i z a

on r a t e   o c c u r r e d  a t   t h e   e a r l y   s t a g e   o f  

O

d a t i o n , up t o   o r   o f   a b o u t  0 . 4

Ther e s u l t s  showed  i n  F i g .  4  c o n f i r m e d  t h a t   t h e  e q u a t i o n  i n t r o d u c e d  i n  o u r  p r e v i o u s   s t u d i e s   i s   s u i t a b l e  i n  d e s c r i b i ng t h e   o x i d a t i o n ‑ i n d u c e d  r e c r y s t a l l i z a t i o n   p r o c e s s  o f  d i f f e r e n t  p o l y e t h y l e n e s .  

Raman  s p e c t r o s c o p y   o f f e r e d  t h e   p o s s i b i l i t y   t o  s c r u t i n i z e  i n  

an  a c c u r a t e and nimble  way t h e  m i c r o s t r u c t u r e s   o f   1 1  

r e t r i e v a l s  made o f  f i r s t   g e n e r a t i o n  remel t e d   H X L P E .   The 

samples  were  d i v i ded i n   two  g r o u p s ,  a c c o r d i n g   t o   t h e  

i m p l a n t a t i o n  t i m e :  7  s h o r t  term c u p s  w i t h  l e s s  t h a n  1  y e a r  

f o l l o w ‑ u p  and 4  midd l e  term c u p s  ( f r o m  4  t o  7  y e a r s ) .  The f a s t  

a c q u i s i t i o n   t i me and t h e   m o t o r i z e d  s t a g e   o f  t he s p e c t r e ‑

p h o t o

i e t e r e n a b l e d   u s  t o  c h a r a c t e r i z e   t h e  m a t e r i a l   c o l l e c t i n g  

a  number  o f   Rama n  s p e c t r a   which r e p r e s e n t s  a  s t a t i s t i c a l l y  

m e a n i n g f u l  sample s i z e .  O v e r a l l ,  t h e  c r e e p  d e f o r m a t i o n  i n  t h e  

s e v e n   s h o r t ‑ t e r m   r e t r i e v a l s   was v e r y  l ow b u t  c o n s t a n t l y  

i n c r e a s i n g  w i t h  t h e  i m p l a n t a t i o n   t i m e .  I n t e r e s t i n g l y ,  t h e  on l y 

s h o r t ‑ t e

nr e t r i e v a l  w i t h  i m p l a n t a t i on t i m e  c l o s e  t o  1  y e a r  

( N o .  7 )  showed c r e e p  d e f o r m a t i o n  wh i ch was n o t  s i g n i f i c a n t l y  

l ower than t h o s e  c a l c u l a t e d  from t h e  middle term r e t r i e v a l s ,  

c o n f i r m i n g   t h a t  a f t e r  t h e  i n i t i a l  b e d d i n g ‑ i n  p e r i o d  t h e  head 

p e n e t r a t i o n  r a t e  due t o   p l a s t i c   d e f o r m a t i o n  i s   l ow ( G e l l e r  

e t  a l . ,   2 0 0 6 ;  L a u r e n t  e t  a l . ,   2 0 0 8 ;  Manning e t  a l . ,  2 0 0 5 ) ,   b u t  i t  

s h o u l d  be c o n s i d e r e d   i n   t h e   c a s e ‑ b y ‑ c a s

a n a l y s i s . T h i s  

argument i s   s t r e n g t h e n e d  by c o n s i d e r i n g  t h e  d a t a  o f   F i g .  8 

( a

c )and T a b l e   2 .  Wear r a t e  d u r i n g  t he s t e a d y  s t a t e  was 

参照

関連したドキュメント

Jayamsakthi Shanmugam, Dr.M.Ponnavaikko “A Solution to Block Cross Site Scripting Vulnerabilities Based on Service Oriented Architecture”, in Proceedings of 6th IEEE

Here, instead of considering an instance I and trying to directly develop a feasible solution for the P, G ∗ |prec; c ij dπ k , π l 1; p i 1|C max problem, we consider a

They showed for any finite nonabelian group that is not a direct product of an abelian group with a 2-group which is nilpotent of class 2, its associated automata group can not embed

— Holonomic and semi-holonomic geometries modelled on a homogeneous space G/P are introduced as reductions of the holonomic or semi-holonomic frame bundles respectively satisfying

An example of a database state in the lextensive category of finite sets, for the EA sketch of our school data specification is provided by any database which models the

A NOTE ON SUMS OF POWERS WHICH HAVE A FIXED NUMBER OF PRIME FACTORS.. RAFAEL JAKIMCZUK D EPARTMENT OF

A lemma of considerable generality is proved from which one can obtain inequali- ties of Popoviciu’s type involving norms in a Banach space and Gram determinants.. Key words

(The Elliott-Halberstam conjecture does allow one to take B = 2 in (1.39), and therefore leads to small improve- ments in Huxley’s results, which for r ≥ 2 are weaker than the result