DE60028370T2 - Verfahren zur herstellung einer selektiv vernetzten medizinischen prothese aus polyethylen, sowie eine dergestalt hergestellte prothese - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer selektiv vernetzten medizinischen prothese aus polyethylen, sowie eine dergestalt hergestellte prothese Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von medizinischen Prothesevorrichtungen. Spezieller stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung von aus Polyethylen bestehenden Zusammensetzungen bereit, die auf solche Weise bestrahlt worden sind, dass nur ein ausgewählter Prozentsatz der gesamten Zusammensetzung vernetzen gelassen wurde. Die Möglichkeit, den Grad und den Ort der Vernetzung in einem Polymer genau zu steuern, weist auf dem Gebiet der orthopädischen Vorrichtungen besondere Vorteile auf.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele medizinische Prothesevorrichtungen werden in lasttragende Gelenke, wie Kniegelenke, Hüften usw., implantiert. Als solche müssen diese Prothesevorrichtungen sehr fest sein und ein hohes Maß an Abnutzungsbeständigkeit besitzen. Die Industrie der medizinischen Prothesevorrichtungen hat verschiedene Verfahren und Zusammensetzungen verwendet, welche Metalle und Polymere und deren Kombinationen zur Herstellung von Prothesevorrichtungen einsetzen. Hersteller von medizinischen Prothesevorrichtungen arbeiten fortwährend an der Entwicklung besserer Produkte durch Verbesserung von deren physikalischen Eigenschaften. Beispielsweise ist eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit eine wünschenswerte Eigenschaft, die einer medizinischen Prothesevorrichtung zu verleihen ist. Die Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit ohne Verlust an Festigkeit oder Verursachung von oxidativem Abbau ist ein schwierig zu erhaltendes Gleichgewicht.
  • Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen aus Polymermaterialien sind mit dem Ziel der Verringerung der Abnutzungsgeschwindigkeit und Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit der zur Herstellung von medizinischen Prothesevorrichtungen verwendeten Polymermaterialien entwickelt worden. Die U.S. Patente Nr. 6,017,975, 5,879,400, 5,414,049 und 5,728,510 werden hierin erwähnt, um die üblichen Verfahren und Zusammensetzungen zu erläutern, die verwendet werden, um polymere Prothesevorrichtungen herzustellen, die derzeit auf diesem Gebiet verwendet werden.
  • Gemäß der WO 98/16258 kann eine tragende Polyethylen-Oberfläche eines medizinischen Implantats vernetzt werden, während seine nicht-tragenden Oberflächen unvernetzt zurückgelassen werden. Dies kann erzielt werden, indem man die tragende Oberfläche Strahlung aussetzt, während der nicht-tragende Teil des Polyethylenelements vor der Strahlung abgeschirmt wird.
  • Eine übliche Praxis in der Industrie der medizinischen Prothesevorrichtungen ist es, vernetzte Polymere und Harze zur Bildung der medizinischen Vorrichtung zu verwenden. "Vernetzte" Polymere sind als Polymermaterialien definiert, die einer chemischen oder Strahlungs-initiierten Aktivierung unterzogen worden sind, was eine dendritsche Bindungsbildung zwischen und unter einzelnen Polymerketten zum Ergebnis hat, die neue intermolekulare und intramolekulare Netzwerke liefert. Diese vernetzten Netzwerke innerhalb des Polymers sorgen für chemische und physikalische Eigenschaften, die gewöhnlich von jenen des jungfräulichen Polymers verschieden sind. Derartige Eigenschaften umfassen eine verbesserte Abnutzungs- und Kriechbeständigkeit, Haltbarkeit usw. Eine unterscheidungslose und unkontrollierte Vernetzung des Polymermaterials, das die Prothesevorrichtung umfasst, kann eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit zur Folge haben, aber die Festigkeit und andere wünschenswerte Eigenschaften können geopfert werden.
  • Eine weitere Schwierigkeit, auf die man herkömmlich beim Herstellungsverfahren von Polymer-Komponenten von medizinischen Kugelgelenk- oder tragenden Prothesevorrichtungen, wie Hüften, Knien und anderen lasttragenden Gelenken, stößt, ist, dass sie nicht leicht durch preiswerte Spritzgusstechniken geformt werden können. Stattdessen müssen diese speziellen Arten von Prothesen zum Beispiel durch Extrusion zu einem Ausgangsstrang oder -stab geformt werden, wonach eine weitere maschinelle Bearbeitung erforderlich ist, um den Endgegenstand zu formen. Spritzguss ermöglicht andererseits, dass der Endgegenstand praktisch in einem Schritt geformt wird.
  • Deshalb besteht ein Bedarf in der Industrie der medizinischen Prothesevorrichtungen, eine verbesserte polymere Prothesevorrichtung herzustellen, die ausreichend Festigkeit besitzt, um der Spannung und dem Druck, die ihr auferlegt werden, standzuhalten, jedoch einer Abnutzung zu widersteht. Es besteht auch ein Bedarf, die Vorrichtungen preiswert durch Spritzguss herzustellen. Die vorliegende Erfindung stellt Zusammensetzungen sowie Verfahren zur Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit von medizinischen Prothesevorrichtungen durch selektive Vernetzung eines Polymerharzes unter Verwendung eines gesteuerten Vernetzungsverfahrens bereit, welches eine verbesserte Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit liefert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch Zusammensetzungen und Verfahren zum Spritzgießen und selektiven Vernetzen von medizinischen Prothesevorrichtungen bereit, was so ein preiswertes und einfacheres Herstellungsverfahren für medizinische Prothesevorrichtungen liefert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Prothesevorrichtung bereit, wie es im beigefügten Anspruch 1 beansprucht ist. Weitere bevorzugte Merkmale des beanspruchten Verfahrens sind in den Ansprüchen 2–34 angegeben. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine medizinische Prothesevorrichtung bereit, wie sie in Anspruch 35 beansprucht ist. Weitere bevorzugte Merkmale des Produkts sind in den Ansprüchen 36–48 angegeben.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Herstellung von selektiv vernetzten orthopädischen Polyethylen-Vorrichtungen bereit. Speziell stellt die Erfindung ein lokales und gesteuertes Vernetzungsverfahren bereit, das verwendet wird, um orthopädische Implantat-Prothesen mit verbesserten Abnutzungseigenschaften zu erzeugen. Der lokale und gesteuerte Vernetzungsgrad wird erzielt, indem man einen Polyethylen-Gegenstand oder ein vorgeformtes orthopädisches Prothesegelenk oder eine Gelenk-tragende Oberfläche einer unterbrochenen, maskierten oder gepulsten Strahlungsquelle aussetzt. Die unterbrochene Strahlungsquelle kann durch verschiedene Mittel erzielt werden, welche alle die Strahlungsmenge beschränken, die letztendlich auf den Gegenstand trifft. Durch Unterbrechen oder Beschränken der Strahlungseinwirkung auf gewisse Stellen an dem Polyethylen-Gegenstand oder der Prothesevorrichtung findet eine Vernetzung nur statt, wo die Strahlung in der Lage ist, mit dem Gegenstand in Kontakt zu treten oder diesen zu durchdringen. Andere Bereiche, die nicht auf diese Weise mit der Strahlung in Kontakt gekommen sind, werden entweder nicht oder nur peripher vernetzt. Die Erfindung ermöglicht es demgemäß einem Techniker, nicht nur zu steuern, wo die Vernetzung in oder auf der Oberfläche eines Werkstückes stattfindet, sondern auch den Grad, zu dem das Polymer letztendlich vernetzt wird. Durch eine beschränkte oder selektive Vernetzung der Polymervorrichtung kann man dem Polymer spezielle wünschenswerte Eigenschaften verleihen, die normalerweise in dem Ausgangspolymer oder in dem voll vernetzten Polymer des Standes der Technik nicht vorliegen.
  • Es ist deshalb ein Aspekt der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer orthopädischen Vorrichtung bereitzustellen, indem man vorzugsweise ein Polyethylen-Werkstück, wie einen Ausgangsstrang oder -stab, oder alternativ ein vorgeformtes Gelenk oder Gliedmaßen-Lager bereitstellt. Das Polyethylen-Werkstück wird dann in den Weg des Strahlungsstrahls gegeben. Bevorzugt wird ein Strahlunterbrecher zwischen das Werkstück und die Strahlquelle gegeben. Die Strahlungsquelle wird dann aktiviert, so dass der Strahl auf das Werkstück geworfen wird, aber bevorzugt teilweise durch das Unterbrechungsmittel unterbrochen wird. Das Werkstück wird bevorzugt dem unterbrochenen Strahlungsstrahl über eine bestimmte Zeitspanne ausgesetzt, von welcher bekannt ist, dass sie den gewünschten Vernetzungsgrad erzeugt. Der Vernetzungsgrad, der dem Werkstück verliehen wird, kann einem speziellen Grad der mechanischen Zähigkeit und Abnutzungsbeständigkeit in der fertiggestellten Prothese entsprechen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt die Herstellung von verschiedenen Arten von Prothesevorrichtungen bereit. Während die Erfindung nicht auf irgendeine speziell geformte Prothesevorrichtung beschränkt ist, umfassen die bevorzugten Formen Hüftpfannen, Knie, Knöchel, Schultern, Schienbein- und Hüftgelenke, Finger- und Daumenglieder, Wirbel, Ellenbogen, Fuß- und Zehenglieder und Handgelenkglieder.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Polymermaterialien, die zur Bildung der Prothesevorrichtung verwendet werden, aus der Gruppe von Polyethylenen ausgewählt werden, welche, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyethylen mit hohem Molekulargewicht (HMWPE), Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen ultrahoher Dichte (UHDPE), vernetztes Polyethylen und nicht-vernetztes Polyethylen einschließen. In diesem Aspekt der Erfindung kann jede Kombination der oben angeführten Polymere oder deren Äquivalente verwendet werden. Ein bevorzugtes Polymer der Erfindung ist UHMWPE und eine bevorzugte Kombination ist UHMWPE und HDPE.
  • Es ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, eine Maske, Abschirmung oder ein Gitter bereitzustellen, das als Unterbrechungsmittel dient. Die Maske kann bevorzugt eine perforierte Folie sein, die bevorzugt aus Metall, Graphit oder einem anderen thermisch stabilen äquivalenten Material besteht. Die Zahl der Perforationen würde der letztendlichen Belichtung und deshalb der Vernetzung des Werkstückes entsprechen. Ein weiteres Unterbrechungsmittel kann bevorzugt ein Machendraht sein, welcher ebenfalls die Strahlungsmenge begrenzen würde, die letztendlich das Werkstück erreicht, abhängig von der Maschengröße der Folie. Es wird bevorzugt, die vorliegende Erfindung mit einzelnen Unterbrechungsvorrichtungen durchzuführen, jedoch kann jede Kombination verwendet werden.
  • Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein gekrümmtes Unterbrechungsmittel, bevorzugt eine perforierte Folie oder eine Maschendrahtfolie, bereitzustellen. Die gekrümmte Folie oder Maske kann teilweise oder vollständig das Werkstück umgeben, aber in jedem Fall eine teilweise Abschirmung des Werkstücks vor dem Strahlungsstrahl bereitstellen und so als Unterbrechungsmittel dienen. Die gekrümmte Folie oder Maske kann eine Kontur aufweisen, die sich der Oberfläche eines vorgefertigten polymeren Werkstücks oder einer vorgeformten Prothesevorrichtung anpasst, wie zum Beispiel einer Hüftgelenkspfanne oder einem Schienbein-Element.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein rotierendes Unterbrecherrad bereitzustellen, das dazu dient, den Strahl intermittierend zu unterbrechen, wodurch eine Vernetzung an speziellen Flächen oder Bereichen des Werkstücks eingeführt wird.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen gepulsten Strahlungsstrahl bereitzustellen, wodurch die Strahlungsmenge begrenzt wird, die letztendlich mit dem Werkstück in Kontakt tritt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Bestrahlung eines Werkstücks bereit, das eine Mehrzahl von Strahlungsquellen verwendet. Die Strahlungsquellen können bevorzugt in die gleiche oder in verschiedene Richtungen gerichtet sein, wobei sie alle mit dem Werkstück in Kontakt treten.
  • Es ist noch ein weiterer Aspekt der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches das Werkstück vorzugsweise vollständig durch ein Unterbrechungsmittel umgeben wird, bevorzugt einen perforierten Käfig, wodurch bevorzugt eine Mehrzahl von Strahlungsquellen aus verschiedenen Richtungen auf das Werkstück gerichtet wird, um eine allumfassende und gleichförmige Strahlungseinwirkung auf das Werkstück bereitzustellen.
  • Es ist noch ein weiterer Aspekt der Erfindung, das Werkstück zu drehen oder auf andere Weise zu bewegen, während es dem unterbrochenen Strahlungsstrahl ausgesetzt wird.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Werkstück und/oder das Unterbrechungsmittel, wie eine perforierte Maske oder ein Maschendraht, in Vibration versetzt, während es sich im Weg des Strahlungsstrahls befindet.
  • Es ist noch ein weiterer Aspekt der Erfindung, eine Prothesevorrichtung oder einen vorgeformten Gegenstand durch Spritzguss zu bilden, welche(r) für Kugel- und tragende Prothesegelenke geeignet ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine graphische Darstellung der Auswirkungen einer selektiven Vernetzung von Polyethylen auf die Abnutzungsgeschwindigkeit und Zähigkeit.
  • 2 zeigt eine Darstellung des Wegs eines unterbrochenen Strahlungsstrahls und die vernetzten Zonen, die durch die Bestrahlung in dem Polyethylen-Werkstücks geschaffen werden. Die Verteilung der Vernetzung innerhalb der Zone ist ebenfalls gezeigt.
  • 3 zeigt eine Darstellung der Reißfestigkeit gegen die prozentuale Vernetzung.
  • 4 zeigt eine Darstellung einer Knie-Abnutzungsgeschwindigkeit gegen die prozentuale Vernetzung.
  • 5 zeigt eine Darstellung der Dehnung gegen die prozentuale Vernetzung.
  • 6 zeigt eine Darstellung der Hüft-Abnutzungsgeschwindigkeit gegen die prozentuale Vernetzung.
  • 7 zeigt eine Darstellung einer Knie-Abnutzungsgeschwindigkeit gegen die Äquivalentdosis der kombinierten Strahlungsdosis.
  • 8 zeigt eine Darstellung des allgemeinen Verfahrens zur Herstellung einer medizinischen Prothesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine selektive Vernetzung, welche ein Werkstück zeigt, das unter einer perforierten Maske oder Abschirmung angeordnet ist, wobei sichtbares Licht gezeigt ist, um den Weg und das Muster eines Strahlungsstrahls während der Durchführung der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren.
  • 10 zeigt selektive Vernetzungsmuster, die in und um ein Polymer-Werkstück herum mit und ohne Drehung gebildet werden.
  • 11 zeigt selektive Vernetzungsmuster, die durch Drehung des Werkstückes gebildet werden.
  • 12 zeigt die Verwendung einer gekrümmten perforierten Maske, die bei der Bestrahlung eines Werkstückes verwendet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine wünschenswerte Ausgewogenheit von verbesserter Abnutzungsbeständigkeit und hoher Zugfestigkeit und Zähigkeit bei den Polymerzusammensetzungen bereit, die für Prothese-Implantete verwendet werden. Es wurde entdeckt, dass die Abnutzungsbeständigkeit verbessert werden kann, ohne andere wünschenswerte Eigenschaften, wie Zähigkeit oder Festigkeit, zu opfern, indem der Grad der Vernetzung des Polymersubstrats, welches die Prothesevorrichtung umfasst, gesteuert wird. Mit Bezug auf 1 wird graphisch veranschaulicht, dass die Abnutzungsgeschwindigkeit und Zähigkeit bei etwa 5 bis 30% Vernetzung optimiert sind. Die vorliegende Erfindung liefert auch, dass nicht nur der Grad der gesteuerten Vernetzung bei der Bereitstellung der gewünschten Eigenschaften nützlich ist, sondern auch die lokale Anordnung der vernetzten Phase des Polymers innerhalb der Matrix. So kann der oben angeführte Prozentsatz an Vernetzung gleichförmig über die gesamte Oberfläche und/oder innerhalb der Matrix des Werkstücks verteilt sein oder ein spezielles Vernetzungsmuster umfassen, abhängig von der letztendlichen Verwendung der fertig gestellten Prothesevorrichtung.
  • Die Praxis der vorliegenden Erfindung hat eine verbesserte Abnutzungsrückgang mit weniger Verlust an mechanischen Eigenschaften zur Folge, verglichen mit vollständig vernetzten Prothesevorrichtungen. So besteht der Kern der vorliegenden Erfindung darin, den Grad und den Ort der vernetzten Phase des Polymers innerhalb der Matrix der Prothesevorrichtung oder des Ausgangs-Werkstückes zu steuern, was eine wünschenswerte Ausgeglichenheit von Eigenschaften zwischen Abriebbeständigkeit und Zähigkeit zum Ergebnis hat.
  • Diese Ausgewogenheit und demgemäß die polymere Selektivität bei der Vernetzung der vorliegenden Erfindung wird mittels einer unterbrochenen Strahlungseinwirkung R auf den Polyethylen-Gegenstand erzielt, um ein ausgewähltes Muster und einen ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in dem behandelten Gegenstand T zu bewirken. Dieses Verfahren wird als "selektive Vernetzung" bezeichnet. Wie nachstehend in Einzelheiten beschrieben, wird die Unterbrechung der Strahlungseinwirkung auf das Werkstück durch verschiedene Mittel bewerkstelligt. Für erläuternde Zwecke kann ein derartiges Mittel bevorzugt eine perforierte Maske, ein Maschendraht, ein Unterbrecherrad oder eine andere Vorrichtung sein, die teilweise den Weg des Strahlungsstrahls R blockieren kann. Siehe 9, in der ein Werkstück T unter einer perforierten Maske oder Abschirmung S angeordnet wird. Ein Licht wird auf die obere Oberfläche der Maske S projiziert, um den unterbrochenen Weg, den der Strahlungsstrahl R kontaktieren würde, sowie das Penetrationsmuster, das auf das Werkstück T projiziert wird, zu demonstrieren. In anderen Beispielen kann der Strahl R durch Pulsieren der Emission des Strahls aus der Quelle RS sowie durch Projizieren eines fein fokussierten Strahls R oder einer Mehrzahl von solchen direkt auf das Werkstück T unterbrochen sein. Zusätzlich kann die Dosis oder Belichtungszeit der Bestrahlung getrennt oder in Verbindung mit der Verwendung des oben beschriebenen Unterbrechungsmittels variiert werden, um ein weiteres Verfahren zur Steuerung des Vernetzungsgrades zu liefern. Für die Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet "prozentuale Vernetzung" den Bruchteil der gesamten Bestrahlungsenergie, die auf das Werkstück projiziert wird und welche nicht unterbrochen wird und so letztendlich mit dem Werkstück in Kontakt tritt.
  • Allgemein wird bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ein Polymer-Werkstück SR, T in dem Weg eines oder benachbart zu einem Bestrahlungsstrahls) R angeordnet, der Strahl durch ein Unterbrechungsmittel über eine gewünschte Zeitspanne unterbrochen, um einen gewünschten Vernetzungsgrad zu bewirken. Das Werkstück wird dann getempert A. Danach wird das Werkstück gemäß Industrieverfahren zu einer Prothesevorrichtung geformt M, wie erforderlich, und verpackt B. Siehe 8 bezüglich einer schematischen Darstellung eines typischen Verarbeitungsverfahrens einer Prothesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 8 veranschaulicht ein Herstellungsverfahren, in dem Abschnittsstäbe SR zusammen mit Stationen für jeweilige Vorgänge angegeben sind, welche Strahlung R, Tempern A, maschinelle Bearbeitung M, Verpackung B und Sterilisation ST einschließen, welche durch Gasplasma oder mittels EtO-Behandlung vorgenommen werden kann. Die Verarbeitung der Prothesevorrichtung nach der selektiven Vernetzung gemäß der Erfindung kann anhand herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden. Zum Beispiel können das erforderliche Verpacken B, die Oberflächenbearbeitung, das Tempern A, die Sterilisation ST usw. gemäß jenen Verfahren durchgeführt werden, die im U.S. Patent 5,414,049 offenbart und/oder beansprucht sind, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Prothesevorrichtungen besitzen ein verbessertes Leistungsprofil im Vergleich zu Kontrollvorrichtungen, die 100% Vernetzung umfassen. Zum Beispiel ist in 3 eine Grafik der Reißfestigkeit gegen die prozentuale Vernetzung gezeigt. Wie veranschaulicht, zeigen Vorrichtungen, die 10, 20 und 30% Vernetzung besitzen, niedrige Grade an Festigkeitsverlust im Vergleich zur Kontrolle. Jedoch veranschaulicht 4 eine wünschenswerte Abnahme der Abnutzungsgeschwindigkeit bei den gleichen 10, 20 und 30% Vernetzungsgraden. Zusätzlich veranschaulicht 5 eine minimale Änderung der Dehnung bei 10, 20 und 30% Vernetzung im Vergleich zur Kontrolle, die 100% vernetzt ist. Die obigen Daten demonstrieren, dass die selektive Vernetzung der vorliegenden Erfindung eine Ausgewogenheit von wünschenswerten Eigenschaften, wie geringer Abnutzungsgeschwindigkeit und hoher mechanischer Zähigkeit, ohne die unerwünschten Eigenschaften, wie Sprödigkeit und erhöhte Abnutzungsgeschwindigkeiten, liefert.
  • Unabhängig von dem verwendeten Verfahren oder der verwendeten Vorrichtung stellt die vorliegende Erfindung jede gesteuerte und/oder selektive Belichtung des Werkstückes durch einen Strahlungsstrahl für die Zwecke der Begrenzung des Vernetzungsgrades in der Polymermatrix der Prothesevorrichtung oder des vorgeformten Werkstückes bereit. Man bemerke, dass die Dosis oder Belichtungszeit des Strahlungsstrahls zu den Gesamteigenschaften der Prothesevorrichtungen der vorliegenden Erfindung beiträgt.
  • Die Auswirkung der Bestrahlungsdosis auf die Abnutzungsgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 6 veranschaulicht. Wie gezeigt, demonstriert 6, dass die Abnutzungsgeschwindigkeit zusammen mit der prozentualen Vernetzung bei zwei Strahlungsdosis-Niveaus, 140 kGray und 75 kGray, 15 und 7,5 MRad, abnimmt. 7 veranschaulicht einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Totalvernetzung gegenüber der selektiven Vernetzung der vorliegenden Erfindung. Dies ist als Funktion der "kombinierten Dosis" (Vernetzung) in 7 gezeigt. Die kombinierte Dosis ist gleich der prozentualen Vernetzungsfläche multipliziert mit der erhaltenen Dosis. Zum Beispiel werden die 30% der vernetzten Fläche mit der gesamten erhaltenen Dosis 150 kGray (15 MRad)) multipliziert, was eine kombinierte Dosis von 45 kGray (4,5 MRad) (0,30 × 15 = 4,5) zum Ergebnis hat.
  • Ohne auf eine spezielle Theorie beschränkt zu sein, um zu erklären, warum oder wie die vorliegende Erfindung arbeitet, können die verbesserten Eigenschaften, die von den von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Vorrichtungen gezeigt werden, wie folgt erklärt werden. Das Unterbrechungsmittel bewirkt, dass spezielle und vielleicht abwechselnde Zonen in der Matrix des der Erfindung ausgesetzten Gegenstandes gebildet werden. Wie in 2 veranschaulicht, kann jede vernetzte Zone CZ eine natürliche Verteilung von vernetztem Polymer nach Belichtung besitzen. Als solcher könnte der nachbelichtete Gegenstand aus alternierenden Zonen aus im Wesentlichen zwei oder mehr verschiedenen Polymeren (mit verschieden meinen wir verschiedene Vernetzungsprozentsätze) zusammengesetzt sein, die auf diese Weise durch die unterbrochene Strahlung hergestellt werden. 2 liefert eine Veranschaulichung der selektiven Vernetzung, in der eine Strahlungsquelle RS bereitgestellt wird, um mittels Strahlung R, die durch eine perforierte Maske, wie eine Abschirmung S, tritt, ein Ziel T zu bestrahlen. Ein Vernetzungsmuster wird auf dem Ziel T erzeugt, wobei sich nicht-vernetzte Zonen NCZ und vernetzte CZ abwechseln. Ein Intensitätsmuster wird grafisch dargestellt, welche die Lage P der vernetzten Zonen CZ und nicht-vernetzten Zonen NCZ zeigt, die durch Peaks bzw. Täler in der Grafik dargestellt werden und gegen die Vernetzungsintensität CI aufgetragen sind, die entlang der vertikalen Achse dargestellt ist.
  • Diese verschiedenen Polymere können getrennt zu den gesamten physikalischen Eigenschaften des resultierenden Polymergegenstandes beitragen. Zum Beispiel können die hoch vernetzten Zonen CZ ein hohes Maß an Festigkeit besitzen, wie es typisch bei den meisten vernetzten Polymeren gesehen wird. Eine nicht-vernetzte Zone NCZ kann zu einem gewissen Maß an Biegbarkeit und Flexibilität beitragen. Da die verschiedenen Polymere ein integriertes Netzwerk in dem Polymer bilden, ist ein synergistisch verbessertes Material die Folge, welches viele wünschenswerte Eigenschaften, wie Abnutzungsbeständigkeit und Zähigkeit, ohne die unerwünschten Aspekte dieser beiden Eigenschaften besitzt, die normalerweise eingeschlossen sind, wenn sie nur einzeln vorliegen.
  • Eine weitere mögliche Theorie für die unerwarteten Ergebnisse der vorliegenden Erfindung wird wie folgt angegeben. In einer Polymermatrix, die gemäß der vorliegenden Erfindung wurde, wodurch vernetzte CZ und nicht-vernetzte Zonen NCZ gebildet worden sind, zeigen die nicht-vernetzten Zonen NCZ ein kleineres Oberflächenkompressionsphänomen, durch welches die Enden jeder nicht-vernetzten Zone NCZ aufgrund ihrer biegsameren Natur innerhalb der Matrix dekomprimiert werden. Jedoch wären die Enden der vernetzten Zonen CZ nicht so flexibel oder komprimierbar und würden deshalb nicht komprimiert. Falls dies richtig ist, würde die Oberfläche eines Prothesegelenks, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, in der Tat ermöglichen, dass Gegenstände, die auf seine Oberfläche gepresst werden, auf einer Reihe von wellenförmig ausgebildeten vernetzten Enden "aufliegen", nicht unähnlich einer Reihe von Kugellagern. Demgemäß wird durch einen anstoßenden Knochen oder ein anderes Prothesegelenk weniger Oberflächenkontakt erzeugt, wodurch die Abnutzungsgeschwindigkeit der Prothesevorrichtung minimiert wird. Der oben beschriebene Kontakt der gewählten Oberflächen kann auch einen Flüssigkeitseinschluss erleichtern und so die Schmierung fördern. Dieses vorgeschlagene Oberflächenphänomen könnte für eine signifikante Abnutzungsverringerung der beschränkt kontaktierten Gesamtfläche sorgen, aber deren strukturellen Zusammenhalt beibehalten.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Polymer, das zur Herstellung der Prothesevorrichtung oder des Werkstückes verwendet wird, aus der Gruppe von Polymeren ausgewählt sein, welche, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Polyethylen mit hohem Molekulargewicht (HMWPE), Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen ultrahoher Dichte (UHDPE), vernetztes Polyethylen und nicht-vernetztes Polyethylen einschließen. Die bevorzugte Polyethylenart der vorliegenden Erfindung ist UHMWPE. Jedoch können Kombinationen von irgendeinem oder allen der oben angeführten Polymere zusammen mit irgendeinem äquivalenten Polymer vereinigt werden, um die vorliegende Erfindung durchzuführen. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete UHMWPE kann bevorzugt ein Molekulargewicht zwischen etwa 1.000.000 g/Mol bis etwa 10.000.000 g/Mol (etwa 1.000.000 u bis etwa 10.000.000 u) aufweisen, in einer bevorzugteren Ausführungsform liegt das Molekulargewicht zwischen etwa 2.000.000 g/Mol und 6.000.000 g/Mol (etwa 2.000.000 u und 6.000.000 u). Das in der vorliegenden Erfindung verwendete HDPE kann bevorzugt ein Molekulargewicht zwischen etwa 1.000 g/Mol bis 1.000.000 g/Mol (etwa 1.000 u bis 1.000.000 u) aufweisen. In einer sogar noch bevorzugteren Ausführungsform liegt das Molekulargewicht zwischen etwa 200.000 g/Mol bis 500.000 g/Mol (etwa 200.000 u bis 500.000 u).
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine wünschenswerte Ausgewogenheit von Zähigkeit und Abnutzungsgeschwindigkeit bei Polyethylen erzielt, wenn der Vernetzungsprozentsatz im Bereich von zwischen etwa 1–90% selektiver Vernetzung liegt. In einer bevorzugteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der selektive Vernetzungsprozentsatz zwischen etwa 2,5–50%. Noch mehr bevorzugt ist ein selektiver Vernetzungsbereich zwischen etwa 5 bis 30%, wie in 1 veranschaulicht. Natürlich kann dieser Bereich abhängig von der speziellen Vorrichtung und ihrer Größe, Form und beabsichtigten Verwendung sowie der Art von Polyethylen, welches die Vorrichtung umfasst, unterschiedlich sein.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Mischung von Polyethylenen bereit. Eine speziell bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Mischung von HDPE und UHMWPE. Ein bevorzugtes Verhältnis von HDPE zu UHMWPE beträgt 50:50, und ein sogar noch bevorzugteres Verhältnis beträgt 60:40, und das bevorzugteste Verhältnis beträgt 70:30 HDPE zu UHMWPE. Diese spezielle Mischung von Polyethylenen zeigt unerwartet vorteilhafte Fließeigenschaften, die für den Spritzguss günstig sind. Eine Prothesevorrichtung, die über Spritzguss hergestellt und einer selektiven Vernetzung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzogen wird, liefert eine wirtschaftlich vorteilhafte Alternative zu einem arbeitsintensiveren Mehrschrittverfahren, das eine maschinelle und Oberflächenbearbeitung eines extrudierten Ausgangsstrangs oder -stabs R erfordert.
  • Allgemein wird die selektive oder gesteuerte Vernetzung der vorliegenden Erfindung durch Unterbrechen der Belichtung der Vorrichtung mit dem eingestrahlten Strahl R bewerkstelligt. Mehrere Verfahren und Vorrichtungen können verwendet werden, um den Bestrahlungsstrahl zu unterbrechen. Die Strahlung R kann vollständig oder teilweise unterbrochen oder intermittierend unterbrochen werden, um die Belichtung und die Dosis zu steuern. Die Richtung jeglicher Bestrahlung R kann ebenfalls gesteuert werden, indem eine Anzahl von nachstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden. Die Zahl der Bestrahlungsstrahlen R, die bei einer speziellen Vorrichtung verwendet wird, kann ebenfalls variiert werden, so dass eine Mehrzahl von Strahlen gleichzeitig die Polymermatrix der Vorrichtung belichten und deshalb vernetzen.
  • Ein derartiges Verfahren verwendet eine perforierte Maske oder Abschirmung S, die teilweise oder vollständig zwischen die Strahlungsquelle RS und den Polyethylen-Gegenstand gegeben wird (siehe 2, 9, 11 und 12). Die Verwendung der perforierten Maske ermöglicht, dass nur gewisse Zonen CZ des Polymers vernetzt werden. Die Zonen NCZ, die nicht der Bestrahlung ausgesetzt werden, werden nicht vernetzt. Die perforierte Maske kann flach oder gekrümmt sein, um den gewünschten Beugungswinkel des Strahlungsstrahls R auf dem zu vernetzenden Gegenstand zu ermöglichen (siehe die 10 bzw. 12).
  • Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Unterbrechung der Bestrahlung während des Vernetzungsprozesses besteht darin, einen Propeller oder ein Unterbrecherrad zwischen die Bestrahlungsquelle RS und den bestrahlten Gegenstand zu geben. Ein zusätzlicher Schritt, der eine synchronisierte Translationsbewegung oder Rotation entweder des Gegenstands oder der Bestrahlungsquelle RS bewirkt, kann ebenfalls gleichzeitig mit dem Unterbrechungsschritt mit dem Propeller oder Unterbrecherrad durchgeführt werden. Diese Verfahren können auch für eine gesteuerte Bestrahlungsmenge R sorgen, die in einem vorbestimmten Muster auf den Gegenstand einwirken gelassen wird. Das Ergebnis ist ein selektiv vernetzter Gegenstand mit den oben beschriebenen gewünschten Eigenschaften.
  • Noch eine weiter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Unterbrechen der Bestrahlung durch Pulsen der Energie aus der Bestrahlungsquelle bereit. Ein zusätzlicher Schritt, um eine synchronisierte Verschiebung entweder des Gegenstands oder der Bestrahlungsquelle zu bewirken, kann ebenfalls gleichzeitig mit dem Unterbrechungsschritt durchgeführt werden. Diese Verfahren liefern ebenfalls eine gesteuerte Bestrahlungsmenge, mit welcher der Gegenstand in einem vorbestimmten Muster belichtete wird. Das Ergebnis ist ein vernetzter Gegenstand mit den vorstehend beschriebenen erwünschten Eigenschaften.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der zu vernetzende Gegenstand während oder zwischen dem bzw. den Bestrahlungsschritt oder -schritten verschoben, gedreht, in Vibration versetzt usw. werden, um die Belichtung, Dosis und Richtung der Bestrahlung auf dem Gegenstand zu steuern. Eine derartige Steuerung kann wünschenswerterweise von der Endverwendung des Gegenstands abhängen. Zum Beispiel kann ein Gegenstand zuerst einem unterbrochenen Bestrahlungsstrahl ausgesetzt werden, um ein selektives Vernetzungsmuster in einer speziellen Richtung zu erzeugen. Der Gegenstand kann dann gedreht werden, so dass, wenn die Bestrahlungsquelle wieder in Gang gesetzt wird, die Belichtung mit dem unterbrochenen Strahl ein selektives Vernetzungsmuster in einer anderen Richtung schafft. Das Endergebnis wäre zum Beispiel ein kreuzartiges Muster von vernetzten Zonen innerhalb und auf der Oberfläche des Werkstückes CK; siehe die 10 und 11. Dieses Verfahren kann als selektive Mehrfachrichtungsvernetzung bezeichnet werden. Ein derartiges Verfahren würde den Gegenstand in Anwendungen nützlich machen, wo dem Gegenstand eine Mehrfachrichtungs-Kraftmatrix auferlegt wird, zum Beispiel in einer Hüftpfanne C oder einer Auskleidungskomponente einer Hüftgelenks-Ersatzprothese oder einem Knie K, wie in 10 gezeigt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Werkstück oder die vorgeformte medizinische Vorrichtung in Vibration versetzt werden, während es bzw. sie einer selektiven Vernetzung durch irgendeines der hierin beschriebenen Verfahren ausgesetzt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die selektiv zu vernetzende Vorrichtung innerhalb eines perforierten Gehäuses angeordnet und wird mindestens einer Bestrahlungsquelle ausgesetzt. Wenn eine Mehrzahl von Bestrahlungsquellen verwendet wird, wird die Vorrichtung einer Bestrahlung in mehreren Richtungen ausgesetzt.
  • Die folgenden Ausführungsformen sollen die Fähigkeit der selektiven Vernetzung der Erfindung erläutern. Die so beschriebenen Verfahren sind lediglich erläuternd und sollten nicht so aufgefasst werden, dass sie irgendwelche Beschränkungen bei den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • In einer Ausführungsform wird ein Polyethylen-Werkstück oder orthopädische Implantat-Vorform auf solche Weise bestrahlt, dass Teile des Werkstücks oder der orthopädischen Implantat-Vorform nicht vernetzt werden. In einem Aspekt dieser Erfindung ist die Bestrahlungsquelle vollständig oder teilweise unterbrochen oder intermittierend unterbrochen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein siebenstufiges Verfahren verwendet, um ein Polyethylen-Werkstück selektiv zu vernetzen. Im ersten Schritt wird ein Polyethylen-Gegenstand, der aus UHMWPE besteht, in Form eines Strangs SR, eines Stabs, einer Implantat-Vorform oder einer Hüftpfanne C, einer Schienbein- oder Kniescheiben-Komponente K durch Pressformen, Extrusion oder andere Polymer-Formungsverfahren gebildet.
  • Der zweite Schritt beinhaltet das Anordnen des Polyethylen-Gegenstands unter einer Bestrahlungsquelle RS, wobei ein Unterbrechungsmittel, wie ein Maschendraht, eine poröse Platte oder eine andere Teilmaskierungsvorrichtung S zwischen die Bestrahlungsquelle RS und die Polyethylen-Komponente gegeben worden ist. Das Unterbrechungsmittel ist perforiert, so dass etwa 30% der eingestrahlten Energie durch dasselbe treten und so mit dem Gegenstand in Kontakt treten.
  • Schritt drei beinhaltet die Bestrahlung der Komponente bei einer geeigneten akkumulierten Dosis im Bereich von 25 bis 1.000 kGray (2,5 bis 100 MRad), bevorzugt bei etwa 50 bis 150 kGray (5 bis 15 MRad). Eine bevorzugte kombiniert Dosis beträgt zwischen etwa 0,1 bis 250 kGray (1 bis 25 MRad). Eine noch bevorzugtere kombinierte Dosis liegt bei zwischen etwa 20 bis 100 kGray (2 bis 100 MRad), wobei die bevorzugteste kombinierte Dosis etwa 45 kGray (4,5 MRad) beträgt. Bei der Bestrahlungsquelle RS kann es sich zum Beispiel um Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahl oder eine andere Strahlungsquelle handeln. Die Dauer der Bestrahlungseinwirkung beträgt eine geeignete Zeit, abhängig von der Dosierungsrate und der gewünschten Gesamtdosis. Zum Beispiel kann eine Kalibrierungskurve erstellt werden, indem man die Belichtungszeit oder Dosierungsrate gegen die Abnutzungsgeschwindigkeit bei einem speziellen geformten Gegenstand oder Werkstück aufträgt. Danach muss man sich, um die Dosierungsrate oder Belichtungszeit zu bestimmen, um ein gewünschtes Maß der Abnutzungsgeschwindigkeit zu erhalten, bezüglich der geeigneten Parameter nur auf die Kalibrierungskurve beziehen.
  • Schritt vier beinhaltet das Tempern A der bestrahlten Komponente bei erhöhter Temperatur (unterhalb, beim oder oberhalb vom Schmelzpunkt von Polyethylen). Der fünfte Schritt beinhaltet die maschinelle Bearbeitung M der bestrahlten Komponente, falls erforderlich, zu seiner Endform für die Implantation. Der sechste Schritt beinhaltet das gründliche Reinigen der fertiggestellten Komponente und das Anordnen derselben in einer verschlossenen Verpackung B. Die Verpackung kann im Wesentlichen frei von freiem Sauerstoff sein und kann irgendein Behälter sein oder für die Schaffung und Aufrechterhaltung einer Umgebung mit wenig oder keinem Sauerstoff geeignet sein. Schritt 7 beinhaltet die Sterilisation ST der verpackten Komponente mit Gamma, Gasplasma oder Ethylenoxid. Im Fall von Ethylenoxid kann das Gas im Verpackungsschritt sechs B eingeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines in mehreren Richtungen vernetzten Gegenstands verwendet. Zum Beispiel umfasst ein derartiges Verfahren das Verfahren zur Schaffung von Mehrrichtungs-Bestrahlungszonen durch Einwirkenlassen eines unterbrochenen Bestrahlungsstrahls in einer Richtung, dann die Neuanordnung entweder des Bestrahlungsstrahls oder des Gegenstands in einer anderen Position als der ersten Bestrahlungsrichtung, dann das Einwirkenlassen der zweiten Bestrahlungsbelichtung auf den Gegenstand; siehe die 10 und 11. Der Neuanordnungsschritt kann mehrere Male durchgeführt werden. Ein Gegenstand C, K, der in mehreren Richtungen bestrahlt worden ist, besitzt isotrope physikalische Eigenschaften und ist zum Beispiel zur Verwendung als Prothese-Implantat wünschenswert, das eine Belastungsfestigkeit in mehreren Richtungen erfordert. Wie aus 11 ersichtlich ist, tritt Strahlung R aus der Strahlungsquelle RS durch eine Abschirmung S, wonach sie auf das Ziel T auftrifft, um dadurch vernetzte Zonen CZ und nicht-vernetzte Zonen NCZ zu bilden.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Polymermischung von HDPE und UHMWPE vereinigt und zu einer Prothesevorrichtung spritzgegossen. Die Vorrichtung wird dann irgendeinem der vorstehend erörterten Vernetzungsverfahren unterzogen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verhältnis von 50:50 HDPE zu UHMWPE gemischt und gemäß herkömmlichen, in der Technik bekannten Verfahren spritzgegossen. In einer sogar noch bevorzugteren Ausführungsform wird eine Mischung von 60:40 HDPE zu UHMWPE verwendet, und am meisten bevorzugt ist eine Mischung von 70:30 HDPE zu UHMWPE.
  • BEISPIEL
  • Mehrere Abschirmungen S wurden aus einer 9,525 mm (3/8 Inch) dicken Stahlplatte für eine selektive Vernetzungsbehandlung von UHMWPE hergestellt. Die gesamte obere Oberflächengröße bei jeder Platte war ein Quadrat von 127 mm auf 127 mm (5 Inch auf 5 Inch). Jede Abschirmung S war mit einer Reihe von Löchern mit 3 mm Durchmesser in einer solchen geometrischen Anordnung perforiert, dass jede Perforation (jedes Loch) von allen anderen Perforationen gleich beabstandet war. Ein Muster beinhaltete 30% Porosität oder Perforation. Das heißt, 30% der oberen Oberfläche der Abschirmung waren durch Löcher besetzt, die gleichmäßig über die Oberfläche der Abschirmung verteilt waren. Diese Parameter (3 mm Lochgröße, gleiche Beabstandung und 30% Oberfläche) steuern die Gesamtzahl der Löcher sowie den Zwischenloch-Abstand. Eine zusätzliche Abschirmung verwendete ein 20%-iges Oberflächenmuster, und eine dritte verwendete ein 10%-iges Muster.
  • Ein zylindrischer Stab aus UHMWPE-Material mit einem Durchmesser von 82,55 mm (3,25 Inch) wurde in 44,45 mm (1,75 Inch) dicke Stücke oder "Pucks" geschnitten. Dieser Stab bestand aus GUR 1050-Harz und war auf keinerlei Weise behandelt oder vernetzt. Dieser wird typisch als "jungfräulicher" Stab bezeichnet. Die 44,45 mm (1,75 Inch) Höhe wurde gewählt, um eine gleichförmige Vernetzung durch die gesamte Dicke (Höhe) des Pucks zu ermöglichen. Diese Pucks wurden dann unter Verwendung der Beschreibung, welche folgt, selektiv vernetzt; siehe 8.
  • Ein Elektronenstrahl wurde verwendet, um ionisierende Strahlung bereitzustellen, um das UHMWPE-Material zu vernetzen. Dieses Verfahren beinhaltete das Einwirkenlassen des Elektronenstrahls auf den UHMWPE-Puck, bis die gewünschte Energie auf den Puck projiziert war. Vor der Bestrahlung wurde eine perforierte Abschirmung zwischen die Elektronenstrahlquelle und den UHMWPE-Puck gegeben, so dass nur die Bereiche des Pucks, die nicht von der Abschirmung bedeckt waren, Elektronenstrahlenergie empfingen. Auf diese Weise wurde der UHMWPE-Puck selektiv vernetzt; siehe 9. Die für die Elektronen strahl-Behandlung verwendeten Parameter waren eine absorbierte ionisierende 10 MeV-Strahlungsdosis von 150 kGray (50 MRad) bei einer Rate von 20 kGray (2 MRad) pro Minute, so dass die Gesamtbehandlungszeit 7,5 Minuten betrug. Die Pucks wurden unter Verwendung der 10%-igen, 20%-igen und 30%-igen Perforationsabschirmungen behandelt. Diese Pucks wurden dann wärmebehandelt oder getempert. Nach diesem Schritt wurden dann die Pucks zu Knieersatz-Schienbeineinschüben sowie zu Zugfestigkeits-Testprüflinge verarbeitet.
  • Die Schienbeineinschübe wurden dann in einem Knie-Abnutzungs-Simulator getestet. Diese Maschine simuliert die Bewegungen und die Belastung, die bei normaler Gehaktivität in einem Kniegelenk gesehen werden. Es wurden geeignete physiologische Bedingungen verwendet. Die Ergebnisse in 4 zeigen, dass die selektive Vernetzung die Abnutzungsbeständigkeit gegenüber der unbehandelten Kontrolle verbessert. Einzelheiten des verwendeten perforierten Musters beeinflussen das Verhalten. Die Zugfestigkeits-Prüflinge wurden in einer Belastungs-Rahmenvorrichtung getestet, um Werte der mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Dehnung, zu erhalten; siehe die 3 und 5. Diese Werte ändern sich ebenfalls mit dem Muster. Anders als bei der Abnutzung ist es wünschenswert, diese Werte hoch zu halten.

Claims (48)

  1. Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Prothesevorrichtung, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Polyethylen-Werkstückes (C, K, T), wobei das Werkstück (C, K, T) eine tragende Oberfläche umfasst; und b) Anordnen einer Bestrahlungsquelle (RS) in Nachbarschaft zu dem Werkstück (C, K, T), so dass das Werkstück einer Strahlung (R) aus der Bestrahlungsquelle (RS) ausgesetzt werden kann; gekennzeichnet durch: c) Einwirkenlassen der Strahlung (R) auf nur Abschnitte des Werkstückes (C, K, T) und Versehen der tragenden Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit abwechselnden vernetzten und nicht-vernetzten Zonen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Verschiebens des Werkstücks (C, K, T).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt der Anordnung einer perforierten Maske zwischen der Bestrahlungsquelle (RS) und dem Werkstück (C, K, T).
  4. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt der Anordnung eines Maschendrahts zwischen der Bestrahlungsquelle (RS) und dem Werkstück (C, K, T).
  5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt der Anordnung eines gekrümmten Maschendrahts zwischen der Bestrahlungsquelle (RS) und dem Werkstück (C, K, T).
  6. Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend den Schritt der Anordnung eines gekrümmten Maschendrahts zwischen der Bestrahlungsquelle (RS) und dem Werkstück (C, K, T).
  7. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das teilweise Unterbrechen der Bestrahlung unter Verwendung eines drehbar montierten Unterbrecherrads zwischen der Bestrahlungsquelle (RS) und dem Werkstück (C, K, T).
  8. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Pulsierens der Bestrahlungsquelle (RS).
  9. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Bestrahlungsschritt so gesteuert wird, dass eine Dosis der Bestrahlung (R) zwischen 25 kGray und 1 MGray (2,5 und 100 MRad) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Bestrahlungsschritt so gesteuert wird, dass eine Dosis der Bestrahlung (R) zwischen 50 kGray und 150 kGray (5 und 15 MRad) zugeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, in einer Form vorliegt, die für eine Implantation geeignet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem das Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, ein spritzgegossenes Werkstück (C, K, T) ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, in dem das spritzgegossene Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, eine Mischung aus UHMWPE und HDPE umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, in dem das spritzgegossene Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, eine Mischung aus UHMWPE und HDPE mit einem Gewichtsverhältnis von etwa 30:70 UHMWPE zu HDPE umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Formens des Werkstücks (C, K, T) zu Formen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hüftpfannen, Knien, Knöcheln, Schultern, Schienbein- und Hüftgelenken, Finger- und Daumengliedern, Wirbeln, Ellenbogen, Fuß-, Zehen- und Handgelenk-Gliedern.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Zusammensetzung des Polyethylen-Werkstücks (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen ultrahoher Dichte, vernetztem Polyethylen und nicht-vernetztem Polyethylen.
  17. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das in dem Verfahren verwendete Polyethylen UHMWPE ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, in dem das in dem Verfahren verwendete UHMWPE ein Molekulargewicht zwischen 1.000.000 g/Mol bis 10.000.000 g/Mol (1.000.000 u bis 10.000.000 u) aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, in dem das in dem Verfahren verwendete UHMWPE ein Molekulargewicht zwischen 2.000.000 g/Mol bis 6.000.000 g/Mol (2.000.000 u bis 6.000.000 u) aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Bestrahlungsschritt so gesteuert wird, dass eine Dosis der Bestrahlung (R) zwischen 50 bis 250 kGray (5 bis 25 MRad) zugeführt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Bestrahlungsschritt so gesteuert wird, dass eine Dosis der Bestrahlung (R) zwischen 100 bis 200 kGray (10 bis 20 MRad) zugeführt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Schritte eine Vernetzung eines ausgewählten Musters auf der tragenden Oberfläche bewirken.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, in dem das ausgewählte Muster ein Gittermuster aus vernetzten und nicht-vernetzten Zonen umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Schritte die Vernetzung eines ausgewählten Prozentsatzes der Oberfläche der tragenden Oberfläche bewirken.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, in dem die tragende Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit einem ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 1 bis 90% versehen wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 24, in dem die tragende Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit einem ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 1 bis 50% versehen wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 24, in dem die tragende Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit einem ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 2,5 bis 50% versehen wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 24, in dem die tragende Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit einem ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 2,5 bis 40% versehen wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 24, in dem die tragende Oberfläche des Werkstücks (C, K, T) mit einem ausgewählten Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 5 bis 30% versehen wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die tragende Oberfläche durch eine Mehrzahl von vernetzten Flächen gebildet wird, die an eine Mehrzahl von nicht-vernetzten Flächen angrenzen.
  31. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1–10 und 15–30, in dem Schritt a) weiter das Einschließen des Werkstücks (C, K, T) in eine Verpackung umfasst, um eine Umgebung mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt bereitzustellen, wobei das Werkstück (C, K, T) in einer Form vorliegt, die für eine Implantation geeignet ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, in dem das Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, ein spritzgegossenes Werkstück (C, K, T) ist.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, in dem das spritzgegossene Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, eine Mischung aus UHMWPE und HDPE umfasst.
  34. Verfahren nach Anspruch 32, in dem das spritzgegossene Werkstück (C, K, T), das in dem Verfahren verwendet wird, eine Mischung aus UHMWPE und HDPE mit einem Verhältnis von 30:70 UHMWPE zu HDPE umfasst.
  35. Medizinische Prothesevorrichtung, umfassend ein selektiv vernetztes Polyethylen-Polymer mit einer tragenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Oberfläche abwechselnde vernetzte und nicht-vernetzte Zonen aufweist.
  36. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 35, in der das Polyethylen ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen ultrahoher Dichte, vernetztes Polyethylen und nicht-vernetztes Polyethylen.
  37. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 35, in der das Polyethylen UHMWPE ist.
  38. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 35, in der die abwechselnden vernetzten und nicht-vernetzten Zonen ein ausgewähltes Muster auf der tragenden Oberfläche umfassen.
  39. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 35, in der die abwechselnden vernetzten und nicht-vernetzten Zonen einen ausgewählten Prozentsatz an Oberfläche auf der tragenden Oberfläche umfassen.
  40. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 39, in der der ausgewählte Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 1 bis 90% liegt.
  41. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 39, in der der ausgewählte Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 2,5 bis 50% liegt.
  42. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 39, in der der ausgewählte Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 5 bis 30% liegt.
  43. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 39, in der der ausgewählte Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 1 bis 50% liegt.
  44. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 39, in der der ausgewählte Prozentsatz an Vernetzung in einem Bereich zwischen 2,5 bis 40% liegt.
  45. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 38, in der das ausgewählte Muster ein Gittermuster von vernetzten und nicht-vernetzten Zonen umfasst.
  46. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 35, in der die tragende Oberfläche durch eine Mehrzahl von bestrahlten Flächen gebildet wird, die an eine Mehrzahl von nicht-bestrahlten Flächen angrenzen.
  47. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 37, die eine orthopädische medizinische Prothesevorrichtung ist und in der das UHMWPE ein Molekulargewicht zwischen 1.000.000 g/Mol bis 10.000.000 g/Mol (1.000.000 u bis 10.000.000 u) aufweist.
  48. Medizinische Prothesevorrichtung nach Anspruch 37, die eine orthopädische medizinische Prothesevorrichtung ist und in der das UHMWPE ein Molekulargewicht zwischen 2.000.000 g/Mol bis 6.000.000 g/Mol (2.000.000 u bis 6.000.000 u) aufweist.
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