Characterizing the free volume of ultrahigh molecular weight polyethylene to predict diffusion coefficients in orthopedic liners

聚乙烯 体积热力学 材料科学 氧化剂 复合材料 扩散 超高分子量聚乙烯 化学 热力学 有机化学 物理
作者
Kyle B. Ludwig,Vaishnavi Chandrasekar,David M. Saylor,Douglas W. Van Citters,Steven D. Reinitz,Christopher Forrey,Martin K. McDermott,Samanthi Wickramasekara,Dustin W. Janes
出处
期刊:Journal of Biomedical Materials Research Part B [Wiley]
卷期号:106 (6): 2393-2402 被引量:2
标识
DOI:10.1002/jbm.b.34045
摘要

Abstract Liners used in orthopedic devices are often made from ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE). A general predictive capability for transport coefficients of small molecules in UHMWPE does not exist, making it difficult to assess properties associated with leaching or uptake of small molecules. To address this gap, we describe here how a form of the Vrentas–Duda free volume model can be used to predict upper‐bound diffusion coefficients ( D ) of arbitrary molecules within UHMWPE on the basis of their size and shape. Within this framework, the free‐volume microstructure of UHMWPE is defined by analysis of a curated set of model diffusants. We determined an upper limit on for vitamin E, a common antioxidant added to UHMWPE, to be 7.1 × 10 −12 cm 2 s −1 . This means that a liner that contains 0.1 wt % or less Vitamin E and has <120 cm 2 patient contacting surface area would elute <100 µg/day of vitamin E. Additionally, the model predicts that squalene and cholesterol—two pro‐oxidizing biological compounds—do not penetrate over 820 µm into UHMWPE liners over the course of 5 years because their is ≤7.1 × 10 −12 cm 2 s −1 . © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 106B: 2393–2402, 2018.
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