超高分子量聚乙烯的包装与灭菌

3 超高分子量聚乙烯的包装与灭菌

3.1 引言

全关节置换用的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）部件在通过机械加工或直接压缩成型制造完成后，需进行包装和灭菌，然后对外分发至临床机构。与通常由专业供应商直接控制的聚合和树脂转化过程不同，包装和灭菌方法的选择属于植入物设计者的职责范围。尽管植入物设计者负责为特定类型的骨科部件选择包装和灭菌方法，但实际的包装和灭菌过程本身可能适合外包。例如，气体等离子灭菌器以独立设备形式 commercialy 分销，可直接整合到制造商的设施中（如：Sterrad系统：先进消毒产品公司，加利福尼亚州尔湾），而伽马射线和环氧乙烷（EtO）灭菌则需要专门的设施，通常由外部供应商完成（如：伊索麦迪克斯服务公司、Steris Corporation，俄亥俄州门托；斯特里杰尼克斯公司，伊利诺伊州迪尔菲尔德）。

在20世纪90年代，超高分子量聚乙烯的包装和灭菌是一个有争议的话题。早在1995年，通常采用25–40千戈瑞的伽马辐射剂量在空气中对超高分子量聚乙烯进行灭菌。到1998年，美国所有主要骨科制造商要么在低氧环境中使用伽马辐射对超高分子量聚乙烯进行灭菌，要么采用环氧乙烷或气体等离子体等非电离辐射方式进行灭菌。这一灭菌方式的转变是由于越来越多的证据表明，在空气中进行伽马灭菌后长期货架储存会促进氧化链断裂，导致超高分子量聚乙烯理想的物理、化学和机械性能下降。无论采用透气包装还是阻隔包装，经伽马灭菌的超高分子量聚乙烯均含有大自由基，这些大自由基会与空气中的氧气或溶解在体液中的氧气发生反应。

植入物设计者目前在包装和灭菌方面有多种选择超高分子量聚乙烯植入物，总结见表3.1。植入物可采用或不采用电离辐射进行灭菌。当使用伽马射线等电离辐射进行灭菌时，超高分子量聚乙烯部件被封装在具有低氧环境的氧气阻隔层包装中。气体等离子体和环氧乙烷灭菌的植入物则包装在透气性包装中，例如 Tyvek®和基于PET的材料，以允许灭菌剂接触超高分子量聚乙烯表面。目前，气体灭菌已广泛用作高度交联且稳定的超高分子量聚乙烯材料的首选方法。

本章的目的是回顾超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的历史和现代包装与灭菌方法。显然，骨科领域目前采用的所有灭菌方法都实现了其预期目的，即消除可能导致败血症和过早翻修手术的微生物病原体。当前使用的多种灭菌方法反映了科学界尚未就目前 favored 的灭菌方法中哪一种能为最终使用者（即患者）提供最有利的长期UHMWPE生物材料达成共识。然而，设计人员在选择灭菌方法时，需同时兼顾最佳的器械性能和最低的成本。

文献中已有证据表明，某些第一代聚合物阻隔包装系统在防止超高分子量聚乙烯在储存期间氧化方面的效果可能不如最初预期的那样有效 [1,2]目前对伽马灭菌组件的另一个关注点是，在长期暴露于人体环境的情况下，它们可能会发生体内氧化[2]。这些最新发现的临床意义目前尚未被充分认识，科学界正在进行相关研究。在过去 5年中，含有抗氧化稳定剂的超高分子量聚乙烯生物材料的发展，重新引发了人们对在空气可透过包装中进行空气中伽马灭菌的兴趣。本章详细介绍了对现代骨科植入物包装的最新调查结果，而体内氧化的主题则在第27章中讨论。

3.2 空气中的伽马灭菌

从20世纪60年代开始，用于关节置换的超高分子量聚乙烯部件一直储存在透气包装中，并使用 25千戈瑞（2.5兆拉德）的标称剂量进行伽马射线灭菌[3]。图3.1中展示了透气包装的一个示例，包括一个盒子、两层嵌套的聚合物包装以及内部泡沫垫片（图中未显示超高分子量聚乙烯部件）。外盒通常还包含一份供外科医生参考的信息手册，以及用于标识植入物目录号和批次号的标签，以便粘贴到患者病历中（上图中未显示）。更多不同制造商的透气包装示例包含在 图3.2和图 3.3中。尽管骨科植入物的包装在过去40年中不断发展，但超高分子量聚乙烯部件的伽马射线灭菌至今仍是行业标准，这主要由经济因素以及文献中发表的大量数据所推动[4]。

历史上，超高分子量聚乙烯部件在灭菌过程中接受的剂量范围为25千戈瑞至40千戈瑞。查恩利在第4章中详细描述的全髋关节置换术的开创性发明，正是通过在空气中进行伽马灭菌的超高分子量聚乙烯实现的。

环氧乙烷灭菌曾被考虑过并

灭菌工艺	包装类型	伽马辐射 剂量（千戈瑞）	现代方法？
电子束	大低气氧	25–40	Noa
X射线	低氧 大气	25–40	Noa
伽马空气	透气	25–40	抗氧化UHMWPE 仅b
γ射线恶性	氧气阻隔层 减量包装 氧气气氪	25–40	Yes
气体等离子体	透气	None	Yes
环氧乙烷	透气	None	Yes

请注意，伽马空气灭菌仅作为历史参考列出，仅供比较之用。a创新性电离灭菌方法正在被引入，尤其是在欧洲。b在透气包装中进行伽马辐照可能是含有抗氧化剂（如维生素E）的现代超高分子量聚乙烯生物材料的一种可行选择。

被查恩利拒绝，这一点记录在他1971年10月19日的个人通信中。在这封信件中，查恩利列出了伽马灭菌优于环氧乙烷灭菌的七个原因。他总结道：“鉴于我个人已在近6000例患者髋关节中使用这种塑料超过10年，若将其改为可能使组织暴露于新的未知毒性来源的方法，我会非常不安”（查恩利，个人通信，1971年）。该信件的全文转载于第4章中。鉴于查恩利拒绝使用环氧乙烷灭菌髋关节植入物，伽马辐射成为超高分子量聚乙烯首选的灭菌方法也就不足为奇了。

在骨科领域，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）灭菌的影响直到20世纪90年代中期才得到广泛研究。当时临床研究指出，由植入物部件体内损伤产生的磨损颗粒是导致骨溶解的多种潜在机制之一。这一认识推动了多项关于用于植入应用的超高分子量聚乙烯生产科学的发现，包括伽马灭菌在保护植入物性能方面所起的双重作用：一方面通过有益的交联改善性能，另一方面却会引发聚合物中一系列复杂的化学反应，最终导致氧化及材料性能退化。

改变包装技术的动机是为了防止超高分子量聚乙烯中大自由基的氧化，这些大自由基可能在辐照后持续存在多年[5]，并且可以通过氧化后发生的复杂循环化学反应得到补充（参见第26章）。在货架储存期间，采用伽马射线灭菌的超高分子量聚乙烯部件在透气包装会发生氧化降解，导致密度和结晶度增加[6–10]，更重要的是，机械性能下降，并伴随逐渐加剧的脆化[11–13]。在空气中长期货架老化期间，机械性能的损失通常在关节面以下1–2 mm的次表面层表现最为严重。这种次表面脆化区域的发展与疲劳损伤有关，包括三间室和单髁膝关节置换的分层现象[13–15]。关键概念是，在20世纪90年代已确定，导致降解的原因是植入物在空气中过长时间的货架老化，而非其经过伽马射线灭菌这一事实。

正如十多年前预期的那样[4]，在空气中对超高分子量聚乙烯部件进行伽马灭菌的问题已持续进入二十一世纪，仍然是临床上的相关议题。如果我们假设在美国每年进行的全髋和全膝手术数量在1980年代以10%的速率增长，在1990年代以5%的速率增长，并在1995[16]时达到每年约 50万例，则仅在1980年至1989年期间（当时空气中γ辐照是标准灭菌方法），美国可能已有至少两百万名患者植入了在空气中灭菌的超高分子量聚乙烯部件。根据相同的计算，在1990年至1995年间，估计另有两百万名美国患者植入了在空气中灭菌的超高分子量聚乙烯部件。此外，麦戈文等人[15]报告称，在空气中进行伽马灭菌并储存在空气中的部件，有可能直到2000年1月仍存在于临床库存中而未被发现。因此，基于已在1980年代、1990年代甚至可能早期2000年代植入空气中灭菌的超高分子量聚乙烯部件的患者群体，临床上对接受伽马‐空气中辐照的超高分子量聚乙烯植入患者长期临床结果的关注持续存在。

如今在二十一世纪，随着含有抗氧化剂的超高分子量聚乙烯生物材料的发展，设备制造商正在重新考虑曾导致放弃空气中γ辐照的问题。如果超高分子量聚乙烯中抗氧化剂的剂量足够高，则很可能在空气存在下保护材料免受伽马辐射的影响[17]。制造商有责任确定，在存在抗氧化剂的情况下，伽马灭菌超高分子量聚乙烯部件是否能够充分抵御保质期以及体内氧化所带来的预期氧化挑战。

3.3 伽马灭菌在氧气阻隔包装中的应用

目前骨科行业正在使用多种类型的氧气阻隔包装（表3.2）。有关骨科部件当前包装系统的详细信息属于专有信息，但基本上包括在密封前多次抽空包装内的空气，并多次用惰性气体（例如氮气、二氧化碳，甚至氩气或氦气等稀有气体）进行反冲。包装中的“阻隔层”由金属箔复合材料、二氧化硅涂层PET复合材料或乙烯‐乙烯醇共聚物基聚合物复合材料构成，以阻止气体扩散（参见 图3.4 中由大卫·施罗德提供、Biomet, Inc公司于2003年1月提供的阻隔包装胫骨部件照片）。以下是来自不同制造商的三种现代超高分子量聚乙烯部件阻隔包装的进一步示例。

的制造商如图图3.5–3.7所示。此外，可将使用纯净改性层状粘土等材料的氧清除剂作为包装组件纳入其中。

如表3.2所示，许多主要骨科制造商仍在分销采用阻隔材料包装并在惰性环境中用伽马射线灭菌的超高分子量聚乙烯部件。阻隔包装的目的是尽量减少长期货架储存过程中的氧化降解。由于在低氧环境中经伽马射线灭菌的超高分子量聚乙烯仍含有大自由基，因此在货架储存期间成功抑制氧化的能力取决于其限制氧气接触聚合物的程度。目前，理想的残余氧含量水平被视为专有信息，尚未作为共识标准公布。正如最近的一项调查所强调[1]，并在本章后续部分中讨论的那样，如果聚合物阻隔材料未包含不可渗透的玻璃或金属层，则可能无法有效防止储存老化过程中的超高分子量聚乙烯氧化。

公司	包装环境	灭菌/包装商品名
Biomet	充氩气，近真空密封	ArCom
德培公司	近真空	GVF®(伽马射线真空箔)
史赛克豪维达骨科公司	氮气	N2‐VacTM；DurationTM
美国辛迪斯	真空、氮气、真空	N/A
捷迈公司	氮气

20世纪90年代，由于担心在保质期内发生氧化降解，一些骨科制造商开始采用气体等离子体或环氧乙烷等化学灭菌方法对传统的超高分子量聚乙烯进行灭菌。这些灭菌方法确实几乎不产生或完全不产生可在货架储存期间发生氧化的自由基。然而，以这种方式灭菌的超高分子量聚乙烯无法获得辐射诱导交联所带来的摩擦学益处。麦凯洛普等人[18]报道了现代髋关节模拟器中经空气中γ辐照、惰性气体中γ辐照、环氧乙烷或气体等离子体灭菌后的超高分子量聚乙烯的磨损性能。在200万至500万次循环之间（每百万次循环 大约相当于平均患者体内使用一年的时间）in vivo，伽马灭菌超高分子量聚乙烯的磨损率明显低于通过以下方式灭菌的超高分子量聚乙烯

气体等离子体或环氧乙烷灭菌。例如，据报道，经环氧乙烷灭菌的超高分子量聚乙烯在350万至500万次循环期间的磨损率为40 ± 0.6 mm3/百万次循环；相比之下，在透气包装中进行伽马辐照的超高分子量聚乙烯的磨损率则为18.5 ± 0.9 mm3/百万次循环[18]。王等人也报告了类似的趋势，[19]，他们在髋关节模拟器中观察到，经过一次25千戈瑞剂量的伽马灭菌后，磨损率下降超过50%。当灭菌过程中包装内排除氧气时，与空气中的伽马灭菌相比，可在髋关节模拟器中实现进一步的交联以及磨损性能的进一步改善[18]。

惰性环境γ灭菌对磨损的影响已在临床研究中得到评估。伽马空气灭菌和惰性环境γ灭菌组件的临床磨损率相当。然而，气体等离子灭菌植入物的临床磨损率大约是伽马空气灭菌衬垫的两倍[20]。这是因为髋关节置换中的磨损过程主要受交联作用影响。即使在空气环境中进行伽马灭菌后，交联的有益效果仍超过氧化降解的有害影响，这有助于解释自20世纪60年代以来伽马空气灭菌组件数十年来的成功应用：

也许令人惊讶的是，用伽马辐射在空气中灭菌的常规聚乙烯衬垫的平均真实磨损率与在真空阻隔包装中用伽马辐射灭菌的衬垫相比，并无显著差异。

– 西彻茨等人 [21]

由于伽马灭菌（无论是在空气中还是在低氧环境中）产生的辐射交联程度相当，因此在髋关节置换术中，经伽马‐空气灭菌和伽马‐惰性环境灭菌的聚乙烯之间不应有显著差异。为了在全髋关节置换术中实现具有临床意义的磨损减少，所需的辐射处理水平必须高于标准灭菌剂量（25–40千戈瑞）所能达到的水平。

3.4 环氧乙烷气体灭菌

环氧乙烷气体自20世纪70年代以来已成为一种商业化的灭菌方法。环氧乙烷具有高毒性和高反应性，能与细菌、孢子和病毒形成不可逆的化学键，从而破坏

关键的稳态功能。这些干扰，加上对复制的阻碍，导致微生物死亡。超高分子量聚乙烯是环氧乙烷灭菌的良好候选材料，因为它不含会与有毒气体反应或结合的微量成分。环氧乙烷灭菌的效果取决于对工艺条件的严格控制，包括湿度、持续时间和温度[22,23]。当正确操作时，已证明环氧乙烷能有效灭菌组装的模块化部件的界面，例如金属背衬胫骨和髌骨装置[23]。然而，由于其毒性和有害残留物，环氧乙烷灭菌必须按照国内外标准进行[23,24]。实验室研究表明，使用环氧乙烷气体灭菌不会显著影响超高分子量聚乙烯的物理、化学和机械性能[25–28]。

超高分子量聚乙烯的灭菌是通过环氧乙烷在数小时内向近表面区域扩散来实现的[22,23]。灭菌后，允许残留环氧乙烷从超高分子量聚乙烯中扩散出来，以降低发生不良局部反应的可能性[22]。在Ries等人的一项研究中[23]，详细描述了超高分子量聚乙烯的验证环氧乙烷灭菌周期，采用以下程序：在65%相对湿度下预处理18小时，随后在0.04 MPa条件下暴露于100%环氧乙烷气体中5小时，再进行18小时强制通风除气。因此，整个环氧乙烷灭菌周期总共耗时41小时。预处理、暴露和除气均在升高温度46°C下进行。

根据数量有限的回收研究，环氧乙烷灭菌的超高分子量聚乙烯部件的临床经验至今较为理想[13,29]。White 等人的一项研究中，研究人员比较了26个设计相同的回收超高分子量聚乙烯胫骨部件的表面损伤、物理和机械性能，这些部件分别采用环氧乙烷或伽马辐射（可能在空气中）进行灭菌。采用环氧乙烷灭菌的部件表现出明显更少的表面损伤和分层现象，而经伽马辐射灭菌的部件则延展性（断裂伸长率）降低、韧性下降且结晶度增加。在一项针对150个回收髋臼部件的研究中，Sutula 等人观察到，在17个环氧乙烷灭菌的部件中未发现任何边缘开裂或分层的迹象[13]。相比之下，在空气中经伽马辐射灭菌的髋臼部件中，有19%出现了边缘开裂。

尽管所引用的回收研究因其回顾性性质而必然存在局限性，但环氧乙烷灭菌似乎不会引发某些类型的表面损伤，而这些损伤可能会因超高分子量聚乙烯在空气中经伽马辐射灭菌后发生的氧化脆化而加剧。

如今，环氧乙烷继续被主要骨科制造商用作超高分子量聚乙烯的现代灭菌方法。史密斯与尼夫公司（田纳西州孟菲斯）和赖特医疗科技公司（田纳西州阿灵顿）自20世纪90年代以来一直采用环氧乙烷[4]。然而最近，捷迈公司（印第安纳州华沙）选择使用环氧乙烷对其高交联超高分子量聚乙烯（Durasul）髋关节和膝关节产品进行灭菌[30]。

3.5 气体等离子体灭菌

气体等离子体是一种已商业化的灭菌方法，20世纪90年代被应用于超高分子量聚乙烯[18,26,31]。气体等离子体是一种表面灭菌方法，依靠电离气体使病原体失活[22]。已有研究评估了两种 commercially available 的气体等离子体灭菌方法与超高分子量聚乙烯的相容性，包括 Plazlyte （Abtox公司，伊利诺伊州芒德莱恩），该方法采用低温过氧乙酸气体等离子体；以及 Sterrad（先进消毒产品公司，加利福尼亚州尔湾），该方法使用低温过氧化氢气体等离子体。气体等离子体灭菌在低于50°C的温度下完成[32,33]。实验室研究表明，低温气体等离子体不会显著影响

超高分子量聚乙烯的主体物理、化学或机械性能[18,26,31,34–36]。

气体等离子体是一种具有吸引力的灭菌方法，因为它不会留下有毒残留物，也不会产生对环境有害的副产物[32,33]。根据制造商提供的产品文献，Plazlyte系统的灭菌周期时间为3–4小时；Sterrad系统的灭菌周期更短，仅为75分钟[32,33]。由于气体等离子体灭菌后不需要长时间通风，因此相比环氧乙烷灭菌可能在时间和成本上带来显著节约[32]。气体等离子体作为用于关节置换的超高分子量聚乙烯部件的灭菌方法，已获得越来越广泛的认可。DePuy Orthopaedics, Inc.（印第安纳州华沙）自20世纪90年代以来一直使用气体等离子体（Plazlyte系统）对超高分子量聚乙烯部件进行常规灭菌[4]。捷迈公司（印第安纳州华沙）和史赛克公司（新泽西州马瓦）目前均采用气体等离子体对高交联超高分子量聚乙烯部件（如 Longevity、Prolong、X3）进行灭菌。

将用于超高分子量聚乙烯全关节置换部件的气体等离子体灭菌的成熟效果推广到膜、多孔支架、纤维、编织缝线时，存在困难。由于具有更大的表面积，高度多孔、编织或编织的超高分子量聚乙烯复合材料在暴露于气体等离子体时，其表面特性可能发生改变[37,38]。这些效应在用于全关节置换的整体式超高分子量聚乙烯部件上通常无法检测到[31]。植入物设计者在考虑多孔聚乙烯支架或编织缝线时，有责任验证并确认气体等离子体作为其器械应用灭菌方法的适用性。

3.6 都灵调查：现代骨科包装

都灵大学（意大利）的研究人员对传统和高交联超高分子量聚乙烯部件的现代包装进行了调查[1]。该调查于2003年至2004年期间进行，不仅评估了包装情况，还分析了包装内部件中的化学反应。本文总结了该研究在包装方面的关键内容。

该调查由意大利北部一家主要骨科中心（CTO）巧妙地以供应商竞争的形式组织。19家骨科制造商向都灵大学的研究人员提交了共计100件经过灭菌但从未植入的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）髋关节、膝关节和肩关节部件用于分析。其中六家制造商来自意大利（Citieffe、Gruppo Bioimpianti、Hit Medica、Lima Lto、Permedica、SAMO），其余制造商位于欧洲（例如 Aesculap、Centerpulse、Endoplus、Euros、Link、Mathys、Tornier）或美国（Biomet、DePuy、Smith & Nephew、史赛克公司、Zimmer），代表了全球主要生产商。本研究包含了传统型和高交联型超高分子量聚乙烯（UHMWPE）植入物。

对外包装是否标有有效期以表明剩余保质期进行了评估，并将植入物分类为过期或未过期组件。令人意外的是，某些制造商会将包装已过期的组件提交至该调查，尤其是当该调查明确被设定为与一家大型区域性骨科医院的业务竞争时。或许这些制造商认为其过期的植入物是可消耗的，因此仅适用于科学研究。

植入物内包装材料被分为三大类，包括透气性包装（I类）；多层聚合物薄膜阻隔包装（II类）；以及采用金属箔和聚合物材料组合的阻隔包装（III类）。用于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）包装中的聚合物材料通过制造商声明以及傅里叶变换红外光谱法（FTIR）（System 2000，Perkin‐Elmer，谢尔顿，康涅狄格州，美国）进行了具体鉴定（例如：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚酰胺、聚乙烯醇（PVOH））。包装材料

被确定为七种类型之一，如表3.3所示。

灭菌组件中的氧化水平使用美国材料与试验协会（ASTM）氧化指数进行量化，发现辐射灭菌的聚乙烯衬垫之间存在显著差异，而气体灭菌衬垫则无此差异。无论是否为高交联材料，所有气体灭菌组件均未检测到可测的大自由基、过氧化氢含量或氧化现象。

令人惊讶的是，该调查记录了某些规模较小的欧洲骨科制造商仍在对当代γ射线灭菌部件使用透气型（1型）包装。早在2004年，提交给都灵调查并标为“可直接植入”的65个辐射灭菌内衬中，有16个是在空气中进行γ辐照的。对于辐射灭菌的垫片，最高的氧化水平与气体可渗透（I类）和聚合物阻隔包装（II类）相关（图 3.10，表3.4）。对于透气性包装（I类），过期包装与显著更高的氧化水平相关（图3.10）。在聚合物和箔片阻隔包装（III类，图3.10）中储存的聚乙烯，其氧化程度的变化相对较小。无论聚乙烯储存在已过期还是未过期的III类包装中，其氧化指数（OI）值都非常相似（图3.10）。

空气中γ辐照长期以来一直被视为美国骨科制造商的一种“历史”灭菌工艺，但都灵调查的结果量化了欧洲一家主要外科中心仍在广泛采用这种做法的情况。该调查是首个全面记录经伽马灭菌超高分子量聚乙烯部件在储存过程中氧化水平升高的研究

在现代[39]，多层聚合物薄膜阻隔包装（II类）中。在铝箔和聚合物基阻隔包装（III类）中储存的超高分子量聚乙烯中，几乎未发现氧化迹象。

制造商参与都灵调查是我们的骨科医院（意大利北部主要骨科中心（CTO））考虑其作为供应商的必要条件。因此，本研究仅限于对制造商竞争性提供的用于分析的植入物进行调查。未对制造商设定任何抽样标准。

Type	包装组件	包装分类
1	带Tyvek盖的双层PET泡罩	I类：透气的
2	两层PE/聚酰胺多层材料袋	II类：多层聚合物薄膜 阻隔材料
3	两个PE/PET/PE多层材料袋	II类：多层聚合物薄膜 阻隔材料
4	两个PE/PET/PVOH多层材料袋	II类：多层聚合物薄膜 阻隔材料
5	双PET泡罩加铝箔盖	III类：铝箔阻隔材料 和多层聚合物薄膜
6	PET泡罩加铝箔盖，内层PET泡罩/Tyvek盖	III类：铝箔阻隔材料 和多层聚合物薄膜
7	铝箔袋置于带Tyvek盖或PE/PET/PE的PET泡罩内 多层袋	III类：铝箔阻隔材料 和多层聚合物薄膜

改编自参考文献[1]。

改编自参考文献[1]。

因此，调查中评估的包装应被理解为示例性说明，而非意大利或任何其他欧洲国家具有统计代表性的样本。

3.7 骨科植入物用超高分子量聚乙烯部件的保质期

超高分子量聚乙烯部件的保质期最初基于包装保持无菌的能力，欧洲对医疗器械植入物普遍采用5年保质期的做法，以确保无菌性。1998年，医疗器械管理局（MDA）警告称，在空气中经伽马辐射灭菌并在空气中储存的植入物，在英格兰使用5年后或达到制造商规定的保质期后应停止流通[40]。迄今为止，美国食品药品监督管理局（FDA）或其他国家的国家监管机构从未发布过类似警告。欧洲标准化委员会（CEN）曾试图制定将超高分子量聚乙烯部件保质期限定为5年的标准，但最终未获成功。由于植入物是跨国分销的，因此在美国销售的部件包装上可能会规定5年保质期。然而，应当注意的是，即使在今天，美国仍无针对经伽马辐射、环氧乙烷或气体等离子体灭菌后的超高分子量聚乙烯部件的保质期标准。

要使UHMWPE发生氧化反应并引发化学反应的生成与传播，必须首先存在由辐射产生的烷基大自由基[1]。来自都灵包装调查的数据[1]表明，当UHMWPE植入物中含有无烷基大自由基的情况下，无论是采用气体等离子体还是环氧乙烷进行气体灭菌，通常都能防止在货架老化过程中产生可检测的氧化。在都灵调查期间，根据研究时间及包装上的有效期推断，某制造商提供的气体灭菌植入物的保质期超过5年。对于无可检测大自由基的气体灭菌超高分子量聚乙烯植入物，只要能确保包装的无菌性在超过5年的持续时间内有效，则其保质期超过5年似乎是合理的。

对于辐射灭菌的植入物而言，情况则有所不同，特别是当包装系统为新型且其长期完整性尚未由制造商验证时。已开发出加速老化方法，用于确定医疗器械包装的临时保质期[41]。然而，由于现行基于风险的方法，美国食品药品监督管理局（FDA）等监管机构目前要求骨科制造商完成确证性的实时货架老化数据，以验证加速老化测试，从而支持特定超高分子量聚乙烯产品的最长保质期。美国材料与试验协会（ASTM）在制定用于全关节置换中超高分子量聚乙烯部件保质期确立的协议方面未能达成共识，为此成立的专责小组也已解散。确定超高分子量聚乙烯器械的保质期仍由器械制造商负责。

3.8 当前趋势概述

在20世纪90年代，使用透气包装对超高分子量聚乙烯进行伽马灭菌是骨科领域的常规做法。如今，骨科公司采用多种多样的灭菌和包装方法用于超高分子量聚乙烯部件。对于伽马灭菌，屏障包装方法已被广泛采用，并且直到最近仍被认为能够充分解决储存老化过程中的氧化历史问题。某些用于骨科植入物的第一代聚合物屏障包装系统现已显示在5年保质期内对氧化具有渗透性。除了会议摘要外[42,43]，目前在同行评审文献中几乎缺乏国际数据，无法从减少货架储存期间超高分子量聚乙烯氧化的角度，评估骨科行业当前众多包装和保质期策略的有效性[44,45]。植入物制造商通常将其包装验证细节视为专有信息。

关于在低氧环境中进行伽马灭菌的有限公开数据显示，通过适当选择包装材料和条件，可将超高分子量聚乙烯部件的氧化限制在5–10年[1,42–45]。然而，正如都灵调查的结果所表明的那样[1]，不能保证制造商的新屏障包装系统在其预期保质期内实际完全隔绝氧气。因此，实时储存老化研究被认为是确认各制造商现代氧气阻隔包装系统有效性的必要手段。人们现在更加认识到，包含不可渗透屏障（如金属或玻璃箔）的包装似乎是有效减少储存老化过程中氧化所必需的。这一发现是否普遍适用于欧洲等地使用辐射灭菌的不同骨科制造商，以及辐照前顶空中的最大残余氧含量，目前仍知之甚少。

透气性包装继续被用于环氧乙烷和气体等离子体灭菌，这两种方法在世纪之交成为工业上可行的替代方法，用于灭菌超高分子量聚乙烯，尤其是在辐射交联和热稳定化之后。值得注意的是，无论是通过环氧乙烷还是气体等离子体进行气体灭菌，均不会在超高分子量聚乙烯中产生大自由基，因此可防止与空气中γ辐照或低氧环境中的伽马辐照相关的氧化级联反应的发生。迄今为止，灭菌和专有包装技术的 proliferation 使得该领域难以建立广泛的行业标准。诸如美国材料与试验协会等标准组织至今仍未能统一现代产品保质期评估方法。

超高分子量聚乙烯包装和灭菌技术与骨科器械的保质期相结合。