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. 人體關(guān)節(jié)材料 . 目錄 人體關(guān)節(jié)材料 1 前言 1 1陶瓷關(guān)節(jié)材料 1 1.1陶瓷材料的性能 1 1.2陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn) 2 1.3 陶瓷材料的改性 2 2金屬及合金關(guān)節(jié)材料 3 2.1不銹鋼（316L型）人工關(guān)節(jié) 3 2.2鈷基合金人工關(guān)節(jié) 3 2.3 Ti-Ti合金人工關(guān)節(jié) 4 3有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料 4 3.1硅橡膠 4 3.2聚乙烯(PE) 4 3.3超高分子量聚乙烯 5 參考文獻(xiàn) 5 . 人體關(guān)節(jié)材料 摘要：人工關(guān)節(jié)是人們?yōu)橥炀纫咽スδ艿年P(guān)節(jié)而設(shè)計(jì)的一種人工器官，它在人工器官中屬于療效最好的一種。 其中人工關(guān)節(jié)的材料主要包括陶瓷關(guān)節(jié)材料，金屬及合金關(guān)節(jié)材料和有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料。 關(guān)鍵字：關(guān)節(jié)材料，陶瓷，金屬及合金，有機(jī)高分子。 前言 隨著人的年齡變大，許多的器官也在慢慢的老化。都感嘆道：人老腿先老。人工關(guān)節(jié)治療關(guān)節(jié)畸形和各種破壞性骨關(guān)節(jié)等疾病都有顯著的效果，許多人工關(guān)節(jié)手術(shù)后的病人都有一種返老還童的感覺。目前全世界每年大約80萬人做了人工關(guān)節(jié)手術(shù)，而且隨年逐增，這也刺激了骨和關(guān)節(jié)外科的研究發(fā)展。1998年4月，瑞典隆德大學(xué)骨科主任、歐洲骨科研究會主席Lars Lidgren教授首先發(fā)起并倡議將2000年～2010年確定為國際“骨與關(guān)節(jié)十年”(Bone and JointDecades)。我國對這一倡議也給予了高度重視，并由中華醫(yī)學(xué)會骨科學(xué)分會代表中國于2002年lO月加入了“骨與關(guān)節(jié)十年”這一國際性活動．同時(shí)正式簽署了宣言。在此基礎(chǔ)上還成立了中歐骨科學(xué)術(shù)交流學(xué)會(SEOAEC)，進(jìn)一步加強(qiáng)了我國骨與關(guān)節(jié)外科工作者與國際同行的學(xué)術(shù)交流。本文主要介紹人工關(guān)節(jié)的材料[1]。 1陶瓷關(guān)節(jié)材料 人工關(guān)節(jié)常用的陶瓷材料均為生物惰性陶瓷主要為氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷。陶瓷人工關(guān)節(jié)經(jīng)歷了四代工藝技術(shù)的改進(jìn)，現(xiàn)已日趨完善。20世紀(jì)70年代生產(chǎn)的第一代氧化鋁陶瓷純度較差，晶體顆粒直徑大，密度低，導(dǎo)致陶瓷材料的脆性大，破碎的發(fā)生率較高。 第二代氧化鋁陶瓷降低了晶體顆粒的直徑改善了，顆粒的排列了，增加了材料的密度，使陶瓷的性能得到了很大的改善。90年代后生產(chǎn)的第三代氧化鋁陶瓷，晶體顆粒直徑更小，陶瓷的硬度，機(jī)械強(qiáng)度都較前兩代產(chǎn)品顯著提高。第四代人工陶瓷關(guān)節(jié)已于2003年開始應(yīng)用于臨床。 1.1陶瓷材料的性能 強(qiáng)離子鍵和共價(jià)鍵賦予陶瓷材料較高的耐磨、耐壓強(qiáng)度和硬度及良好的化學(xué) . 惰性。而且，陶瓷材料的親水能力保證了其參與構(gòu)成的關(guān)節(jié)有較大的潤滑性。此外，陶瓷材料不會析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性，這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點(diǎn)。此外，陶瓷材料不會析出金屬離子，在體內(nèi)可保持生物惰性，這都是陶瓷較為突出的優(yōu)點(diǎn)。而隨著工藝的改進(jìn)，陶瓷關(guān)節(jié)假體的物化性能將得到進(jìn)一步提升[2]。 1.2陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn) (1) 耐磨損( 抗壓強(qiáng)度：2000~4000Mpa)，能較好地抵抗研磨性磨損和第三體磨損。 (2) 硬度高，無蠕變現(xiàn)象(1000~2000 維氏硬度單位)。 (3) 微晶結(jié)構(gòu)表面可進(jìn)行高剖光加工( 表面粗糙度可達(dá)Ra 6.3~1.6μm)。 (4) 親水性(hydrophilic) 好，潤滑性能出色( 圖1)，可期待理想的液膜潤滑模式，降低粘附磨損。 (5) 極好的耐腐蝕性，絕緣性，無離子釋放。 (6) 生物學(xué)惰性，不易引起細(xì)胞反應(yīng)，誘導(dǎo)骨融解。 (7) 表面不易附著細(xì)菌。 (8) 理想的抗疲勞性，表面退化緩慢[3]。 1.3 陶瓷材料的改性 陶瓷的斷裂韌度和抗疲勞性等物理特性取決于它的顯微結(jié)構(gòu)：顆粒大小、密度和均勻性。所以對陶瓷材料的改性主要從降低其原料的晶粒大小、提高密度等方面著手?，F(xiàn)代生產(chǎn)中利用無塵化處理、熱均衡加壓、激光蝕刻等新技術(shù)可以使氧化鋁的晶粒尺寸減小到21xm以下。由氧化鋁、氧化鋯、微量的氧化鉻和氧化鍶組成的陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)可以降低到1-2tzm，使得材料既保持了硬度又降低了脆性。近年來，國內(nèi)外在A120，陶瓷增韌方面作了大量的下作，諸如改變材料的顯微結(jié)構(gòu)；利用Zm：相變增韌或微裂紋增韌，以及在瓷體中人為造成裂紋擴(kuò)散的障礙等已經(jīng)取得了顯著的效果。另外，現(xiàn)代陶瓷人工髖關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)時(shí)，在髖臼上有一個(gè)半球形金屬殼，外表面有多孔的涂層，內(nèi)面呈morse斜坡，可以嵌入陶瓷內(nèi)襯，這樣就成功地解決了同定和耐磨的難題[4]。 2金屬及合金關(guān)節(jié)材料 金屬及合金人工關(guān)節(jié)材料主要分為三類：不銹鋼（316L型）人工關(guān)節(jié)，鈷基合金人工關(guān)節(jié)和Ti-Ti合金人工關(guān)節(jié)。三種關(guān)節(jié)材料有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)及植入人體后的反應(yīng)。 2.1不銹鋼（316L型）人工關(guān)節(jié) 不銹鋼是最早的人體金屬植入材料。較有代表性的金屬人工關(guān)節(jié)—316L不銹鋼是制作醫(yī)用人工關(guān)節(jié)比較常用的廉價(jià)金屬材料，主要用于制作關(guān)節(jié)柄和關(guān)節(jié)頭。其具有優(yōu)良的加工性能及適當(dāng)?shù)目箟簭?qiáng)度，其表面形成鈍態(tài)的氧化鉻氧化膜，降低了均勻腐蝕的速度[5]。但臨床表明316L不銹鋼植入人體后．在生理環(huán)境中。有時(shí)會產(chǎn)生縫隙腐蝕或摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂等問題。并且會因摩擦磨損等原因釋放出NP、CP和C一，從而引起假體松動，最終導(dǎo)致植入體失效。因此，對316L不銹鋼而言，提高耐腐蝕性是關(guān)鍵[6]。 2.2鈷基合金人工關(guān)節(jié) 鈷基合金通常指Co—Cr合金，在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應(yīng)用，首先生物相容性比3136L不銹鋼優(yōu)良，抗蝕能力比較好，且原子按面心立方結(jié)構(gòu)排列，斷層表面能低，耐磨性好，但其不適于機(jī)械加工。美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會推薦了4種可在外科植入中使用的鈷基合金，它們是：鍛造Co-Cr-Mo合金(F76)，鍛造Co-Cr-W-M合金(F90)，鍛造Co-Nj-Cr-Mo合金(r562)，鍛造Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe合金(F563)。其中鍛造Co-Cr-Mo合金和鍛造Co-Ni-Cr-Mo合金已廣泛用于植入體的制造131[7]。ISO允許用于制作人工關(guān)節(jié)部件的鈷基合金已達(dá)到6種，這充分說明鈷基合金在人工關(guān)節(jié)制作方面有著廣泛的應(yīng)用。臨床實(shí)踐證實(shí)鈷基合金具有很高的強(qiáng)度和優(yōu)異的抗腐蝕性。無明顯毒副作用[4]。 2.3 Ti-Ti合金人工關(guān)節(jié) Ti-Ti合金因其生物相容性好以及良好的綜合機(jī)械性能，在人體植入材料當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代美國和英國首先將純鈦用于生物體。我國首先由北京有色金屬研究總院與天津市骨科醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的鈦人工股骨和髖關(guān)節(jié)1973年用于臨床[8]。后來發(fā)現(xiàn)Ti一6Al-4V合金的性能優(yōu)于純鈦[9]。因此，Ti一6Al-4V合金作為人體植入材料得到了廣泛應(yīng)用。Ti_6Al-4V合金的生物相容性比不銹鋼和Co-Cr-Mo合金都要強(qiáng)，耐蝕性好，其彈性模量與骨骼接近，且密度小(4．5ig／cm3)，可用于人工關(guān)節(jié)及骨科內(nèi)固定器的制造[10]。由于釩能引起慢性炎癥鋁離子與無機(jī)磷結(jié)合，使體內(nèi)缺磷，將誘發(fā)老年癡呆癥等。且其彈性模量為骨彈性模量的4一l0倍，種植體與骨彈性模量之間的不匹配．使得載荷不能由種植體很好地傳遞到相鄰骨組織。出現(xiàn)“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收．最終引起種植體松動或斷裂。因此，開發(fā)研究生物相容性更好、彈性模量更低的新型醫(yī)用B鈦合金，成為生物醫(yī)學(xué)金屬材料研究的重點(diǎn)。 3有機(jī)高分子關(guān)節(jié)材料 用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料主要有硅橡膠、聚乙烯及超高分予量聚乙烯等。 3.1硅橡膠 近十幾年來，國外采用硅橡膠人工指關(guān)節(jié)進(jìn)行了小關(guān)節(jié)置換術(shù)，已有大量臨床報(bào)道。國內(nèi)在天津、北京、西安等地都先后用于臨床。四川省醫(yī)用高分子材料協(xié)作組予1974年就開始研制硅橡膠人工指關(guān)節(jié)：1975年7月用于臨床，但經(jīng)長期隨訪，發(fā)現(xiàn)療效并不理想[11]。分析其原因，主要與硅橡膠材料的質(zhì)量問題有關(guān)，其工藝流程與純度沒有得到嚴(yán)格控制，硅橡膠指關(guān)節(jié)的表面光潔度和硬度等指標(biāo)也達(dá)不到醫(yī)用要求。對于硅橡膠是否為一種非常理想的生物材料，雖然國外有較多成功的報(bào)告，但遠(yuǎn)期療效分析已存在大量由硅橡膠引起異物反應(yīng)的報(bào)導(dǎo)[12]。 3.2聚乙烯(PE) 聚乙烯(PE)是最早被用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料，以后又采用性能更好的超高分子聚乙烯(UHMWPE)[13]。它已成功用于人工腕關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與髖臼等，較好地解決了人工關(guān)節(jié)的摩擦磨損問題。超高分子量聚乙烯的使用曾是現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)成熟的標(biāo)志。其主要用于關(guān)節(jié)凹等摩擦面，如人工髖臼等。聚乙烯用于解決人工關(guān)節(jié)的摩擦問題，收到了較好的效果[14]。 3.3超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯是各種組合式全髖假體中的最脆弱的環(huán)節(jié)，它與相鄰的金屬表面或陶瓷表面發(fā)生正常或非正常的活動時(shí)，其較柔軟性決定了該假體成份也最容易被磨損。 .