2018年《骨》外科主治医师专业知识—人工关节的材料学
二、金属及合金关节材料
金属及合金人工关节材料主要分为三类：不锈钢(316L型)人工关节，钴基合金人工关节和Ti-Ti合金人工关节。三种关节材料有着各自的优缺点及植入人体后的反应。
(一)不锈钢(316L型)人工关节
不锈钢是最早的人体金属植入材料。较有代表性的金属人工关节—316L不锈钢是制作医用人工关节比较常用的廉价金属材料，主要用于制作关节柄和关节头。其具有优良的加工性能及适当的抗压强度，其表面形成钝态的氧化铬氧化膜，降低了均匀腐蚀的速度。但临床表明316L不锈钢植入人体后.在生理环境中。有时会产生缝隙腐蚀或摩擦腐蚀以及疲劳腐蚀破裂等问题。并且会因摩擦磨损等原因释放出NP、CP和C一，从而引起假体松动，最终导致植入体失效。因此，对316L不锈钢而言，提高耐腐蚀性是关键。
(二)钴基合金人工关节
钴基合金通常指Co—Cr合金，在人工关节制作方面有着广泛的应用，首先生物相容性比3136L不锈钢优良，抗蚀能力比较好，且原子按面心立方结构排列，断层表面能低，耐磨性好，但其不适于机械加工。美国材料实验协会推荐了4种可在外科植入中使用的钴基合金，它们是：锻造Co-Cr-Mo合金(F76)，锻造Co-Cr-W-M合金(F90)，锻造Co-Nj-Cr-Mo合金(r562)，锻造Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe合金(F563)。其中锻造Co-Cr-Mo合金和锻造Co-Ni-Cr-Mo合金已广泛用于植入体的制造131[7]。ISO允许用于制作人工关节部件的钴基合金已达到6种，这充分说明钴基合金在人工关节制作方面有着广泛的应用。临床实践证实钴基合金具有很高的强度和优异的抗腐蚀性。无明显毒副作用。
(三)Ti-Ti合金人工关节
Ti-Ti合金因其生物相容性好以及良好的综合机械性能，在人体植入材料当中得到了广泛的应用。20世纪50年代美国和英国首先将纯钛用于生物体。我国首先由北京有色金属研究总院与天津市骨科医疗器械厂生产的钛人工股骨和髋关节1973年用于临床。后来发现Ti一6Al-4V合金的性能优于纯钛。因此，Ti一6Al-4V合金作为人体植入材料得到了广泛应用。
Ti_6Al-4V合金的生物相容性比不锈钢和Co-Cr-Mo合金都要强，耐蚀性好，其弹性模量与骨骼接近，且密度小(4.5ig/cm3)，可用于人工关节及骨科内固定器的制造[10]。由于钒能引起慢性炎症铝离子与无机磷结合，使体内缺磷，将诱发老年痴呆症等。且其弹性模量为骨弹性模量的4一l0倍，种植体与骨弹性模量之间的不匹配.使得载荷不能由种植体很好地传递到相邻骨组织。出现“应力屏蔽”现象，从而导致种植体周围出现骨吸收.最终引起种植体松动或断裂。因此，开发研究生物相容性更好、弹性模量更低的新型医用B钛合金，成为生物医学金属材料研究的重点。
三、有机高分子关节材料
用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯及超高分予量聚乙烯等。
(一)硅橡胶
近十几年来，国外采用硅橡胶人工指关节进行了小关节置换术，已有大量临床报道。国内在天津、北京、西安等地都先后用于临床。四川省医用高分子材料协作组予1974年就开始研制硅橡胶人工指关节：1975年7月用于临床，但经长期随访，发现疗效并不理想[11]。分析其原因，主要与硅橡胶材料的质量问题有关，其工艺流程与纯度没有得到严格控制，硅橡胶指关节的表面光洁度和硬度等指标也达不到医用要求。对于硅橡胶是否为一种非常理想的生物材料，虽然国外有较多成功的报告，但远期疗效分析已存在大量由硅橡胶引起异物反应的报导[12]。
(二)聚乙烯(PE)
聚乙烯(PE)是最早被用于人工关节的高分子材料，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关节、膝关节与髋臼等，较好地解决了人工关节的摩擦磨损问题。超高分子量聚乙烯的使用曾是现代人工关节成熟的标志。其主要用于关节凹等摩擦面，如人工髋臼等。聚乙烯用于解决人工关节的摩擦问题，收到了较好的效果[14]。
(三)超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯是各种组合式全髋假体中的最脆弱的环节，它与相邻的金属表面或陶瓷表面发生正常或非正常的活动时，其较柔软性决定了该假体成份也最容易被磨损。
