人工關(guān)節(jié)置換作為一種治療終末期骨關(guān)節(jié)炎等關(guān)節(jié)疾病的手術(shù)方式，已廣泛應(yīng)用于臨床，且具有良好的治療效果，為許多嚴(yán)重骨關(guān)節(jié)病患者解除了病痛，提高了生活質(zhì)量。人工關(guān)節(jié)置換的歷史又是從何而起呢？
1890年，Gluck首先應(yīng)用象牙制造下頜關(guān)節(jié);1938年，Wiles用不銹鋼作髖臼與股骨頭;而后Moor開(kāi)展了人工股骨節(jié)置換術(shù); 1940年 Wder兄弟用合成樹(shù)脂制造人工關(guān)節(jié);1951年開(kāi)始全髖人工關(guān)節(jié)置換術(shù)。1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髖關(guān)節(jié)，由此合成樹(shù)脂開(kāi)始用于人工關(guān)節(jié)的結(jié)合。1958年Charnhey根據(jù)重體環(huán)境滑潤(rùn)TDRTEFDHFYUHH理論，用聚四氟乙烯髖臼和金屬股骨頭制成低摩擦的人工關(guān)節(jié)，接著在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髖臼和直徑為22毫米的股骨頭組成全髖人工關(guān)節(jié)，并用骨水泥(甲基丙烯酸脂)固定，獲得較滿(mǎn)意的效果。自此，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的新階段。
那么，用于替代我們?nèi)梭w關(guān)節(jié)的人工關(guān)節(jié)材料都是用什么做的呢？今天小編帶大家來(lái)了解一下。
人工關(guān)節(jié)作為一種人體內(nèi)植入物，須具備以下特性：
①與人體組織相容，對(duì)人體無(wú)毒副作用，無(wú)排異反應(yīng)；
②能較好地與生物界面結(jié)合穩(wěn)定；
③性能穩(wěn)定，可耐受人體微環(huán)境，不易被降解、電解和腐蝕；
④易于合成制造，可批量生產(chǎn)。
⑤生物力學(xué)性能合適，能較好地適應(yīng)植入部位人體組織；
目前尚無(wú)絕對(duì)滿(mǎn)足以上全部條件的假體材料問(wèn)世，鑒于此種情況，組合不同優(yōu)勢(shì)的材料可彌補(bǔ)單一材料的不足。成為當(dāng)下醫(yī)生首要選擇，但在選擇材料過(guò)程中，我們需要確保盡可能地滿(mǎn)足生理環(huán)境和關(guān)節(jié)生物力學(xué)的要求。目前常用的人工關(guān)節(jié)假體材料主要有3種：金屬材料、高分子材料和陶瓷材料。
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一、高分子材料
高分子材料主要包括：聚甲基丙烯酸甲酯、超高分子量聚乙烯和高交聯(lián)聚乙烯。
其中聚甲基丙烯酸甲酯，又稱(chēng)“骨水泥”，主要用于骨水泥假體的固定，超高分子量聚乙烯及高交聯(lián)聚乙烯主要用于髖臼的內(nèi)襯材料以及脛骨假體墊片。關(guān)節(jié)假體作為一種昂貴的植入物要植入人體，還要使用很多年不損壞，許多人都在考慮聚乙烯這么“低端”的材料會(huì)不會(huì)難以勝任呢？其實(shí)，材料學(xué)家和骨科醫(yī)師也曾經(jīng)嘗試過(guò)更高級(jí)的材料，如聚四氟乙烯，但結(jié)果都不理想，經(jīng)過(guò)不斷的篩選，聚乙烯以?xún)?yōu)良的耐磨損和抗沖擊性成為了目前最優(yōu)選擇。
但關(guān)節(jié)假體所用的聚乙烯，和用來(lái)做臉盆、塑料袋的聚乙烯還是不同的。人工關(guān)節(jié)是替代病變或損傷關(guān)節(jié)的植入性假體，除了應(yīng)滿(mǎn)足生物相容性要求外，必須具有足夠的耐磨損性能、力學(xué)性能和抗氧化性能等。60年代，科學(xué)家通過(guò)增加普通聚乙烯分子大小，制造出“高分子聚乙烯”，后來(lái)又制造出“超高分子量聚乙烯”，獲得了更好的耐磨損性能，更低的摩擦系數(shù)。90年代以來(lái)，又通過(guò)化學(xué)反應(yīng)甚至高能射線，輔以精細(xì)的熱處理，形成高交聯(lián)聚乙烯，進(jìn)一步增加了耐磨性能。
超高分子量聚乙烯因其自身優(yōu)良的理化性能而被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)置換用材料。
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二、金屬材料
金屬材料因其具備良好的力學(xué)性能、易加工性和穩(wěn)定性在人工關(guān)節(jié)中有廣泛的應(yīng)用。金屬材料主要包括不銹鋼、鈷基合金、鈦合金、鉭金屬這幾類(lèi)。
1.鈦合金
鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬。第一個(gè)使用的鈦合金是1954年美國(guó)研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金。在20世紀(jì)50年代時(shí)是作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)機(jī)體材料研制出來(lái)的，在工業(yè)中主要應(yīng)用的特點(diǎn)為高強(qiáng)度、高塑性、高韌性及高金屬損傷容限。目前國(guó)內(nèi)在人工關(guān)節(jié)材質(zhì)Ti-6Al-4V合金上的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的是YY 0117.2-2005。
2.不銹鋼
不銹鋼是最早應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)假體的材料，具有一定的抗腐蝕能力和機(jī)械強(qiáng)度，但內(nèi)含Ni等元素有致畸作用，不適合長(zhǎng)期留于體內(nèi)1，此外，不銹鋼材料本身無(wú)生物活性，難以和骨組織形成穩(wěn)定牢固的結(jié)合。因此，在人工關(guān)節(jié)材料中，不銹鋼逐漸被鈷基合金和鈦合金取代。近年來(lái)，臨床多采用鈷基合金和鈦合金作為人工關(guān)節(jié)假體材料。
與不銹鋼相比，鈷基合金的鈍化膜更穩(wěn)定，耐腐蝕性更好，其缺點(diǎn)主要包括金屬摩擦腐蝕造成Co、Ni等離子的溶出，刺激細(xì)胞因子0PG等物質(zhì)分泌2，在體內(nèi)引起骨細(xì)胞和組織的壞死，從而導(dǎo)致患者關(guān)節(jié)松動(dòng)、關(guān)節(jié)假體下沉等并發(fā)癥產(chǎn)生。
3.鈷鉻合金
鈷鉻合金是一種能耐各種類(lèi)型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質(zhì)合金。即通常所說(shuō)的鈷鉻鎢（鉬）合金或司太立合金（司太立合金由美國(guó)人Elwood Hayness 于1907年發(fā)明）。鈷基合金是以鈷作為主要成分，含有相當(dāng)數(shù)量的鎳、鉻、鎢和少量的鉬、鈮、鉭、鈦、鑭等合金元素。
鈷和鉻是鈷基合金的二種基本元素，而添加鉬能得到較細(xì)的晶粒并在鑄造或鍛造后有較高的強(qiáng)度。鈷鉻鉬合金，基本上分為二類(lèi)：一類(lèi)是CoCrMo合金，通常是鑄造產(chǎn)品，另一類(lèi)是CoNiCrMo合金，通常是(熱)鍛造精密加工的。人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品常用的為鑄造CoCrMo合金，同時(shí)也可以制造齒科相關(guān)植入物。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于鑄造CoCrMo合金執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為YY 0117.3-2005。
4.多孔鉭金屬材料
多孔鉭金屬材料是最近出現(xiàn)的一種新型骨科內(nèi)植入物材料。因其組織相容性好、孔隙率高、表面摩擦系數(shù)大、彈性模量低，已經(jīng)被公認(rèn)為是一種理想的骨科植入材料。多孔坦金屬的孔隙結(jié)構(gòu)與松質(zhì)骨骨小梁結(jié)構(gòu)類(lèi)似，具有三維連通的孔隙結(jié)構(gòu)，非常適宜骨組織的長(zhǎng)入；其彈性模量與植入部位骨組織彈性模量相匹配，避免了應(yīng)力遮擋效應(yīng)。多孔鉭金屬在體液環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出極佳的生物相容性。多孔鉭金屬的諸多優(yōu)勢(shì)，使其越來(lái)越受到關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于臨床。
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公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，醫(yī)械市場(chǎng)2018-2024年年均復(fù)合增長(zhǎng)率為5.6%（數(shù)據(jù)來(lái)源：火石創(chuàng)造）。從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，骨科醫(yī)療器械銷(xiāo)售額為365億美元，占全球醫(yī)療器械份額的9%。金屬骨科植入物的材料選擇、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生物學(xué)評(píng)價(jià)如何進(jìn)行成為當(dāng)下亟需解決的難題？
三、陶瓷材料
在醫(yī)療領(lǐng)域，陶瓷作為植入物材料除用于人工關(guān)節(jié)外，還可用于口腔修復(fù)。其中，陶瓷種植牙是全球陶瓷材料企業(yè)關(guān)注的潛力市場(chǎng)。
陶瓷材料是繼金屬和聚乙烯之后出現(xiàn)的一種新型假體材料。因其生物相容性好，磨損率低而被廣泛使用。主要用于髖臼內(nèi)襯、股骨頭部分或股骨髁假體。生活中我們用的碗盤(pán)也是用陶瓷制成，但關(guān)節(jié)假體選用的陶瓷材料卻與碗盤(pán)所用的陶瓷截然不同。
生活中的陶瓷，是由黏土經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成；而關(guān)節(jié)假體的陶瓷，制造原料是高純度的氧化鋁、氧化鋯，燒結(jié)的溫度也更高，控制得更嚴(yán)格。人工髖關(guān)節(jié)則是根據(jù)球頭和髖臼杯的材質(zhì)不同分為陶瓷-陶瓷、陶瓷-聚乙烯、合金-聚乙烯三類(lèi)。而陶瓷-陶瓷、陶瓷-聚乙烯、合金-聚乙烯三類(lèi)產(chǎn)品的主要區(qū)別體現(xiàn)在力學(xué)性能和生物學(xué)性能上。特殊的材料和特定的工藝制造出的陶瓷，既耐磨又堅(jiān)硬。文獻(xiàn)報(bào)道，陶瓷制造的髖關(guān)節(jié)假體，每年只磨損5微米，經(jīng)久耐用，是年輕患者的最佳選擇。
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