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　　金屬材料以其良好的力學性能、易加工性和可靠性在人工關節材料中被廣泛應用，常用來制作結構復雜和必須承受很大力量的人工關節。早期的人工關節是不銹鋼制造的，但因其耐腐蝕性和強度不及鈦合金與鈷合金，已逐漸被后兩者所替代。

　　（1）不銹鋼：不銹鋼是最早用作人工關節的金屬材料。不銹鋼材料雖然具有一定的抗腐蝕能力和機械強度，曾被用來制造人工關節假體，但是醫用不銹鋼的腐蝕造成其長期植入的穩定性差；其密度和彈性模量與骨組織相距較大，導致力學相容性差；材料本身無生物活性，難于和骨組織形成牢固結合，因此，在人工關節的制造材料中，不銹鋼已經逐漸被更好的材料如鈷基合金和鈦合金所替代，歐美等國現已限制不銹鋼的臨床使用。

　　（2）鈷基合金：目前有鑄造鈷鉻鉬合金和鍛造鈷鉻鉬合金兩種，后者力學性能更優越。鈷基合金在人體內多保持鈍化狀態，很少見腐蝕現象，與不銹鋼相比，其鈍化膜更穩定，抗腐蝕性更好。但是，用鑄造的鈷基合金制造的人工髖關節由于金屬摩擦腐蝕造成Co、Ni等離子的溶出，在體內引起細胞和組織的壞死，從而導致患者疼痛、關節松動、下沉等并發癥。鈷基合金是目前常用來制造人工關節關節面的金屬材料，為了達到表面的高光潔度以減少磨損，多采用數控車床車削后研磨，再進行超高表面拋光技術處理。為了使假體材料能和骨組織緊密結合，可以將用于假體柄的材料表面進行處理形成微孔涂層。涂層的材料可以是金屬粉，也可以是生物活性陶瓷，如羥基磷灰石，以增加假體和骨組織的相容性及結合能力。

　　（3）鈦及鈦合金：純鈦在生理環境中具有良好的抗腐蝕性能，但其強度較低，耐磨損性能較差，限制了它在承載較大部位的應用，需進行合金化處理。臨床應用較多的合金是Ti-6Al-4V，其強度高、延展性好，耐腐蝕性能優良、彈性模量與人體骨骼接近，尤其適用于負荷強度很大的下肢關節。但其耐磨性相對較差，Ti-6Al-4v合金中的有毒元素釩進入人體，可以引起毒性反應造成損害，且極少數病人對鈦合金有過敏現象，目前已經研制出一些表面處理技術用來改善鈦合金的硬度和抗磨損特性。為了提高鈦合金生物活性，通常在鈦合金表面制備一層具有生物活性的陶瓷涂層，人工關節材料植入體內后，可與宿主骨形成牢固的骨性鍵合，且無毒性、無導致突變的危險、耐腐蝕，具有優異的生物相容性和生物活性。

　　（4）OXINIUM黑晶材料：97.5%鋯+2.5%鈮--鋯鈮合金，生物相容性最好的金屬元素之一。材料特性：抗刮擦力和Cocr相比，Oxinium可以減少對骨水泥的磨損達4900倍。試驗后Oxinium的光滑度是其160倍。抗聚乙烯磨損和Cocr相比，Oxinium降低聚乙烯磨損達85%。具有超強硬度；良好的生物相容性；高配伍性；表面完整性等優點。

　　（二）超高分子量聚乙烯（UHMWPE）

　　UHMWPE是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料。UHMWPE平均分子量約35萬～800萬，因分子量高而具有其它塑料無可比擬的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能，耐磨性高于一般的金屬和塑料制品。關節替代材料是UHMWPE在醫學中應用最多的領域。UHMWPE廣泛應用在完全關節替代物上已經有40多年的歷史。在人工關節中主要作為襯墊材料，承載上下骨的摩擦與運動。大量的臨床實踐證明，以UHMWPE為人工關節關節面材料的假體臨床效果比較滿意。

　　雖然UHMWPE具有很多優點，但是隨著應用時間的延長，人們逐漸發現，在松動的人工關節假體與骨界面間存在一層界膜，病理檢查發現有彌漫的巨噬細胞、異物巨細胞浸潤及大量UHMWPE磨屑，磨屑的形成及隨后介導炎癥反應引起的骨溶解是人工關節無菌性松動的主要原因。

　　（三）陶瓷材料

　　最初的陶瓷人工關節并不完善，陶瓷人工關節到目前為止已經經歷了四代工藝改進，逐漸趨于完善。陶瓷材料不僅具有良好的生物相容性，而且具有超高硬度、耐磨性和耐蝕性，能夠解決金屬和高分子假體材料的磨損顆粒引起的骨溶解問題；另外陶瓷還可以克服假體在體內釋放金屬離子的問題。陶瓷材料主要有氧化鋁陶瓷(Al2O3)、氧化鋯陶瓷(ZrO2)和羥基磷灰石(HA)生物活性陶瓷等，目前最常用的是Al2O3和ZrO2陶瓷。陶瓷材料具有很好的親水能力，作為人工關節可以保證關節的潤滑性。而且，陶瓷材料可以在體內保持生物惰性，不會有金屬離子析出，陶瓷材料的強度尺寸及密度也有了進一步的改善，但是，在關節置換術中可能發生陶瓷假體破損的并發癥，導致手術失敗。此外，假體部件不匹配，假體混配，外力創傷以及高強度載荷運動也可能導致陶瓷假體破裂，導致手術失敗。

　　目前臨床廣泛應用的三種材料人工關節均有其各自的優缺點，而導致關節置換手術失敗的主要原因為人工關節材料間出現的磨損，在磨損的過程中能夠產生磨屑，置換部位因為磨屑的存在誘發無菌性炎癥，進而影響了人工關節的使用效果。因此，研究新的材料以及人工關節的設計、造型、結構、固定方法等，以構建良好生物相容、耐蝕性、耐磨性、耐疲勞性、強韌性好及彈性模量更接近人體皮質骨的人工關節材料，對于提高工關節的質量和延長人工關節的使用時間具有十分深遠的意義，也是全體醫生和工程材料技術人員共同努力的目標。