哈工大 人工髖關節(jié)材料

1、人工髖關節(jié)的材料研究HarbinHarbinInstituteInstituteofofTechnologyTechnology人工髖關節(jié)材料的研究院系：英才學院班級：1姓名：學號：時間：2012.12.05哈爾濱工業(yè)大學人工髖關節(jié)的材料研究蝕以及疲勞腐蝕等問題。目前不銹鋼材料主要應用于髖關節(jié)置換的低端產品中，常用的型號有316、316L、317、317L、變形高氮不銹鋼等。(2)鈷鉻合金：鈷鉻合金髖關節(jié)生物相容性優(yōu)良，抗腐蝕能力強，斷

2、層表面能低，耐磨損性能好。鈷鉻合金的缺點是韌性差而不適合機械加工，并且鈷、鉻金屬離子具有毒性。(3)鈦合金：純金屬鈦生物的相容性好，但是強度不足，需要對其進行合金化處理。臨床應用較多的合金是Ti6Al4V，其密度低、強度高、延展性好，耐腐蝕性能優(yōu)良且彈性模量與人體骨骼相近，但是其在潤滑條件下表面形成的TiO2硬度低，容易損壞剝離造成摩擦表面凹凸不平，降低其抗磨損性能，并且增加了對偶面的磨損，需要對其進行表面改性處理。有人對Ti6Al4V

3、進行氮離子和氧離子兩步離子注入表面改性結果發(fā)現離子注入后Ti6Al4V的潤濕性能和硬度都有明顯的改善，摩擦系數顯著降低。金屬的彈性模量(100～200GPa)與人體骨骼(1～30GPa)相差甚遠，導致了應力遮擋效應，從而引起假體的疏松和不穩(wěn)定；并且由于金屬是生物惰性材料，植入人體后始終作為宿主的異體存在，容易變形和松動；另外金屬在人體內的富氧環(huán)境中能在其表面形成2～5nm厚的氧化層，其在摩擦作用下容易脫落，在脫落部位金屬假體釋放金屬離子

4、和顆粒，一方面增大了磨損率，另一方面釋放的金屬離子具有潛在的毒性。這些缺點嚴重影響了金屬型人工髖關節(jié)的長期服役效果。2.22.2高分子材料高分子材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)：機械性能優(yōu)良，抗磨損能力強，并且其分子主鏈上有部分短支鏈，結晶度低，耐低溫脆性和耐環(huán)境應力開裂性能良好，可以在低溫環(huán)境下長期使用，目前已成為人工關節(jié)髖臼的首選材料。盡管UHMWPE性能優(yōu)良并已在臨床上取得了廣泛應用，但其仍然是各種組合式髖關節(jié)假體的最薄弱環(huán)節(jié)

5、，一方面它與相鄰的股骨頭發(fā)生相互作用時最容易受到磨損，其磨損顆?？梢哉T導假體周圍巨噬細胞釋放溶骨因子，引起骨溶解和無菌性松動，從而導致植入體的失效；另一方面UHMWPE的硬度偏低，抗蠕變性能差，長期使用會使人工關節(jié)產生精度偏差，影響人工關節(jié)的裝配性。為改善UHMWPE的性能，研究人員開發(fā)了多種表面改性方法。離子注入改性可以誘發(fā)UHMWPE表面交聯，促使其發(fā)生劇烈的結構變化，從而提高聚合物的表面硬度和彈性模量改善抗磨損性能和生物力學性能。

6、離子束注入改性后，UHMWPE的表面硬度可以提高30倍，耐磨損性能也明顯改善，從而有效地延長了人工關節(jié)的壽命。葛世榮等對UHMWPE進行氮離子注入改性，研究了注入前后表面特性的變化，并評價了它與氧化鋯組成的摩擦副的摩擦磨損行為，結果發(fā)現改性處理可以改善其表面物理化學特性，提高表面的顯微硬度和潤濕性能，降低摩擦系數，磨損率最大可以降低50%。由于UHMWPE本身是線性結構的高聚物，研究人員對其進行了輻射交聯改性的研究，在真空室溫條件下對3