哈工大 人工髖關(guān)節(jié)材料

1、人工髖關(guān)節(jié)的材料研究HarbinHarbinInstituteInstituteofofTechnologyTechnology人工髖關(guān)節(jié)材料的研究院系：英才學(xué)院班級：1姓名：學(xué)號：時(shí)間：2012.12.05哈爾濱工業(yè)大學(xué)人工髖關(guān)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(yīng)用于髖關(guān)節(jié)置換的低端產(chǎn)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(guān)節(jié)生物相容性優(yōu)良，抗腐蝕能力強(qiáng)，斷

2、層表面能低，耐磨損性能好。鈷鉻合金的缺點(diǎn)是韌性差而不適合機(jī)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(qiáng)度不足，需要對其進(jìn)行合金化處理。臨床應(yīng)用較多的合金是Ti6Al4V，其密度低、強(qiáng)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(jìn)行表面改性處理。有人對Ti6Al4V

3、進(jìn)行氮離子和氧離子兩步離子注入表面改性結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(shù)顯著降低。金屬的彈性模量(100～200GPa)與人體骨骼(1～30GPa)相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致了應(yīng)力遮擋效應(yīng)，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(dòng)；另外金屬在人體內(nèi)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(diǎn)嚴(yán)重影響了金屬型人工髖關(guān)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(jī)械性能優(yōu)良，抗磨損能力強(qiáng)，并且其分子主鏈上有部分短支鏈，結(jié)晶度低，耐低溫脆性和耐環(huán)境應(yīng)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(guān)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(yīng)用，但其仍然是各種組合式髖關(guān)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(shí)最容易受到磨損，其磨損顆?？梢哉T導(dǎo)假體周圍巨噬細(xì)胞釋放溶骨因子，引起骨溶解和無菌性松動(dòng)，從而導(dǎo)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(huì)使人工關(guān)節(jié)產(chǎn)生精度偏差，影響人工關(guān)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(lián)，促使其發(fā)生劇烈的結(jié)構(gòu)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(xué)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(guān)節(jié)的壽命。葛世榮等對UHMWPE進(jìn)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(jià)了它與氧化鋯組成的摩擦副的摩擦磨損行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性處理可以改善其表面物理化學(xué)特性，提高表面的顯微硬度和潤濕性能，降低摩擦系數(shù)，磨損率最大可以降低50%。由于UHMWPE本身是線性結(jié)構(gòu)的高聚物，研究人員對其進(jìn)行了輻射交聯(lián)改性的研究，在真空室溫條件下對3