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「钽涂层专栏第一期」常见人工关节表面涂层介绍

发布时间:2022-06-01 11:04 浏览量:4423


生物固定型人工关节有别于传统的骨水泥式人工关节,是依靠骨与人工假体的紧压配合完成固定,通过假体表面结构和涂层选择以达到最佳的长期固定效果。


随着生物固定型人工关节在临床应用中比重越来越大,多种多样的表面材料和结构设计也相继问世。常见的涂层选择有类骨质材料和金属材料,下面为大家具体介绍每种材料的特征和优势。


一、类骨质材料


氧化铝(锆)陶瓷


氧化铝陶瓷具有良好的生物相容性、稳定的理化性质、良好的耐磨性和耐腐蚀性,其表面微孔还可以引导骨长入。


卢宏章等(1)于中华骨科杂志发表的研究显示,在动物实验中,氧化铝涂层与骨结合紧密且骨组织能长入涂层表面微孔,证实了其良好的骨引导性能。但也有学者认为作为惰性陶瓷,不能真正与骨形成化学结合且有一定局部骨钙化不良的潜在风险(2)。


氧化锆陶瓷类似氧化铝陶瓷,同时在强度和断裂韧性等方面表现优异,经常作为辅助材料加入其它类型的涂层中以提高强度。


羟基磷灰石(HA)


HA具有和人骨相同的化学和晶体结构,同样具有良好的生物相容性和骨引导性,在动物实验中也表现出良好的固定效果(3)。但其较弱的力学性能使得HA在远期效果明显变差,植入中期松动率达5%且大量回顾性分析表明假体周围骨结合并不连续(4)。


所以在实际使用上HA常以复合涂层的方式加入氧化锆和氧化钛以提升强度。


二、金属材料


钛金属


钛金属弹性模量较低、生物相容性好、临床应用也广泛且有大量成功病例。通过多孔处理后的钛涂层有着优秀的骨长入效果和结合强度。但钛也并非完美无缺,纯钛耐磨性较差,而常见的提升强度的多孔钛(Ti6A14V)合金又有金属离子析出的潜在风险,钒有细胞毒性,可能是多孔钛合金在细胞黏附实验上效果低于多孔钽的原因之一(5)。


钽金属


纯钽具有极其优秀的抗磨损且抗腐蚀性能。目前常见的大孔径多孔隙(410-720μm,75%-80%孔隙率)多孔钽机械强度较高,弹性模量仅为3GPa,介于皮质骨和松质骨之间,同时具有一定的弹性和延展性。可以说,多孔钽是目前用于关节表面最理想的材料,有着“金属骨小梁”之称(6)。


动物实验上同样效果显著,4周骨长入为40%-50%(7)。临床应用上也取得了显著的效果。


下图是发布在中国矫形外科杂志的钽涂层生物相容性研究(8)。

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总  结


常见的涂层选择有类骨质材料和金属材料两种,各有优势。


  • 对于类骨质材料涂层来说,复合涂层强度更高,长期效果更好;

  • 对于金属涂层来说,钽金属作为一种新型涂层材料,在效果和生物相容性上更具优势。

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