人工置换髋关节材料的研究从早期的探索阶段发展至今已持续了将近200年，人工置换髋关节最早提出于19世纪中叶，早期人们使用橡木片、象牙、橡胶、玻璃、金银等贵重金属材料作为人工髋关节的材料，并且不断改进人工髋关节植入人体的方法技术，但均因出现的各种问题而失败较多。随着科技的进步，高速钢、含钒钢等金属材料逐渐被用作人工髋关节材料，但这些金属材料植入人体后经过体液长期腐蚀磨损，会逐渐释放出金属离子引起感染、过敏等不良反应，从而引发关节失效。艾邦建有医用陶瓷产业微信群，欢迎产业链上下游企业加入，长按识别下方二维码即可加入。
20世纪 20年代，不锈钢材料广泛应用在人工髋关节置换手术中，在1938年，人们开始将钴铬钼材料应用在人工髋关节上，并取得了较好疗效，由此人工髋关节在材料研究方面进入了一个里程碑式的重要阶段。1970 年代至今，高分子聚合物材料、记忆金属和陶瓷等材料也开始应用于骨科相关的植入耗材领域。人工髋关节产品一般包含髋臼杯、球头、内衬和股骨柄。目前人工髋关节的常用材料主要有：金属类、高分子类和陶瓷类等。
金属材料具有较高的硬度和韧性，在载荷下有抵抗永久变形的能力，在人工髋关节的应用中常用作需要承受较大载荷的股骨头。人工髋关节常用金属材料主要有钴铬合金、钛合金、不锈钢等。
不锈钢材料的减磨耐磨性，抗压性和加工性能都比较优异，但长期置于人体中容易出现因体液腐蚀和摩擦等原因引起的关节疼痛等问题，其主要被用作股骨头和股骨柄。
钴铬钼合金是一种硬质合金，其显著特点是基本可以抵抗各种类型的腐蚀，耐性和抗高温氧化性较高，并且强度高具有良好的力学性能。其缺点是韧性较差不适合机械加工，常采用精密铸造的方式进行加工，而且钴、铬等金属离子对人体有毒性，容易引起人体组织坏死，导致关节疼痛、松动等问题。
钛合金的最大特点是具有优异的生物相容性，其弹性模量与人体骨骼接近，并且具有较好的耐腐蚀性和延展性，更适用于较大的人体关节，在人工关节材料中应用广泛，通常被用来制作股骨柄和髋臼杯，但其耐磨性相对较差，并且有些患者对钛合金有过敏反应。
金属材料整体上弹性模量比人体骨骼高，容易出现应力遮挡效应引发关节的松动，且因金属材料的生物惰性原因，植入人体后会因人体排异而出现不良生物反应，另外人体活动时髋关节接触界面产生的摩擦力，会使得金属材料产生有毒的金属离子，增大人工髋关节的磨损率，从而降低了金属材料在人工髋关节方面的使用效果。
人工髋关节高分子材料有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚醚醚酮(PEEK)。
UHMWPE 是人工髋关节中最常用的高分子材料，具有无毒耐腐蚀、耐低温、在人体内不易降解等特点，在人工髋关节中主要用作髋臼杯材料。由于UHMWPE 材料较软，当其作为髋臼杯与较硬质材料的股骨头组成关节配副时，在关节活动过程更容易出现磨损，产生磨损颗粒诱发不良生化反应，引起骨溶解和无菌松动，进而导致人工髋关节的失效。
聚醚醚酮(PEEK)是一种特种高分子材料，其耐高温性，耐腐蚀性和自润滑性非常优异，同时具有较高的耐水解性和耐磨损性，综合性能良好。最初被用于军工领域，后逐渐扩展至电子和医疗器械等领域。近年来随着加工技术以及PEEK材料性能改良技术的发展，开始应用在医用植入物等医疗领域。
相比于金属材料，PEEK材料质量更加轻盈，耐腐蚀性更好，没有向人体释放重金属离子等缺点，在高温下仍然具有良好的耐磨性和较低的摩擦系数，这将使得人工髋关节的置换效果更佳，为研发高寿命的人工髋关节提供了新希望。其不足之处在于其原料成本过高，导致其产品价格相对高于其他材料。
为解决金属材料和高分子材料因长期摩擦磨损产生的损颗粒导致人工髋关节出现松动的问题，人们将目光投向了陶瓷材料。人工髋关节用陶瓷材料有氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝、氮化硅。
陶瓷材料强度和硬度较高，损率较低，具有良好的耐磨性、耐压性、耐腐蚀性，其亲水性使得由陶瓷材料构成的人工髋关节有良好的润滑性能，稳定的化学性保证其不易引发细胞反应，陶瓷材料还具有优异的抗疲劳性。陶瓷材料应用在人工髋关节方面具有众多的优点，但其属于硬脆性材料，其抗拉强度和断裂韧性低于金属材料，在实际使用中很容易发生破裂损坏。因此需要一些方法改变其性能，以提高陶瓷材料的抗拉强度和断裂韧性，增强其服役年限。
来源：人工髋关节材料的接触力学分析与摩擦性能评价,任明基.
原文始发于微信公众号（陶瓷科技视野）：人工髋关节材料：金属、高分子、陶瓷
