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生物体中异种材料之间的磨损，例如髋关节中金属与聚乙烯产生的磨屑，与实验室测试的聚乙烯和金属磨损碎屑有很大的差别。在假体腔组织对金属磨损碎屑的反应，和全身反应一样，在不同类别的金属中也有差异。在全关节置换中用作承重表面的最常见的金属包括钴铬(CoCr)合金、不锈钢和钛/钛合金。今天，使用不锈钢作为承重表面并不常见。
报道的聚乙烯磨损率(即承重与金属接触导致的聚乙烯变薄)与不同金属的磨损率有很大的差异（Bankston等，1993；Pappas等，1995）。不同金属产生的磨屑体积也有较大差异。金属球头中CoCr合金产生的磨屑最少，其次是钛和不锈钢，其中，未涂覆的钛或钛合金很少用作轴承表面。钛植入物的承重表面通常涂有氮化钛(TiN)或其他硬化涂层，以改善和提高耐磨性能。下面将讨论这些表面涂层。
虽然CoCr合金球头在对蘑中产生的磨屑较少，但磨粒对巨噬细胞具有细胞毒性，研究表明：CoCr磨损颗粒的毒性大于来自钛合金的类似尺寸颗粒的毒性。然而，钛颗粒产生的炎症反应比CoCr颗粒更严重（Haynes等，1993）。在无菌性松动的发展过程中，骨吸收介质(如PGE2、IL-1)的炎症和刺激程度可能比毒性更显著。
固定方法影响磨粒的大小和数量，以及金属关节面的粗糙程度。一般来说，当钛承重表面与骨水泥假体一起使用时，颗粒的大小和数量最大。
表面涂层
相对柔软的纯钛或钛合金(Ti6Al4V)在没有保护层的情况下不适合承重表面。表面划痕、微动和第三方磨损在无保护的钛或钛合金中很常见。此外，游离铝离子具有潜在的神经毒性。钛或Ti6Al4V合金表面最常用的涂层是薄层(8µm)TiN陶瓷涂层。在一项研究中，当UHMWPE与镀锡的头部耦合时，聚乙烯磨损率是报告的使用UHMWPE的CoCr头部磨损率的2%（Pappas等，1995）。然而，几个案例系列报告说，锡可能不足以防止微动，且锡涂层破损很常见(Raimondi和Pietrabissa， 2000)。
另一种涂层材料是类金刚石(DLC)或非晶态碳膜。类金刚石有多种形式(无定形碳、非氢无定形碳、四面体无定形碳等)，每种都有不同的摩擦学特性(Roy和Lee，2007)。DLC涂层具有低摩擦、低硬度、低耐磨性、低耐腐蚀性、化学惰性和极其光滑的优点。与TiN涂层一样，DLC在改善磨损特性方面的有效性的结果一直是不一致的。不锈钢、CoCr和TiAlV股骨头已经在使用和不使用DLC的磨损模拟器中进行了评估。DLC显著改善了不锈钢球头的磨损特性，但并没有显著改善CoCr的磨损特性（Dowling等，1997；Sheeja等，2005），因此生产加工并不是简单的工艺叠加就会有良好的效果的。Ti6Al4V球头的磨损性能有所改善，但与其他表面处理(如热氧化)相比并没有明显改善（TO；Dong等1999）。
VetMaster公司有专业表面涂层领域的材料学专家，进行了植入物DLC处理方面的研究。经我们试验，使用传统的以钛或钛合金基部的DLC涂层，涂层与钛基结合力只能达到24N就会脱落。而经过我们工艺特殊处理后，DLC涂层与钛基结合力能超过40N，达到或超过刀具的水平。
图 瑞士K公司早期使用的氮化钛涂层球头（右），和中期使用的DLC涂层球头（左），现在这两个产品已经淘汰，更换成陶瓷球头。
陶瓷
陶瓷比金属硬，会产生非反应性的磨损碎屑。然而，陶瓷很容易开裂，陶瓷对陶瓷(COC)植入物可能会有可听见的吱吱声的不良副作用。陶瓷在骨科手术中的使用经历了三代的演变。在第一代陶瓷中，大晶体颗粒对植入密度有不利影响，使陶瓷更容易开裂。第二代陶瓷添加了氧化物，减小了颗粒尺寸，改善了陶瓷的机械性能(Bae和Baik，1993)。目前或第三代陶瓷是利用热等静压(HIP)加工的，这进一步减小了晶粒尺寸并提高了陶瓷密度(Rahaman等，2007)。根据检索数据，目前的处理方法已将陶瓷断裂的发生率大幅降低至0.004%(Gerd，2000)。
陶瓷髋臼假体通常是金属背衬的。由于陶瓷相对于骨的弹性模量较高，纯陶瓷或骨水泥陶瓷髋臼假体因模量不匹配而松动的发生率很高(比松质骨大300倍)。由于高弹性模量，陶瓷不可能在不破裂的情况下变形(Hannouche等，2005)。
氧化铝是关节置换手术中最常用的陶瓷。它是一种单相陶瓷，非常稳定，高度氧化，并具有优异的导热性能。氧化铝在化学和生物上也是惰性的。此外，氧化铝是亲水性的，因此允许假肢关节的液膜润滑并减少磨屑的产生。液膜润滑是流体动力润滑的一种形式，两个铰接面几乎完全被一层液体覆盖，而液体是承载的。液膜润滑大大降低了磨损。氧化铝的体积磨损率比超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的体积磨损率低几千倍。产生的磨屑是生物惰性的，产生最小的炎症反应(Christel，1992)。
锆是一种金属；然而，锆的表面氧化之后转变成氧化锆陶瓷表面。被氧化的锆的磨损特性表现始终比钴铬钼合金要好。跟单相的氧化铝不一样，氧化锆是三相的并有可能在活体中使用。钇被用来稳定在四方相的氧化锆。在活体中构想的改变可能会引起构造的断裂。氧化锆也有低导热率，允许活动热传导（Hannouche等，2005）。
图 瑞士k公司和目前大部分进口或者国产品牌人医髋关节所使用的粉陶球头是目前市场上成熟的产品，摩擦性能比金属球头好很多，也不容易碎裂
VetMaster公司摒弃了简单在CoCr合金球头表面镀膜DLC薄膜的落后技术，为广大医师提供了一种更安全可靠的选择，目前VetMaster公司采用了最新一代陶瓷球头，这一代陶瓷具有更好的冲击韧性，更好的生物相容性等优点，如下图所。
图 VetMaster所使用的新一代陶瓷球头，有更优异的性能
