20多年前，施乐辉的材料科学家们不但这样想了，而且这样做了，最后还实验成功了。这就是本文要介绍的锆铌合金。

下面以问答的方式介绍这种独特的材料。

答：目前只有对应的美国标准 ASTM F2384-10(2016) Standard Specification for Wrought Zirconium 2.5Niobium Alloy for Surgical Implant Applications (UNS R60901)。

       中国国内正在起草（转化）自己的标准，还没有完成发布。

问：锆铌合金材料的主要成分有哪些？

答：锆占97.5%左右，铌占2.5%左右。更多细节见下表。

问：目前有哪些公司生产锆铌合金关节产品？

答：国外只有施乐辉在生产。可能由于专利保护的原因，没有见到其它公司生产这种产品。国内有两家公司在2023年刚刚注册成功了锆铌合金产品，它们是：

 1 国械注准20233131351 嘉思特医疗器材（天津）股份有限公司 氧化锆铌合金股骨头

 2 国械注准20233130813 苏州微创关节医疗科技有限公司 锆铌合金股骨头 

问：锆铌合金有哪些专利？

答：施乐辉美国公司申请了几个美国专利。不过它们中的主要专利已经在最近过了保护期。

与锆铌合金相关的中国专利有很多，其中与关节直接相关的专利，苏州微创有一件，天津嘉思特有8件。嘉思特按髋关节，膝关节和其它关节的各种部件分别申请了专利。

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问：施乐辉给锆铌合金注册的什么商标？

答：施乐辉给锆铌合金注册的商标是“Oxinium”，是由“Oxidized Zerconium”合成的词。由于其呈黑色，中国团队给起名为“黑晶”。

问：锆铌合金关节部件为什么呈黑色？

答：锆铌合金关节部件是在空气中在500°C的温度下，空气中的氧气扩散到合金表面并与锆发生化学反应生成氧化锆膜。氧化锆膜非常致密，阻止了空气中的氧分子的进一步向内部的扩散。这时锆就从合金内部攫取氧原子继续生成氧化锆。一方面，由于氧化反应是在 500°C左右进行，这个温度低于单斜晶体转变到四方晶体的相变温度 1170°C，其氧化膜全部是单斜晶体，呈透明状。另一方面，氧化反应从内部攫取了氧原子后，原来氧原子呆的地方形成了空隙，空隙的直径刚好与可见光线的波长相同。光线从透明的氧化膜射进去进入空隙产生干涉被吸收，无法反射出来，呈现出黑色。

问：锆铌合金股骨头的磨损性能与Fort陶瓷和Delta陶瓷股骨头的磨损性能有区别吗？

答：它们的磨损性能很接近，没有明显的区别。

问：锆铌合金关节与Fort陶瓷和Delta陶瓷关节相比，其主要优势是什么？

答：锆铌合金关节整个机体是金属的，不会碎裂。已经应用于膝关节股骨髁和髋关节股骨头。Fort陶瓷和Delta陶瓷关节有碎裂的风险，目前主要用于髋关节。

问：锆铌合金关节与钴基合金和不锈钢关节相比，其主要优势是什么？

答：1）锆铌合金陶瓷化的表面的磨损类似于纯陶瓷关节表面，磨损性能比钴基合金和不锈钢好。2）对镍，钴或铬等金属过敏的病人，锆铌合金关节是他们的福音。

       下表是钴铬镍在三种金属中的含量对比。

可以看到，钴铬钼合金这三种金属的含量是锆铌合金的140-35000倍以上。高氮不锈钢（ISO 5832-9）里的含量是锆铌合金的900-2200倍以上。

对于金属过敏体质的需要关节置换的病人来说，如果髋关节可以考虑陶瓷球头或者锆铌合金球头二选一，那么膝关节目前只有锆铌合金可供选择。

      下面是两个临床实例

例【1】国内
浙江医科大学第二附属医院•Gao et al., J Arthrop, 2011;26(4):665.e13–

62岁男性病人行 CoCr 全膝置换，6个月后出现慢性过敏，每年湿疹发生多次。后检测是铬过敏。翻修使用锆铌合金Oxinium，术后两个月过敏症状全部消失。

例【2】国外

55岁女性患者。2008年行全膝关节置换术，之后表现出疼痛，过敏湿疹，脱发等。行锆铌合金Oxinium膝关节翻修术后6周，过敏症状消失，开始长出头发。如下图。

问：锆铌合金关节是在哪一年推向市场的？

答：施乐辉在1997年12月成功植入第一例锆铌合金膝关节，到目前为止已经在全球植入超过70万例膝关节。

       施乐辉在2002年10月成功植入第一例锆铌合金髋关节股骨头。到目前为止已经在全球植入超过30万例髋关节。

问：锆铌合金可不可以配对用于关节面？

答：锆铌合金可以用于配对髋关节副，即可用于髋关节股骨头与髋关节臼衬的关节副。从机体材料划分来说，其是金对金搭配，实际界面是陶对陶界面。

问：锆铌合金关节面的陶瓷薄膜有多厚？

答：只有5微米厚。由于已经形成的陶瓷薄膜阻挡了空气中的氧气向内继续扩散，使得形成较厚的陶瓷层十分困难。不过最近施乐辉已经找到办法可使陶瓷薄膜厚度达到20-25微米。

问：锆铌合金膝关节部件做过哪些性能实验？

答：磨损试验，疲劳试验，强度试验。前两个试验是标准试验，大家都知道。强度试验如下图所示，股骨髁在19800N的压力下才变弯曲。

问：锆铌合金髋关节股骨头做过哪些实验？

答：磨损试验，与柄锥配合的静态力学试验，这些都是标准试验。此外，还模拟陶瓷球头的爆破试验，可承受89KN的压力不碎裂。还有如下图所示的侧面压扁试验。压扁后，表面的陶瓷膜完好无损。此外，故意将锆铌合金球头表面刮擦出划痕，然后进行的磨损试验，磨损性能优于钴铬钼球头。

问：锆铌合金部件表面的陶瓷膜会不会转变成不稳定的四方晶体？

答：不会。锆铌合金部件表面的陶瓷膜是稳定的单斜晶体。因其是在500度左右形成的，无论形成过程还是使用过程，都低于单斜晶体转变成四方晶体的1170度。所以是稳定的。

问：关节登记中心如何统计锆铌合金关节部件？

答：锆铌合金在澳大利亚关节登记中心归类为Ceramicised Metal（陶瓷化金属）。

下图是澳大利亚关节登记中心最新（2023）统计的不同配伍的髋关节翻修比例，可以看出，锆铌合金（Ceramicised Metal/XLPE）的翻修比例在10年和15年是最低的。

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 下图是澳大利亚关节登记中心最新（2023）统计的不同配伍的膝关节翻修比例，可以看出，锆铌合金（Ceramicised Metal）膝关节在10年和15年的翻修比例比其它材料的高一些。

问：有没有对应的表面陶瓷化的铝合金关节部件？

答：暂时还没有看到。锆铌合金本身就是生物相容性很好的材料，就是万一陶瓷化的表面被刮掉了，整个机体无论生物相容性还是耐磨性都是经过实验验证的。铝合金不具有这些优点。

文章来源：Ortho and Art骨科与美术