纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨产业化项目可行性研究报告

1、纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨产业化项目可行性研究报告 国家高技术产业化示范工程可行性研究报告项目名称:纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨产业化申报单位:某某生物医用材料有限公司地 址:某市某区*邮政编码:*联 系 人:*电 话:*传 真:*主持部门:某*发展计划委员会报告编制单位:*咨询公司二一年二月九日目 录第一章 总论1第二章 项目的意义及必要性、产业关联度分析21.项目的意义及必要性22.产业关联度分析5第三章 市场分析51.概述52.市场现状73.市场需求预测114.公司销售措施13第四章 厂址选择及建设内容141.厂址选择142.建设内容15第五章 工艺技术路线、设备选型及主要技术经济

2、指标161.项目依托的技术成果水平162.关键技术及产品的产业化研发内容和技术方案173.设备选型214.生产工艺流程23第六章 原材料供应及外部配套条件落实情况271.原材料供应272.外部配套条件落实情况28第七章 环保、节能、消防281.环境保护282.节能303.消防314.职业安全卫生32第八章 建设工期和进度安排33第九章 项目实施的管理及组织机构331.企业组织机构332.劳动定员343.人员培训354.经营组织36第十章 项目承办单位简介36第十一章 投资估算及资金筹措381.投资估算382.资金筹措38第十二章 财务效益分析391.有关基础数据的确定392.收入测算393.成

3、本费用测算394.税金测算405.利润估算406.项目主要财务评价指标417.贷款偿还能力分析42第十三章 项目风险分析421.风险定性分析422.风险定量分析43附表: 附表1 投资估算表 附表2 销售收入和销售税金估算表 附表3 流动资金估算表 附表4 成本和费用估算表 附表5 建设贷款偿还表 附表6 损益表 附表7 资金来源与运用表 附表8 资产负债表 附表9 财务现金流量表(全部投资) 附表10 财务现金流量表(自有资金) 附表11 固定资产折旧估算表 附表12 无形资产及递延资产摊销估算表附件:1.国家发展计划委员会计司高技函2000155号关于进一步开展高技术产业化新材料专项项目可

4、行性研究的通知2.某某医用材料有限公司营业执照(复印件)3.某市新技术企业批准证书(复印件)4.某市人民政府某市科学技术进步奖荣誉证书5.中华人民共和国医疗器械注册证6.知识产权转让证明7.生产场地租赁协议及房屋产权证8.环境保护管理部门关于该建设项目环境影响审查的批复9.企业自有资金出资证明10.银行贷款意向书附图:1.项目地理位置图2.项目平面布置图第一章 总论 1.项目名称:纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨产业化 2.项目法人单位:某某生物医用材料有限公司 3.建设地点:某市某区信息产业基地 4.建设内容:引进国际先进生产设备,利用纳米陶瓷复合材料生产人工髋关节及人工骨制品,年生产规模为生

5、产人工髋关节30000套,人工骨2200件,人工眼台5000个,HA粉500Kg,齿修复材料500Kg。 5.建设期:1年。 6.总投资及资金来源:项目总投资7193.9万元人民币,其中建设投资6276.9万元人民币,建设期利息89.1万元人民币,铺底流动资金827.9万元人民币。企业投入自有资金3693.9万元人民币,国家拨款500万元人民币,银行贷款3000万元人民币。 7.可行性研究报告编制依据 (1)国家发展计划委员会计司高技函2000155号关于进一步开展高技术产业化新材料专项项目可行性研究的通知; (2)项目单位提供的有关资料; (3)国家及某市有关政策、法规。 8.可行性研究报告

6、结论 (1)该项目的建设对促进我国纳米产业和新型医用材料产业的发展,替代进口,发展民族产业具有重要意义,其建设是非常必要的。 (2)该项目的建设可通过高科技产品的产业化带动我国工业、医疗等产业的发展,使我国纳米生物医用材料的产业化生产进入国际先进行列。 (3)项目承办方租赁厂房,改造装修后安装机器设备,进行产业化化生产。该场地具有良好的市政配套条件,可以满足该项目产业化生产的需要。 (4)该项目生产的产品市场需求较大,具有较好的市场发展前景。 (5)该项目税后财务内部收益率为74.2%,财务净现值为31197万元(Ic12%),投资回收期2.9年,平均投资利润率90.77%,投资利税率127.

7、90%。财务分析结果表明,该项目具有较强的赢利能力,各项主要财务评价指标高于国家或同行业标准,经营期间可获得良好的经济效益,项目在财务上是可行的。 (6)风险分析表明,该项目具有较强的抗风险能力。 (7)该项目技术依托可靠,投资资金较为落实,产品生产与销售措施明确,为项目建设和经营提供了保障。 综上所述,该项目的建设是可行的。第二章 项目的意义及必要性、产业关联度分析 1.项目的意义及必要性 1.1项目对促进我国纳米产业的发展具有重要意义 从80年代兴起的纳米技术(1nm=10-9m)是对物质的分子和原子等微观结构进行操作的新材料技术,也是发展信息技术、医疗器械和解决环保等各种社会和经济问题所

8、必需的基础技术之一。 日本在此研究领域占有优势。日本在从2001年开始实行的新5年科技基本计划中,已经把以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。据新华社报道,日本政府决定把纳米技术作为今后科研的新重点,从2001年起将实行“官产学”联合攻关的方法加速开发这一高技术。日本通产、文部和科技三省厅将在2001年度的预算中列入总额为330亿日元(约合3.1亿美元)的研究开发经费,在2001年1月设立的“物质材料研究机构”中建立“纳米技术中心”。 美国政府在2000年年初已把纳米技术列为国家技术战略目标,2001年度的预算为4.97亿美元,比2000年度增加1

9、倍。西欧各国也在积极研究纳米技术,开发纳米材料。其中纳米生物医用材料是重要内容之一。由此可见,主要发达国家都把纳米技术作为其科研重点和国家技术战略目标。 我国对纳米事业非常重视,1991年钱学森就指出“我认为纳米左右和纳米以下的结构是下一个阶段科学发展的重点,会是一次技术革命,从而将是21世纪又一次产业革命。”纳米研究列入了我国“973”、“863”计划,并且取得了突破性的成果。纳米生物医用材料是纳米材料的重要方面,清华大学某市精细陶瓷实验室已成功地研究出纳米生物陶瓷,其纳米粉体已建成了中试生产线,并已验收。该研究项目于1993年获某市科技进步一等奖,继而又开展了纳米生物医用材料研究,为该项目

10、产业化打下了基础,因此开展此项目意义重大,非常必要。 因此,我国只有加大纳米技术研究和产业化的投资力度,尤其是纳米复合材料生物医用材料的力度,才能保持世界领先地位。该项目不仅会促进生物医用材料的发展,并将促进我国纳米产业化的发展,其建设是十分必要的。 1.2项目对促进我国新型医用材料的发展具有重要意义 纳米生物医用陶瓷材料是纳米材料的最新发展方向之一,该项目采用纳米复合陶瓷材料制成股骨头,它使生物医用材料在强度与韧性、耐磨损等性能上有了进一步的提高,并用纳米HA生物材料作金属股骨柄外涂功能梯度涂层的外涂层,它的特色是结合强度高,生物相容性好。这些纳米复合材料也可以制成性能优异的人工骨,它是一种

11、新型的人体植入材料,首先是由清华大学某市精细陶瓷实验室(国家重点实验室)研制成功的,并已得到临床应用。用该材料制成的产品可用于骨科疾病造成的骨坏死、骨缺损和骨损伤患者的骨修复手术和髋关节置换手术及陶瓷人工眼台植入手术。 目前,我国人工骨、人工关节与人工眼台等产品几乎大部分依赖进口。我国是人口大国,仅人工髋关节需置换者就有约100万人。面对这种严酷的形势,是应该优先考虑发展我国民族产业的时候了。 该项目就是针对上述情况,利用清华大学某市精细陶瓷实验室已研究开发成熟的技术,建立纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨的示范工程生产基地,为我国提供急需的生物医用产品。因此,该项目对促进我国新型医用材料的发展具

12、有重要意义,其建设对替代相关产品的进口,发展民族产业是十分必要和迫切的。 综上所述,该项目的建设对促进我国纳米产业和新型医用材料产业的发展,替代进口,发展民族产业具有重要意义,其建设是非常必要的。 2.产业关联度分析 该项目的建设可通过高科技产品的产业化带动工业、医疗等产业的发展,使我国纳米生物医用材料的产业化生产进入国际先进行列。同时使生物医用材料行业结构合理,供需体系完善,适应市场经济发展的要求。另外可促进相关产业如化工、生物工程、机械加工业的发展。 纳米陶瓷复合人工髋关节和人工骨产品的生产,直接与医用材料及医疗器械相关。它使用的材料是纳米陶瓷生物材料(年需10-20纳米颗粒的陶瓷材料13

13、吨左右),可以带动新材料产业的发展。该产品的机械加工及检测设备需要先进的机械加工设备(如加工中心、近净成型加工设备、三维成型机等)和检测设备(如高分辨率的X-CT),从而促进我国高精密机械和分析仪器产业的发展。第三章 市场分析 1.概述 随着科学技术的发展,以及人类对生活质量要求的提高,人工关节使用越来越被人类所认识。我国人工关节的应用只有30年历史,国产人工关节的生产尚属起步阶段。早期的人工关节用不锈钢制造,但不锈钢的耐腐蚀性、强度不如钴合金和钛合金。钴铬钼合金是钴基合金,其耐腐性、耐磨性和综合机械性能都较好,是优良的植入材料。而钛合金表面易氧化生成致密的二氧化钛氧化膜,耐腐蚀性好,且比重轻

14、,约为钴合金的一半,其弹性模量与人骨的弹性模量较接近,生物相容性好,生物界面结合牢固,是较理想的植入材料,但耐磨性不如钴铬钼合金,更不能与纳米复合陶瓷股骨头相比。 人工植入材料应用于骨科已有一百多年的历史,近二十年来有了更快的发展,己广泛的使用于骨、关节损伤与疾病的临床治疗。在骨折的固定、畸形的矫正、骨骼缺损与关节融合术中,用了各种各样的植入器件,人工骨更是骨科临床不可缺少的材料之一。所以医用生物材料与植入体的研究与生产在一些发达国家已成为重要的高新技术产业,为亿万患者创造了康复的条件,同时获取了高额利润, 纳米陶瓷人工关节制品是一种新型人体植入材料,植入人体后,具备对生理环境的相容性,长期使

15、用条件下无毒,不会引发细菌和肿瘤,不影响免疫力和新陈代谢。与金属材料制品相比,纳米生物医用陶瓷制品不会被生物组织腐蚀、吸收,而且耐磨性好、强度高,因此使用寿命长,是金属材料制品的5?10倍;对活体的亲和性与骨头的磨合性来说,也优于金属和高分子材料;纳米生物医用陶瓷制品的力学性能己超过人体骨的抗拉强度50?150MPa、抗压强度50?200MPa,抗弯强度也大大提高。因此,该产品作为人体植入材料,具有更高的适用性、安全性和可靠性。 某某生物医用材料有限公司组织开发的纳米复合生物活性陶瓷是利用纳米材料的特殊性能和羟基磷灰石HA的生物活性,进行复合制成的一种较理想人骨的替代体,临床上用于人体骨的修复

16、与重建,因为它具有良好的生物相容性和与人体骨的良好结合性。以钛合金为基材喷涂以羟基磷灰石制成的人工齿,同时具有金属的机械强度和羟基磷灰石的生物活性。 2.市场现状 2.1人工关节市场现状 2.1.1国内市场现状 我国人工关节置换手术起步于70年代,比国外晚了20年左右。人工股骨头置换曾是我国人工髋关节置换的主要部分,据1993年第五届人工关节学术会议的统计,人工股骨头置换约占人工髋关节置换的90%。该项技术不仅大、中医院可以开展,而且己普及到县级医院。近十年来,人工髋关节置换术己在国内得到突飞猛进的发展。随着国民经济的迅速发展和人们知识水平及生活水平的不断提高,我国人工关节正逐步跟上世界人工关

17、节的发展步伐。 我国是12亿人口的大国,当前肢体不自由患者约1500万人,其中残疾780万人,由于缺乏重建术及材料,300余万人截肢,每年骨缺损和损伤患者近300万人。其中年龄在35?50岁之间的人股骨头发病率较高,约占人口数干分之三至干分之四左右。以前由于合金股骨头植入人体只能维持6?10年,之后还需要再次植入治疗,且人体只能植入2次,增加了病人的痛苦和经济负担。纳米陶瓷人工关节制品的研制成功,可以彻底改变这种状况,一次植入基本上可确保终身,因此受到患者的认可。据统计,我国现在每年进行髋关节置换术近3万个,且每年以15%的速度增长,总需求约为100万人。随着人民生活水平和文化素质的提高,将有

18、更多的患者愿意接受髋关节的置换手术。 2.1.2国内制造人工关节企业的现状 据国家医药监督管理局统计,国内生产人工关节的企业仅有十几家,大部分集中在某市,主要厂家如下: (1)某市亚化人工关节开发公司 (2)某市京航生物医学工程公司 (3)某市和平人工关节厂 (4)某市科矩公司人工关节厂 (5)某市钢铁研究总院 (6)某市骨科医疗器械厂 (7)某市集团公司 某市钢铁研究所外科植入有限公司是与瑞士合资企业,生产钴铬钼合金人工髋关节,1997年产量为8750套,计划2000年产量约为10000套。航天部621研究所生产钛合金人工髋关节,1997年产量为3000套,计划2000年产量约为5000-1

19、0000套。目前国内每年生产量总计约为20000套,每年进口量为1-2万套。上述数字仅仅是金属人工髋关节,未包括该公司开发的先进纳米陶瓷复合人工髋关节。 2.1.3进口人工关节市场 进口人工关节由于质量高,品种规格齐全,手术工具配套,并提供良好的技术服务而受到欢迎。据了解,截止1997年外国在国内注册的厂家已有16家,主要有美国的Zimer公司、Depy公司、Bomer公司、StrykHomdcoc公司;法国的Lamdos公司;德国的Pros Lenker公司等外国公司经营着五个国家的不同产品。国外厂商销售价格大约在2?4万元人民币一套,生物陶瓷人工关节大约4万元/套,但国内尚未开展。这些国外

20、产品当前主要在上海、广州、某市、山东等大城市经济发达地区及内地省级医院得到应用。若以目前外国厂商每年在我国销售20000套计算,销售额约为4?8亿元人民币,但目前国内缺少陶瓷人工股骨头的人工髋关节。 2.1.4国外市场概况 随着生物医学工程的发展,人工假体和各种固定材料的应用越来越广泛,现在欧美等发达国家每年人工髋、膝关节置换数量已经超过50万人次。1991年仅美国髋关节和膝关节的使用量就有30多万套,其中髋关节超过25万套以上。发达国家人工关节使用率比我国高5?8倍。 生物陶瓷作为医学材料,与金属材料、高分子材料相比具有生物相容性好的优点,正受到医学界的重视。就世界新型陶瓷总产值(2000年

21、约为200-250亿美元,且平均每年以7.2%的速度递增)而言,这类陶瓷约占5%。目前在氧化铝陶瓷及羟基磷灰石陶瓷等方面已取得了某些成果,开始了临床应用。早在1974年欧洲就开始在人体上使用。美国联邦食品与医药管理局也允许使用氧化铝修补髋关节。此外,氧化铝近年来还被用于制作人造膝关节和骨骼固定螺钉及修补角膜。在过去的20年间,磷酸钙陶瓷已被广泛用于修补牙齿及上颌骨,但就总体而言,生物陶瓷还处于起步阶段,具有可观的潜在市场。 该公司开发的纳米医用陶瓷制品由于性能可靠,技术含量高,法国兰德公司已慕名前来,洽谈要求订购产品。 2.2人工骨市场现状 2.2.1市场概况 临床上由于创伤、肿瘤切除、感染以

22、及发育异常等原因而致骨缺损的发病率较高,现有的方法中自体骨移植来源少,且会给病人带来一定的痛苦,而异体骨存在排斥反应等问题。 羟基磷灰石HA与人体骨和牙釉质内天然的HA组成成分和晶体微观结构相似,是一种较理想的骨植入替代物,成为矫形外科使用的最主要的生物材料。临床上以多孔型HA和颗粒状HA应用较多。实践证明,HA无毒、无刺激性、无排斥反应、不老化、不致敏、不致癌。 HA自20世纪70年代开始进入临床,由于其具有优良的生物相容性,可与骨组织发生化学性结合,并可促进骨生成,从而使其在临床上受到广泛的应用。目前在国外,人工骨已经广泛用于创伤或骨病引起的大面积骨缺损的修复,取得了较为满意的效果。临床上

23、的HA按形状分类,分为块状和颗粒状;按多孔性分类,分为致密、大孔、微孔。块体HA是目前不负重部位骨缺损的常用材料,临床多用于上下颌骨、颧骨、眶弓、眶底的修复,可用于隆颏、隆颅或隆鼻等的治疗,但由于HA本身在生物力学性能上存在的不足,使其在应用上受到限制。为了改善这一状况,HA作为复合材料的应用越来越受到重视,纳米复合是较可行的方案之?。 该项目生产的人工骨是由HA与纳米材料复合,其强度有了一定的提高,可生产人工眼球、眼帘、鼻梁骨、颈椎瓣等。人工牙齿是由HA涂层的金属钛材料制成的植入体,它具有满意的机械强度和生物活性。 在我国,医用生物材料科学与现代化生产技术已有相当的基础。但植入体的研究与生产

24、远远落后于一些西方国家,因此我国生物材料市场大部分被西方国家占据。该项目得到实施后,可以使我国生物材料落后的局面有所改变,并可进入先进国家行列。 2.2.2国内人工骨及相近产品的生产企业 据了解,目前在国内,生产与该项目产品相近的企业主要有以下几家: (1)上海齿科材料厂生物型瓷牙 (2)上海贝琼齿材有限公司人造树脂牙 (3)上海新世纪齿科材料有限公司生物色牙托粉 (4)上海第二军医大学医药材料厂义齿基托树脂 (5)上海假肢厂假眼 (6)晨光化工研究院硅橡胶义眼台 (7)上海橡胶制品研究所人工鼻梁、人工下巴 3.市场需求预测 据有关资料,德国科学技术部对纳米材料和技术未来的潜力分析和预测说,到

25、2000年,纳米材料结构器件市场容量约为6375亿美元,纳米材料薄膜器件市场为340亿美元,纳米粉体、纳米复合陶瓷及其它复合材料市场容量为5457亿美元,纳米材料超精度加工技术市场容量442亿美元,纳米晶体材料及其生长技术市场容量238亿美元,纳米材料的评价技术测量手段市场容量为27.2亿美元。市场的突破口很可能在信息、通讯、微电子、环境、医药等领域。 生物材料具有巨大的市场,全世界植入人体的生物医用材料需求量己达600亿美元,并且以每年lO?15%的速度增长。 美国生物材料及制品的销售额为: 1976年 5亿美元 1986年 20亿美元 1989年 40亿美元 1994年 80亿美元 呈快速

26、增长趋势。 矫形外科市场是第二医疗装置市场: 美国1988年矫形外科植入材料销售额为10?13亿美元,1994年矫形及相关产品36亿美元以上,占全世界的50%,欧洲占30%,亚洲占16%。 据统计资料显示,市场现状为: 人工髋关节需求量:美国25多万套/年 欧洲15万套/年 其他国家5-10万套/年 国内100万套/年的潜在市场,仅2001- 2005年需手术者就约为5-10万套/年人工眼球:全世界每年需10万个 国内临床每年约1万例 人工骨:国内每年骨缺损和骨损伤患者约300万人。 人工牙齿:国内缺牙、牙损患者达人口总数的1/5?1/3。 在我国每年仅人工骨、人工眼球、人工牙齿的需求量就约为

27、7?13亿美元。 由HA纳米复合材料制成的人工眼球可由人眼肌控制运动,具有逼真、美容的极佳效果;人工骨在某市中日友好医院的临床应用也受到医务工作者和患者的好评;人工牙齿也己进入临床。由于该项目开发的纳米复合生物活性陶瓷材料具有较高的科技含量和良好的应用效果,可望迅速打开销路,占领市场,达到销售目的。 随着社会和医学事业的发展,生物医用材料的市场需求呈递增趋势,其研究和发展正方兴未艾。 4.公司销售措施 为保证销售目标的实现,该公司采用了以下销售措施: (1)成立了销售总公司,并将建立区域代理,国家代理,并在美国、日本成立销售分公司。 (2)与各大科研院所建立联系网络,采取科、工、贸合作的有效办

28、法,提高了开发市场的速度。 科研机构: 国内:与清华大学某市精细陶瓷实验室国家重点实验室、 某市大学人民医院、*医院、*医院、 Aa医院、bb医院、cc大学、dd医 科大学、某市大学ee学院等有合作关系 国际:* (3)利用现代化的电子商务渠道,形成了有公司自己特色的渠道畅通、设备先进的国际市场信息网。并通过Internet网制作了Web主页,进行网上宣传与销售。 (4)建立具有专业技术的销售人才队伍,公司各销售网点都有熟知生物医用材料及制品的应用与开发技术的销售业务骨干,能够更好的开拓和发展生物医用陶瓷市场。 总之,该项目产品是以市场需求为营销原则,而且企业有健全的销售机构,有灵活的销售政策

29、。项目产品属高科技产品,符合国家的高新技术产业政策。因此该项目产品市场可观,前景广阔。 5.产品方案及建设规模 根据产品市场现状及未来发展预测,确定产业化的产品品种方案及年生产能力如下:序号产品名称产量1纳米陶瓷复合人工髋关节30000套2纳米陶瓷人工骨2.1磷酸钙生物陶瓷植入材料(颗粒与板块状)500kg2.2生物陶瓷人工眼台5000个2.3磷酸钙基生物陶瓷人工骨2200件2.4齿科修复材料500kg 从加工原料需要量分析,该项目建设规模为年处理纳米粉、HA粉共13t左右。根据市场需要,可拓宽生产其它品种人工骨。第四章 厂址选择及建设内容 1.厂址选择 (1)地理位置 该公司位于某市中关村科

30、技园区上地信息产业基地,占地面积20亩。具体地点位于某市某区信息产业基地东北旺南路32号,东起信息路,西至东馨园小区,南临市政绿化带,北至上地二街。 (2)自然条件 某市位于北纬39056',东经116020',属温带季风气候,四季分明,冬季寒冷干燥,夏季炎热潮湿,春季干旱多风,秋季天高气爽。年平均气温11.3,1月平均-4.5,7月平均气温25.5。常年平均降水量630mm,其中76%以上集中在6、7、8三个月。全年主导风向为南风,次主导风向为北风,年平均风速2.2m/s。 2.建设内容 厂区内现有二个车间和一个产品研究检测中心,总建筑面积6450.4平方米。其中,人工髋关节

31、制造车间2000平方米,人工骨制造车间2000平方米,产品研究检测中心2450.4平方米。 该生产场地为某某生物医用材料有限公司为进行纳米陶瓷复合人工髋关节与人工骨产业化项目而租赁的,租期30年,产权为某市东北旺农场所有。 因此,该项目不需新建厂房,只需对现有厂房进行改造即可。厂房改造内容主要为安装通风设备及部分内装修,使其生产环境达到生物材料生产的标准,现改造和装修工程大部分已完成。 在车间改造和装修工程完成后,根据需要按产品生产工艺流程设计、安装各种机器设备,组成不同生产线。第五章 工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标 1.项目依托的技术成果水平 该项目依托清华大学某市精细陶瓷实验室(

32、国家级新型陶瓷与精细工艺重点实验室)的中试研究成果,在中试基础上由国家级专家按产业化规模进行设计生产,主要产品已获国家医药监督管理局批准和国家指定单位的检测,在符合国家标准的前提下进行生产。该项目的整个工艺流程都进行了中试验证,现仅在扩产、加工的自动化水平和质量保证体系上加以提高。按产品分类,对不同的生产车间分别建立生产与质量评价管理体系。 纳米陶瓷复合人工髋关节的主要技术特点是用纳米陶瓷复合材料(ZrO2+Al2O3等)制备股骨头,纳米陶瓷原料由清华大学精细陶瓷实验室提供,该项目曾获某市科技进步一等奖。由于纳米化它的抗弯强度可以达到900-1100MPa,而韧性达到9-12MPa?m1/2,

33、各项技术指标均已由医管局认定并符合国际标准和国家医药监督管理局认定的指标。其特点是生物相容性好,耐磨性好,基本不产生腐蚀,磨屑量极少,使用寿命大大提高(与金属材料相比,提高了5倍以上)。在加工工艺上采用近净成型技术,既保证了产品质量,又提高了成品率。采用X-CT无损评价技术,对纳米股骨头进行检测与评价,保证了产品的可靠性和安全性。 为增加股骨柄的生物相容性,该生产工艺的又一特点是在股骨柄上喷涂梯度层,再喷涂纳米复合的HA。这样既保证了涂层的结合强度,又保证了生物活性HA涂层的长期可靠性。 该项目生产的产品就是纳米陶瓷复合人工股骨头与纳米生物陶瓷HA的功能梯度的股骨柄组成的人工髋关节。 这些综合

34、技术使人工髋关节可安全可靠地长期使用。今后发展为将产品的设计生产与用户需求一体化,按用户的尺寸需求订制生产。 在人工骨生产方面,重点是保证磷酸钙骨修复材料达到可逐步降解与新骨成长相匹配,因此采用一定的降解相含量成份含在人工骨及填充的磷酸钙生物陶瓷复合材料中。 另外在多孔磷酸钙复合材料中,用三维成型办法制造复杂植入件,如人工眼台、耳钉骨等。对非降解的人工骨和人工眼台,用纳米ZrO2和SiC进行强化增韧有原位生成的HA自增韧强化作用。这是该生产工艺的又一特点。整个产品指标已达到国家医药监督管理局指定单位检测的认定水平,并获得医管局的指标认定文件或批准生产的证书。 2.关键技术及产品的产业化研发内容

35、和技术方案 2.1产品质量标准 (1)人工髋关节标准执行外科植入用半髋或全髋关节氧化锆生物陶瓷股骨头假体某市赛奇特种陶瓷功能制品工程研究中心企业标准QC/KSQ002-1999。 外观及尺寸等主要参照YY0118-1993髋关节假体制定,密度、化学组成、显微结构、材料三点弯曲强度等主要参照ISO13356:1997制定,耐磨性测试试验、耐磨蚀性测试试验参照ISO6474:1994标准执行。 有关技术性能指标如下:髋关节技术质量指标表序号项 目指 标1密度5.7g/cm32化学组成ZrO2+HfO2+Y2O3+CeO2+Al2O399%Y2O3 4.5-54%HfO2 5%Al2O3 6.5%其

36、它氧化物<0.5%3显微结构平均晶粒度1m4维氏硬度8GPa5材料三点弯曲抗弯强度800MPa6断裂韧性KIC8MPa?m1/27股骨头假体抗最大压力15KN8耐磨性磨削体积0.01m3/h9溶血试验溶血率5%10细胞毒性试验细胞毒性0-1级11染色体畸变试验畸变细胞率<5%12Ames试验诱变试验阴性13微核试验微核率<5%14致敏试验无过敏反应15骨内植入试验局部组织无反应或轻度反应 (2)人工骨、齿科修复材料及HA制品标准执行外科植入用磷酸钙基生物陶瓷制品某市赛奇特种陶瓷功能制品工程研究中心企业标准Q/ZSQH631-1998。 化学组成主要参照美国试验与材料学会AST

37、MF1185-1988外科植入用羟基磷灰石陶瓷组分标准规范、YY0305-1998羟基磷灰石生物陶瓷和ASTMF1088-1987外科植入用-磷酸三钙标准规范制定。溶解度试验、密度试验、粒度分级及试验引用YY035-1998标准。 有关技术性能指标如下:人工骨技术质量指标表序号项 目指 标1化学组成1.1纯羟基磷灰石产品钙磷原子比Ca/p=1.67±0.02磷酸钙基生物陶瓷制品钙磷原子比Ca/p1.5-1.671.2相成分羟基磷灰石+磷酸三钙含量>95%其中,羟基磷灰石含量>30%1.3微量杂质元素和重金属极限(mg/kg)(ppm)As3,Cd5,Hg5,Pb30,重金

38、属总量(以铅计)502物理性能2.1外观白色,无肉眼可见杂色物。致密块状型产品的表面应无缺损、无裂纹。2.2密度及容量致密块状型、致密园颗粒型:密度3.00±0.05g/cm3,多孔块状型,多孔碎块状颗粒型,人工眼台:容量<2.80g/cm3,孔隙率12-60%,平均孔径一般为100-600m。2.3溶解性条件:制品与离子水1:99的重量比混合,温度37,时间24h,浸出液PH=6.5-7.5。3力学性能抗压强度致密块状型>200MPa多孔块状型、多孔碎块状颗粒型、人工眼台>3MPa致密园颗粒型:单棵粒负荷力>5N4生物学性能4.1溶血试验溶血率5%4.2细胞

39、毒性试验细胞毒性0-1级4.3短期全身毒性试验经口途径无毒性静脉注射急性全身毒性试验无毒性4.4Ames试验诱变试验阴性4.5致敏试验无过敏反应4.6骨内植入试验局部组织无反应或轻度反应4.7皮下植入试验无反应或轻度反应4.8无菌试验培养管中无菌生长 2.2关键技术与技术方案 利用清华大学某市精细陶瓷实验室的纳米陶瓷复合粉体,采用冷等静压成型法,它的压力从各个方面均匀传递,压坯密度分布均匀,无孔隙,致密度高,强度高;经按设定时间温度曲线进行中、高、低温烧结处理,进一步提高产品强度;采用国际先进的多功能程控加工中心,保证产品的加工精度;在冷等静压及烧结后的几个关键工艺环节中对中间产品进行X-CT

40、检测,以确保压坯密度均匀,内部无缺陷。 生产工艺过程采用了清华大学研制的配方混料、喷雾干燥造粒、冷等静压成型、按设定曲线烧结控制、高精度加工中心完成外形加工、X-CT断层检测技术和专有技术等,从而保证了产品有较高的技术含量和质量性能等标准。 2.3技术成熟度 该项目及产品是由清华大学某市精细陶瓷实验室研制开发的,并得到医学界的临床配合,临床效果极佳。其中纳米陶瓷髋关节在国内著名医学专家郭兴唐教授指导下,已进行了数十例临床应用,并通过了著名医学专家卢世璧院士的鉴定:各项应用与检测指标都达到了世界先进水平;人工眼台在某市同仁医院、上海、广州、沈阳等医院进行了数十例临床应用,达到了预定的临床目标;其

41、它人工骨材料也已开始进入临床阶段。该项目拟开发的产品已在清华大学某市精细陶瓷实验室进行中试并在临床应用,已经取得了生产和应用方面的经验。 研究与实践证明该项目技术可靠,成熟度高,产品质量达到国际同类产品标准,已具备产业化生产条件。 3.设备选型 设备清单如下: 为达到生产加工条件,保证产品质量,拟引进国际先进生产设备,使项目在技术装备上先进可靠。 4.生产工艺流程 4.1纳米陶瓷复合人工髋关节的生产工艺 髋关节由髋关节股骨头、股骨柄、髋臼组成。 髋关节股骨头:由清华大学某市精细陶瓷实验室提供的经过混合的微米级原料及纳米粉(主要成份有ZrO2、Al2O3、Y2O3等)按产品要求的比例进行配粉后,

42、加入去离子水、酒精、粘结剂等助剂,由搅拌磨进行混合,此过程也可进行原料细化或改变配方处理。混合好呈浆状的原料经喷雾干燥塔利用气流干燥原理,在控制温度、压力、原料流量的条件下完成干燥造粒过程,造粒后的颗粒平均尺度达50-60m,它的流动性好。造粒后的原料在冷等静压成型机来自各个方向均匀的巨大压力下,成型为髋关节球的毛坯状。由于均匀、巨大的压力使毛坯内部结构致密,是其它设备无法达到的标准。此后,利用高精度机床将毛坯加工成符合利用加工中心精加工的基本尺寸和形状,以减少加工中心的加工量,提高加工中心的合理利用率。粗加工后的标准料由X-CT质检设备进行断层检测,以确定内部结构是否存在不合格的缺陷,不合格

43、品将进行粉碎处理后重新回干燥造粒工段进行造粒,合格品进入下一步烧结处理。烧结炉按照产品需要的烧结过程设定温度、时间曲线,完成合理的升温、保温、降温程序,使产品内部结构、强度等达到预定标准。烧结后要再次用X-CT质检设备进行内部检测,不合格品废弃,合格品由三轴研磨机进行圆球的精细加工,再进入加工中心完成孔及圆度的精确加工,保证孔的锥度和准确尺寸。最后进行产品表面的精抛光,在加工中心加工和抛光后要进行锥度圆度检测,通过检测后即为合格的髋关节股骨头。对产品包装也有严格的条件要求:产品生产过程完成后,进入超净室,要求室内有空气净化装置,利用紫外灯、消毒器对环境进行消毒净化处理。在此环境下进行产品密封包

44、装,封装产品送清华大学做钴60照射杀菌后入库保存。 股骨柄:骨柄毛坯为钴铬钼(或钛合金)材料制成。该项目采用外委加工,毛坯入厂后先经过粗加工以达到需要的尺寸和表面要求,这一过程主要是喷砂处理,清理表面,去除氧化层。净化后在加工中心进行精加工,完成机加过程后,在骨柄表面喷涂多孔钴铬钼合金,以增加对HA的附着性。然后在处理好的表面喷涂HA涂层,加工结束后进行质量检测,合格品在超净室进行密封包装,封装产品送清华大学做钴60照射杀菌后入库保存。 髋臼:髋臼由高密度聚乙烯材料制成。该项目采用外购解决,经质检合格后送清华大学做钴60照射杀菌后入库保存。 纳米陶瓷复合人工髋关节生产工艺流程见图5.1。 4.

45、2纳米陶瓷人工骨生产工艺 人工骨是由羟基磷灰石(HA)材料成型后制得。HA制品是目前世界上最理想的外科植入材料。该项目生产的人工骨包括磷酸钙生物陶瓷植入材料(颗粒与板块状)、生物陶瓷人工眼台、磷酸钙基生物陶瓷人工骨、齿科修复材料等,并根据市场需要不断开发生产其它品种的人体植入制品。人工骨生产所需要的HA材料由该项目配套生产。经喷雾干燥后的HA粉粒,再经过造粒处理,形成尺寸为45-60m颗粒,它是流动性好的圆球状颗粒,再用不同的模具由成型机成型为不同造型,经过1100-1200的高温烧结制成各种人工骨,检验合格后入库保存。 HA是指羟基磷灰石生物陶瓷,原料Ca3PO42等经粉料处理,加入氨水、去

46、离子水配料后进入加料池、反应釜,在低于300的条件下放置20小时,以使原料进行充分的反应。反应后的原料送入烧结炉在1100-1200的温度下烧结成磷酸钙(带10个去离子水),再由搅拌磨搅碎成0.5m的颗粒,混入配料后由干燥塔喷雾干燥,在造粒成50-60m的圆颗粒。 人工骨生产工艺流程见图5.2。第六章 原材料供应及外部配套条件落实情况 1.原材料供应 根据产品品种及产量,确定主要原材料需要量如下:主要原材料表序号原材料单位数量备注1纳米粉kg/a710清华大学2HA粉t/a5.2自制3ZrO2混合粉t/a7.5清华大学4钛合金股骨柄毛坯个30000外购5高密度聚乙烯髋臼个30000外购6去离子

47、水t/a6自制7氨水kg/a100外购8Ca3PO42混合粉kg /a600外购9酒精t/a2.3外购纳米原材料由清华大学某市精细陶瓷中试基地供应,原材料供应有保证。 一般的化学原料及配料,均有供应合同。 2.外部配套条件落实情况 租赁场地市政现状良好,水、电、气等生产设施功能齐备,已经解决了网络工程综合布线问题,可以满足该项目的生产需要。第七章 环保、节能、消防 1.环境保护 1.1周边环境 项目位于某市某区信息产业基地,项目地域内基本为无污染工业及民用建筑,无严重工业污染源。区域内采用集中供热,污水由污水管网排出,环境状况良好。 1.2项目环境影响 1.2.1废水:该项目生产过程中不排出废

48、水,仅间歇性排出一些软化水,不含污染物,最大排出量2立方米/小时;另外排出生活污水,排出量2立方米/小时,排出水质COD:200-300,BOD=100-200;生活污水经厂内化粪池处理后排放,排放水质COD小于120,BOD小于60。 1.2.2废气:生产中无废气排出。 1.2.3废渣:生产中无废渣排出。 1.2.4 噪音:生产车间的空压机、风机均产生噪音,强度大于90分贝。对这些设备采用小间隔离,装修材料采用吸音材料或做吸音处理,设备设减震基础,在风机进出口设消音装置,处理后噪音强度小于85分贝。 1.2.5生活垃圾和办公垃圾,为一般垃圾。垃圾采用人工收集,塑料袋包装,集中收集,定时外运即

49、可。 1.2.6该项目不产生粉尘、毒气、辐射等污染,生产噪声不大,并设有对外屏蔽和隔声措施,且远离生活区。对环境不产生新的工业污染。生活污水由现有的公用设施排放。 2.节能 某市是一个能源相对紧缺的城市,应尽可能采用多项措施以降低能源消耗。该项目拟采用的具体措施如下: 2.1 拟引进国外先进设备,能耗低,可以合理提高能源利用率,相应能节约电能约20万度/年。 2.2 生产用冷却用水循环使用,循环量约3立方米/小时。 2.3采暖、供电、供气、供水系统采用合理的工艺流程,尽可能降低途中消耗。 2.4采用紧凑型荧光灯、细径直管荧光灯等新型高效光源及电子镇流器,降低照明用电量。 2.4用电设备安装静电

50、电容器进行无功补偿,功率因数可达0.95以上。 2.6变压器采用国家推荐的新式S9系列铜线双饶组变压器。 2.7对大功率(30KW以上)的用电设备设电流表进行监控。 2.8在用电、水、汽、油等的管道适当的位置装置流量表以加强能源管理。 2.9卫生器具采用节水型新产品。 2.10该项目建筑设计应符合某市建筑节能设计标准要求。 3.消防 3.1该项目消防系统设计中,应执行下列有关技术及管理要求: 3.1.1 GBJ16-87 建筑设计防火规范; 3.1.2 GB50116-98 火灾自动报警系统设计规范; 3.1.3 GBJ84-85 自动喷水灭火系统设计规范; 3.2在项目建设过程,加强施工队安

51、全管理,严肃施工纪律,杜绝违章施工,加强施工电器设备的检查养护及易燃建筑材料的保管,设置专职消防安全检查员,制定消防安全规章。 3.3按照建筑设计防火规范GBJ16-87对该项目建筑进行改造设计,建筑耐火等级为一级。车间室内无混凝土包裹的承重构件均需喷涂防火涂料,室内外装饰材料均采用耐火阻燃材料。电气安全及生产按国家有关规程规范进行设置。 3.4厂房布置、建筑结构、道路、消防通道、防火间距、安全疏散、消防设施等按防火规范要求设置。生产车间的机加工及装配所涉及的易燃、易爆物品的管理严格按有关规定执行 3.5统一规划安排新的消防通道。 3.6室外消防利用市政给水管网和区域给水引水管设消火栓供室外消防,消防水量25升/秒。并设300立方米消防水池。 3. 7 生产车间及危险品库设有火灾探测报警系统,室内消火栓采用SN65型,配带自救卷盘,消防管网设2只DN100水泵接合器。在建筑内适当位置按照建筑灭火器配置设计规范的要求布置手提式干粉灭火器,另在变配电室加设部分推车式灭火器。