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、国家高技术产业化示范工程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纳米陶瓷复合人工髋关节 与人工骨产业化与人工骨产业化 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：报告编制单位：*咨询公司咨询公司 二二一年二月九日一年二月九日 目目 录录 第一章第一章 总论总论.1 1 第二章第二章 项目的意义及必要性、产业关联度分析项目的意义及必要性、产业关联度分析.2 2 1项目的意义及必要性 .2 2产业关联度分析 .5 第三章第三章 市场分析市场分析

2、.5 5 1概述 .5 2市场现状 .7 3市场需求预测 .11 4公司销售措施 .13 第四章第四章 厂址选择及建设内容厂址选择及建设内容.1414 1厂址选择 .14 2建设内容 .15 第五章第五章 工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标.1616 1项目依托的技术成果水平 .16 2关键技术及产品的产业化研发内容和技术方案 .17 3设备选型 .21 4生产工艺流程 .23 第六章第六章 原材料供应及外部配套条件落实情况原材料供应及外部配套条件落实情况.2727 1原材料供应 .27 2外部配套条件落实情况 .28 第七章第七章 环保、节能、消

3、防环保、节能、消防.2828 1环境保护 .28 2节能 .30 3消防 .31 4职业安全卫生 .32 第八章第八章 建设工期和进度安排建设工期和进度安排.3333 第九章第九章 项目实施的管理及组织机构项目实施的管理及组织机构.3333 1企业组织机构 .33 2劳动定员 .34 3人员培训 .35 4经营组织 .36 第十章第十章 项目承办单位简介项目承办单位简介.3636 第十一章第十一章 投资估算及资金筹措投资估算及资金筹措.3838 1投资估算 .38 2资金筹措 .38 第十二章第十二章 财务效益分析财务效益分析.3939 1有关基础数据的确定 .39 2收入测算 .39 3成本

4、费用测算 .39 4税金测算 .40 5利润估算 .40 6项目主要财务评价指标 .41 7贷款偿还能力分析 .42 第十三章第十三章 项目风险分析项目风险分析.4242 1风险定性分析 .42 2风险定量分析 .43 附表：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：附

5、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：附图： 1项目地理位置图 2项目平面布置图 第一章第一章 总论总论 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

6、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

7、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，

8、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（Ic=12%） ，投资回收期 2.9 年，平均投资利润率 90.77%， 投资利税率 127.90%。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。 第二章第二章 项目的意义及必要性、产业关联度分析项目的意义及必要

9、性、产业关联度分析 1 1项目的意义及必要性项目的意义及必要性 1 11 1 项目对促进我国纳米产业的发展具有重要意义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（1nm10-9m）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

10、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 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

11、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

12、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 12 2 项目对促进我国新型医用材料的发展具有重要意义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。

13、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

14、，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 2产业关联度分析产业关联度分析 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 1020 纳米颗粒的陶瓷材料 13 吨左右） ，可以带动新材料产业的发 展。该产品

15、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 XCT） ，从而促进我国高精密机械和分析仪器产业的发展。 第三章第三章 市场分析市场分析 1 1概述概述 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

16、轻，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

17、理环境的相容性，长期使用条件下无毒，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 510 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(50150MPa)、抗压强度 (50200MPa)，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

18、成的一种较理想人骨的替代体，临床上用于人体骨的修复与重 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 2市场现状市场现状 2 21 1 人工关节市场现状人工关节市场现状 2 21 11 1 国内市场现状国内市场现状 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

19、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 3550 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 610 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

20、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，将有更多的患者 愿意接受髋关节的置换手术。 212 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

21、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 5000-10000 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。 213 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

22、、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 24 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。 214 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

23、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 58 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 年约为 200250 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

24、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 22 2 人工骨市场现状人工骨市场现状 2 22 21 1 市场概况市场概况 临床上由于创伤、肿瘤切除、感染以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

25、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 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

26、，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

27、进入先进国家行列。 2 22 22 2 国内人工骨及相近产品的生产企业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 3市场需求预测市场需求预测 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 2000 年，纳米材料结构器件市场容量

28、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 lO15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

29、 亿美元 呈快速增长趋势。 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 1013 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：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：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：人工骨：国内每年骨缺损和骨损伤患者约 300 万人。 人工牙齿

30、：人工牙齿：国内缺牙、牙损患者达人口总数的 1513。 在我国每年仅人工骨、人工眼球、人工牙齿的需求量就约为 713 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 4公司销售措施公司销售措施 为保证销售目标的实现，该公司采用了以下销售措施： （1）

31、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

32、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。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 5产品方案及建设规模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： 序号序号产品名称产品名称产量产量 1纳米陶瓷复合人工髋关节30000 套 2纳米陶瓷人工骨 21磷酸钙生物陶瓷植入材料（颗粒与板块状）500kg 22生物陶瓷人工眼台5000 个 23磷酸钙基生物陶瓷人工骨2200

33、 件 24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。 第四章第四章 厂址选择及建设内容厂址选择及建设内容 1 1厂址选择厂址选择 （1）地理位置 该公司位于某市中关村科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，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.

34、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 2建设内容建设内容 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

35、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。 第五章第五章 工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标 1 1项目依托的技术成果水平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（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

36、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（ZrO2Al2O3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 9001100MPa，而韧性达到 912MPam1/2，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） 。

37、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 XCT 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

38、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 2关键技术及产品的产业化研发内容和技术方案关键技术及产品的产业化研发内容和技术方案 2 21 1 产品质量标准产品质量标准 （1）人工髋关节标准执行外科植入用半髋或全

39、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/KSQ0021999。 外观及尺寸等主要参照 YY01181993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 序号序号项项 目目指指 标标 1密度 5.7g/cm3 2化学组成 ZrO2HfO2Y2O3CeO2Al2O399% Y2O3 4.554 HfO2 5% Al2O3 6.5% 其它氧化物0.5 3显微结构平均晶粒度1m

40、 4维氏硬度 8GPa 5材料三点弯曲抗弯强度 800MPa 6断裂韧性 KIC 8MPam1/2 7股骨头假体抗最大压力 15KN 8耐磨性磨削体积0.01m3/h 9溶血试验溶血率5% 10细胞毒性试验细胞毒性 01 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/ZSQH6311998。 化学组成主要参照美国试验与材料学会 ASTMF1185198

41、8外科植入用羟基磷灰石陶瓷组分标准规范 、 YY03051998羟基磷灰石生物陶瓷和 ASTMF10881987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 YY0351998 标准。 有关技术性能指标如下： 人工骨技术质量指标表 序号序号项项 目目指指 标标 1化学组成 1.1纯羟基磷灰石产品钙磷原子比 Ca/p1.670.02 磷酸钙基生物陶瓷制品 钙磷原子比 Ca/p1.51.67 1.2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， 重金属总量（

42、以铅计）50 2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 3.000.05g/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 1260， 平均孔径一般为 100600m。 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 PH6.57.5。 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5N 4生物学性能 4.1溶血试验溶血率5 4.2细胞毒性试验细

43、胞毒性 01 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 22 2 关键技术与技术方案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

44、后的几个 关键工艺环节中对中间产品进行 XCT 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、XCT 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 23 3 技术成熟度技术成熟度 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

45、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 3设备选型设备选型 设备清单如下： 序序号号名名称称型型号号数数量量 价价格格( (万万美美元元) )产产地地 1 搅拌磨5-S213美国 2 造粒实验机FOC-15,-20216日本 3 冷等压机PTX145美国 4 数控车床Schaublin125-CNC214瑞士

46、5 三轴研磨机414日本 6 XCT检测仪Bir ACTIS100160美国 7 精度检测仪T8000D211.8德国 8 磨床S21CNC250瑞士 9 精密球磨床Microfinish275德国 10 快速成型机FDM-3000114.5美国 11 数控加工中心CORNITI135意大利 12 荧光频谱分析仪SRS3400116.3德国 X光衍射仪D8Advance141德国 13 压汞仪Master-6016英国 Zeta电位仪3000HS12英国 激光粒度测定仪Mastersizer12英国 14 全自动显微硬度仪 AMH3212美国 试样切割设备Lsm-17514美国 试样抛光设备S

47、S-200011.2美国 试样镶嵌机PR2510.8美国 15 原子力显微镜Au-CP19.64美国 16 热分析仪STA44918.34德国 17 力学性能分析仪AG-10018.5日本 18 超低温冰箱ULT-138610.58美国 生物安全柜SG-40311.09美国 生物安全柜SG-60311.05美国 真空烘箱1410D10.51美国 真空烘箱1450D10.74美国 喷雾干燥机SD-0512.57英国 19 烧结实验炉N200/HS520德国 小计43476.62 设设备备清清单单 序序号号名名称称型型号号数数量量价价格格( (万万美美元元) )产产地地 凝胶成像仪BIO-PRI1

48、0.97 离心浓缩仪RVC-2110.82 电子天平Sartoriu13.13德国 超声波清洗T1040H10.32美国 纯水器ZMQS510.47美国 粘度计RVDV+C11.13美国 水浴摇床Memm10.19德国 加热干燥箱Vacuub11.23德国 耐腐蚀真空泵Sigma10.38德国 冷冻离心机Hund11.18德国 20 显微镜DE4010.45德国 密度计WTW11.31瑞士 酸度计Heidop10.52德国 旋转蒸发仪Heidop11.24德国 磁力搅拌H+P10.6德国 高压灭菌锅INCO2/111.12德国 二氧化碳培养箱Christ11.12德国 冷冻干燥箱OCA2011

49、.7德国 接触角测量仪Seward13.19德国 冷冻切片机11.75德国 21 红外光谱分析仪FTIR-89012.4日本 紫外光谱分析仪UV-250112.16日本 22 扫描电子显微镜XL30ES148 Philips 透射电子显微镜TecnaiF174或Joel 23 多谱乐血粘度仪CS/CSR110德国 24 冷等静压仪DorstPH219德国 25 快速成型仪FDM3000120美国 26 慢速锯Isomet11.5瑞士 27 立体显微镜SMZ150011.2日本 28 混匀实验机HM2013德国 29 电动搅拌仪Z110010.3日本 30 Oscillating theom O

50、sRh13.5英国 31 等离子喷涂设备GTV-MF140德国 小计33237.88 合计76714.5 设设备备清清单单（续续） 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 4生产工艺流程生产工艺流程 4 41 1 纳米陶瓷复合人工髋关节的生产工艺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：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，加入去离子水、酒精、粘结剂等助剂， 由搅拌磨进行混合，

51、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 5060m，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 XCT 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，不合格品将进行粉碎处理 后重新回干燥造

52、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 XCT 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 封包装，封装

53、产品送清华大学做钴 60 照射杀菌后入库保存。 股骨柄：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：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

54、工髋关节生产工艺流程见图 5.1。 ZrO2Al2O3Y2O3 酒精 去离子水混合粘结剂 喷雾干燥 静压成形 精加工 XCT质检 股骨柄毛坯烧结 喷砂XCT质检 喷钴铬钼合金圆球加工 喷HA涂层精加工 精加工精抛光 质检超净室封装外购髋臼 钴60照封质检 入库 图图5.1 人人工工髋髋关关节节工工艺艺流流程程示示意意图图 4 42 2 纳米陶瓷人工骨生产工艺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，

55、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 4560m 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 Ca3(PO4)2等经粉料处理， 加入氨水、去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 11001200的温度下烧结成磷酸钙（带 10 个去离子 水） ，再由搅拌

56、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 5060m 的圆颗粒。 人工骨生产工艺流程见图 5.2。 Ca2(HPO4)2氨水 去离子水粉料处理 时效缓冲反应 干燥 烧结 粉碎 辅料喷雾干燥 造粒（HA粉） 模具成型 烧结 质检 入库（人工骨） 图图5 5. .2 2 人人工工骨骨工工艺艺流流程程示示意意图图 第六章第六章 原材料供应及外部配套条件落实情况原材料供应及外部配套条件落实情况 1 1原材料供应原材料供应 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

57、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去离子水t/a6自制 7氨水kg/a100外购 8Ca3(PO4)2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 2外部配套条件落实情况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。 第七章第七章 环保、节能、消防环保、节能、消防 1 1环境保护环境保护 1 11 1 周边环境周边环境 项目位于

58、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。 12 项目环境影响 121 废水：该项目生产过程中不排出废水，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：200300，BOD100200；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。 122 废气：生产中无废气排出。 123 废渣：生产中无废渣排出。 124 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

59、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。 125 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，定时外运即可。 126 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： 21 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。 22 生产

60、用冷却用水循环使用，循环量约 3 立方米/小时。 23 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。 24 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。 24 用电设备安装静电电容器进行无功补偿，功率因数可达 0.95 以上。 26 变压器采用国家推荐的新式 S9 系列铜线双饶组变压器。 27 对大功率（30KW 以上）的用电设备设电流表进行监控。 28 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。 29 卫生器具采用节水型新产品。 210 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 31 该项目消防系统