前面讲到了材料学的一般属性，当然还有一些属性没有讲到，但已经相对比较抽象，暂不打算介绍，在这里先介绍与临床较密切一点的骨质与内植物的材料学。
骨质是生物体内天然的承力材料，既具有材料学的一般属性，也具有其自身的特有属性；在骨科领域经常将一些人工材料应用于临床，发挥其临时或永久替代生物承力材料的功能，目前应用于骨科临床的生物功能材料主要包括金属材料、无机材料（生物活性陶瓷、羟基磷灰石等）和有机材料等三大类，其中金属材料可作为金属内植物为骨折端提供良好的保护和支撑，已经成功地应用于骨折治疗已有近百年的历史，是骨科临床应用的主体材料。骨科临床医生是骨折治疗者，应该本着“知己知彼”的原则，从材料学角度对骨及金属有一个充分认识。
骨材料是由骨细胞制造的骨基质，骨基质才是骨材料发挥力学功能的物质基础。骨基质的最简化结构可以看做是由单根有机胶原纤维及沉积于其上的无机羟基磷灰石组成，有机胶原纤维体现韧性，羟基磷灰石体现坚硬度，二者的比例关系决定了骨材料的基本材料学特性。
（一）骨材料的抗变形能力
骨材料作为生物体的力学载体必须具有一定的抵抗变形的能力，模量与刚度一样是衡量这一能力的指标。
1、骨材料的模量
骨材料的模量也是指单位量的骨材料在受力状态下应力与应变之比，骨材料的模量越大其抵抗形变基础能力越强，其大小主要受到两个方面的影响，首先主要影响骨材料模量的大小的是骨密度，骨密度越高其抵抗变形的能力一般越强；在骨密度一定的情况下，骨成分比例对骨材料的抗变形能力构成重要影响，无机盐所占的比例越大其越不容易发生形变，抵抗变形的能力越大。骨材料抵抗变形的能力与年龄因素关系密切，新生儿骨材料的密度及矿化程度均不高，其模量最小，抵抗变形的能力最差；但随着年龄的增长，骨材料的密度及无机盐比例也逐渐升高，至青壮年时骨密度达到最高，无机与有机物质的比例也最为合理，其模量也最大，单位骨量抵抗变形的能力达到越强；其后无机盐的比例亦逐渐升高，但骨密度出现了逐渐下降的趋势，骨量逐渐减少，单位骨量抵抗变形的能力逐渐下降。儿童骨骼抵抗变形的能力差容易发生形变而导致畸形，所以儿童在发育阶段不要过早负重，以影响身体形态。
2、骨骼的刚度
骨骼的刚度是指在受力状态下生物体内具体骨骼的应力与应变之比，骨骼刚度与骨材料的模量不同，骨材料的模量是微观骨质的性质，与几何形态尺寸无关，而骨骼刚度是宏观个体骨骼的性质。同一个体同一骨骼其刚度主要受到两个方面的影响，一是骨骼刚度受骨组织基础模量的影响，同一骨骼基础模量越小其刚度也越小；二是骨骼刚度受外部几何尺寸与形态的的影响，同一骨骼的刚度与长度成反比，而与截面积大小成反比。骨骼刚度也表现出与年龄因素相关性的属性，小儿的骨骼处于不断生长发育的过程中，骨模量逐渐增大，长度不断延长，截面积不断增大，综合体现其骨骼刚度也不断提升，至青壮年骨骼刚度达到最大，此后与模量一样又出现逐渐下降的趋势。同一个体不同骨骼之间的刚度也是有联系的，机制是虽然生物体体内每一个部位骨骼的几何参数有所不同，但模量是一致的，直径较小的骨骼其长度一般相应的较短，二者抵消了对刚度的影响，最终能够保持同一个体内的不同骨骼之间的刚度基本一致。从进化论的角度也能印证这种一致性，试想如果不同部位的刚度不一致，在运动过程中就会出现生物体内不同部位之间受力特性不协调的情况，容易出现应力的集中现象而受伤淘汰。
（二）骨材料的应变能力
骨材料虽然具有一定的抵抗外力不变形的能力，但任何材料在受力的情况下都存在正常的应变特性，这种正常的应变对骨损伤能够起到类似缓冲带的作用。骨材料的应变能力与骨材料中的有机成分的比例正相关，胶原纤维所占比例越高骨质越柔韧，骨材料中的胶原纤维含量与年龄因素密切相关，一般随年龄的增长而下降。
用于衡量骨材料的应变能力的概念有两个，一个是骨材料的应变，另一个是骨组织的极限应变。应变是骨材料的即时应变率，而极限应变是指骨材料达到断裂时的即时应变率。现有的资料显示骨皮质材料的极限应变量是2%，而骨松质的极限应变量是7%，在骨科临床的讨论中也一直将这一数字作为标准，实际上作者对这一数字具体来源并没有考证到，只是在《坎贝尔骨科学》中出现，其实骨材料的应变率不是固定的，不同的个体之间存在不同，不同的年龄之间也存在不同，千篇一律的一个数字肯定是不科学的，但作为一种大致的区间还是有定性价值的。从这一应变率上看骨的弹性应变率很小，很快就进入不可逆性塑性应变阶段，故骨材料属于一种脆性生物材料，根据骨的形变量与形变率关系公式，骨骼总的吸收形变量的能力还与骨骼长度相关。
（三）骨材料的抗毁损能力
骨材料抗毁损断裂的能力可用量两个强度概念加以描述，分别是极限冲击强度、疲劳强度。
1、骨材料的极限强度
骨材料的极限强度是指使骨质发生毁损断裂的一次性冲击应力的大小，骨材料的极限强度与多种因素相关。
首先，骨极限强度与骨量的多少密切相关，骨量越多抵抗外力的元素越多，强度越大。骨量的多少决定于骨密度及骨容量，密度一定的情况下容量越大骨量越多，如同一个人的股骨及肱骨，二者的骨密度基本一致，但股骨的容量较肱骨大，股骨的强度较肱骨高，抵抗断裂毁损的能力强；而容量一定的情况下骨密度越大骨量越多，如体格相近的老年股骨与青壮年股骨，青壮年的骨密度高，其股骨的强度也大。
其次，骨极限强度与骨中有机与无机成分配比相关，一种成分的过多或过少都将对骨强度构成影响，青壮年的骨质因胶原与矿物质含量恰当，骨强度最大；儿童胶原含量多，老年矿物质含量多，骨强度均明显下降。
再次，骨的极限强度还与骨的负荷方式相关，骨单位抵抗纵轴一致的负荷能力强，抵抗与纵轴垂直的复合能力较差，这决定了骨皮质纵向的强度较横向强度大的多，与骨皮质垂直的负荷容易发生骨损伤。在纵向负荷里，抗压强度较抗拉强度大的多，故弯曲骨张力侧强度较压力侧强度小，骨折时往往首先发生张力侧骨质首先断裂。
另外，骨的极限强度还与骨的结构形式相关，在相同骨量的情况下，与实心结构相比较，组成空心结构虽然不能提高有效的横截面积，但可以大大提高截面惯性矩及截面极惯性矩，故二者抗压力及抗张力能力类似，但抵抗弯曲和扭转能力大大提高（有资料显示空心是实心的2倍多）。
成人股骨骨皮质极限强度
负荷类型 | 极限强度（MPa） | |
纵 向 | 拉力 | 133 |
压力 | 193 | |
横 向 | 拉力 | 51 |
压力 | 133 | |
2、骨材料的疲劳强度
并不是所有的骨损伤都是一次性冲击载荷所致，周期性交变循环载荷也能使骨材料发生毁损断裂，当每天不断地承受这种周期性交变负荷时，如果超过了机体的修复能力，就会达到骨的疲劳强度而发生疲劳性骨折，交变负荷每一次损伤肉眼并不可见，但显微镜下可发现微损伤，且这种损伤可以不断地积累。正常人体有强大的修复能力，在日常生活中皮质骨不会发生疲劳损伤，只有当持续的应力损伤累积超出了骨皮质自身修复能力时才很快受损，此时进行组织学检查会发现骨皮质内部出现一些微裂纹，试验表明拉伸力比压缩力造成微裂纹要显著地多，压缩力比拉伸力造成微裂纹要显著地长。
（待续）
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