生物陶瓷材料

1、生物陶瓷材料生物陶瓷材料主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.生物陶瓷的概述2.2.生物陶瓷發(fā)展歷程3.3.生物陶瓷的分類4.4.典型的生物陶瓷材料5.5.生物陶瓷需要解決的問題1.1.生物陶瓷的概述生物陶瓷的概述 生物陶瓷（Bioceramies）是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的一類材料。廣義講，凡是與生物工程相關(guān)的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。 做為生物陶瓷材料，需具備如下條件：生物相容性生物相容性、力學(xué)力學(xué)相容性相容性，與生物組織有優(yōu)異的親和性親和性、抗血栓抗血栓、滅菌性，滅菌性，并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性物理、化學(xué)穩(wěn)定性。2.2.生物陶瓷的

2、發(fā)展歷程生物陶瓷的發(fā)展歷程1808年初成功制成了用于鑲牙的陶齒18711871年年，羥基磷灰石被人工，羥基磷灰石被人工合成合成1894年，H.Dreeman報道使用熟石膏作為骨替換材料19261926年年，BassettBassett用用X X射線射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基磷灰石磷灰石的的X X射射線譜線譜相似相似1928年，Leriche和Policard開始研究和應(yīng)用磷酸鈣作為骨替換材料1930年，Naray-Szabo和Mehmel獨(dú)立地應(yīng)用X-ray衍射分析確定了氟磷灰石的結(jié)構(gòu)19631963年在生物陶瓷發(fā)展史上也是重要的一年，年在生物陶瓷發(fā)展

3、史上也是重要的一年，該年該年 SmithSmith報告報告發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了了一種陶瓷骨替代一種陶瓷骨替代材料材料1974年開展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究；19771977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用應(yīng)用1979 年高純氧化鋁單晶用于臨床，以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn)并應(yīng)用于臨床3.3.生物陶瓷的分類生物陶瓷的分類(2)根據(jù)與生物組織的作用機(jī)制, 生物陶瓷大致可分為生物生物惰性惰性陶瓷陶瓷、生物活性陶瓷生物活性陶瓷，生物吸收生物吸收性陶瓷性陶瓷。(1)廣義的生物陶瓷可以分為與人體相關(guān)的陶瓷(種植類陶瓷)和與生物化學(xué)相關(guān)的陶瓷(生物工程類陶瓷) （一）生物生物惰性陶瓷惰性陶瓷

4、主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定、生物相容性好的陶瓷材料。如氧化鋁、氧化鋯以及醫(yī)用碳質(zhì)材料等。這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定,分子中的鍵合力較強(qiáng),而且都具有較高的強(qiáng)度、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性，主要表現(xiàn)為材料周圍會形成厚度不同的包裹性纖維膜。4.4.典型的生物陶瓷材料典型的生物陶瓷材料 主要用于人體骨骼、關(guān)節(jié)及齒根的修復(fù)和替換，以及心臟瓣膜(1) (1) 碳質(zhì)材料碳質(zhì)材料圖1 全熱解碳雙葉瓣人工心臟瓣膜彈性模量為20GPa抗彎強(qiáng)度高達(dá)275-620MPa韌性好（2 2） 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 單晶氧化鋁 是一種新型生物陶瓷，c 軸方向具有相當(dāng)高的抗彎強(qiáng)度,耐磨性能好, 耐熱性好, 可以直接與骨固定。已被用作人工骨

5、、牙根、關(guān)節(jié)、螺栓。并且該螺栓不生銹,也不會溶解出有害離子, 與金屬螺栓不同, 勿需取出體外。（二）生物活性生物活性陶瓷陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷（生物降解陶瓷）。生物表面活性陶瓷通常含有羥基, 還可做成多孔性, 生物組織可長入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點(diǎn)是能部分吸收或者全部吸收, 在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長。生物活性陶瓷有生物活性生物活性玻璃玻璃、 羥基磷灰石陶瓷羥基磷灰石陶瓷、 磷酸三鈣陶瓷磷酸三鈣陶瓷等幾種。主要用于骨組織的修復(fù)。（1 1）生物活性）生物活性玻璃陶瓷玻璃陶瓷 主要采用溶膠- 凝膠法制備, 采用該方法制備的材料具有特殊的化學(xué)組成, 納米團(tuán)簇

6、結(jié)構(gòu)和微孔, 因而比表面積較大, 生物活性比其他生物玻璃及微晶玻璃更好。由于溶膠 - 凝膠法制備的材料純度好、均勻性高、生物活性好和比表面積大等特點(diǎn), 具有更好的研究及應(yīng)用價值, 特別是生物活性玻璃多孔材料在用作骨組織工程支架方面具有很好的前景。 羥基磷灰石 ( hydroxyapatite, 簡稱HA或HAP )組成與天然磷灰石礦物相近, 是脊椎動物骨和齒的主要無機(jī)成分, 結(jié)構(gòu)亦非常接近, 呈片狀微晶狀態(tài)。它作為骨代替物被用于骨移植。HA 有良好的生物相容性, 植入體內(nèi)安全。可見肌組織緊緊包裹住復(fù)合陶瓷材料表面，兩者界面接觸緊密,復(fù)合生物陶瓷周圍為一層薄薄的纖維組織包繞 肌組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常，

7、未見淋巴細(xì)胞 ,巨噬細(xì)胞浸潤 ,亦未見肌組織細(xì)胞溶解、壞死跡象 ,即無排斥及毒性反應(yīng) ,具有較好的生物相容性 。圖5 植入生物陶瓷的生物切片顯微圖像（2 2）羥基磷灰石陶瓷）羥基磷灰石陶瓷圖6 HA生物陶瓷聽小骨置換體適用于因炎癥或者外傷等病癥引起的聽小骨缺損，畸形的患者做聽小骨置換手術(shù)(3) (3) 磷酸磷酸三鈣三鈣 目前廣泛應(yīng)用的生物降解陶瓷為-磷酸三鈣( 簡稱- TCP),- TCP 的最大優(yōu)勢就是生物相容性好, 植入機(jī)體后與骨直接融合, 無任何局部炎性反應(yīng)及全身毒副作用。磷酸鈣陶瓷更類似于人骨和天然牙的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)，羥基磷灰石的溶解是無害的，并且依靠從體液中補(bǔ)充Ca 和PO4 離子等形成新骨，可在骨骼接合界面產(chǎn)生分解、吸收和析出等反應(yīng)，實現(xiàn)牢固結(jié)合。圖7 - 磷酸三鈣對骨骼修復(fù)圖5.5.生物陶瓷存在的問題和發(fā)展前景生物陶瓷存在的問題和發(fā)展前景(1) 提高現(xiàn)有生物陶瓷的強(qiáng)度和改善韌性(2) 深入研究種植體與骨界面的作用過程以及種植體與骨和軟組織結(jié)合的機(jī)理, 這對了解腐蝕、疲勞過程, 摸索預(yù)防和控制的途徑有重要意義。(3) 提高非活性材料與生物的親和作用及活性材料的強(qiáng)度。6. 6. 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 張艷麗. 生物陶瓷材料及其發(fā)展動態(tài) . 中國陶瓷，2007,43（3）：142 曾紹先. 醫(yī)用生物陶瓷及臨床應(yīng)用. 化學(xué)進(jìn)展, 1997