生物陶瓷材料

生物陶瓷材料主要内容1.生物陶瓷的概述2.生物陶瓷发展历程3.生物陶瓷的分类4.典型的生物陶瓷材料5.生物陶瓷需要解决的问题1.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类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的一类材料。广义讲，凡是与生物工程相关的陶瓷材料统称为生物陶瓷。做为生物陶瓷材料，需具备如下条件：生物相容性、力学相容性，与生物组织有优异的亲和性、抗血栓、灭菌性，并具有很好的物理、化学稳定性。2.生物陶瓷的发展历程1808年初成功制成了用于镶牙的陶齿1871年，羟基磷灰石被人工合成1894年，H.Dreeman报道使用熟石膏作为骨替换材料1926年，Bassett用X射线衍射分析发现骨和牙的矿物质与羟基磷灰石的X射线谱相似1928年，Leriche和Policard开始研究和应用磷酸钙作为骨替换材料1930年，Naray-Szabo和Mehmel独立地应用X-ray衍射分析确定了氟磷灰石的结构1963年在生物陶瓷发展史上也是重要的一年，该年Smith报告发现了一种陶瓷骨替代材料1974年开展微晶玻璃用于人工关节的研究；1977年氧化铝陶瓷在临床上获得应用1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以后又有新型生物陶瓷材料不断出现并应用于临床3.生物陶瓷的分类(2)根据与生物组织的作用机制,生物陶瓷大致可分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷，生物吸收性陶瓷。(1)广义的生物陶瓷可以分为与人体相关的陶瓷(种植类陶瓷)和与生物化学相关的陶瓷(生物工程类陶瓷)（一）生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定、生物相容性好的陶瓷材料。如氧化铝、氧化锆以及医用碳质材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定,分子中的键合力较强,而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性，主要表现为材料周围会形成厚度不同的包裹性纤维膜。4.典型的生物陶瓷材料

主要用于人体骨骼、关节及齿根的修复和替换，以及心脏瓣膜(1)碳质材料图1全热解碳双叶瓣人工心脏瓣膜弹性模量为20GPa抗弯强度高达275-620MPa韧性好（2）氧化铝陶瓷

单晶氧化铝是一种新型生物陶瓷，c轴方向具有相当高的抗弯强度,耐磨性能好,耐热性好,可以直接与骨固定。已被用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈,也不会溶解出有害离子,与金属螺栓不同,勿需取出体外。（二）生物活性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羟基,还可做成多孔性,生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收,在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、羟基磷灰石陶瓷、磷酸三钙陶瓷等几种。主要用于骨组织的修复。（1）生物活性玻璃陶瓷

主要采用溶胶-凝胶法制备,采用该方法制备的材料具有特殊的化学组成,纳米团簇结构和微孔,因而比表面积较大,生物活性比其他生物玻璃及微晶玻璃更好。由于溶胶-凝胶法制备的材料纯度好、均匀性高、生物活性好和比表面积大等特点,具有更好的研究及应用价值,特别是生物活性玻璃多孔材料在用作骨组织工程支架方面具有很好的前景。

羟基磷灰石(hydroxyapatite,简称HA或HAP)组成与天然磷灰石矿物相近,是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构亦非常接近,呈片状微晶状态。它作为骨代替物被用于骨移植。HA有良好的生物相容性,植入体内安全。可见肌组织紧紧包裹住复合陶瓷材料表面，两者界面接触紧密,复合生物陶瓷周围为一层薄薄的纤维组织包绕肌组织细胞结构正常，未见淋巴细胞,巨噬细胞浸润,亦未见肌组织细胞溶解、坏死迹象,即无排斥及毒性反应,具有较好的生物相容性。图5植入生物陶瓷的生物切片显微图像（2）羟基磷灰石陶瓷图6HA生物陶瓷听小骨置换体适用于因炎症或者外伤等病症引起的听小骨缺损，畸形的患者做听小骨置换手术(3)磷酸三钙目前广泛应用的生物降解陶瓷为β-磷酸三钙(简称β-TCP),β-TCP的最大优势就是生物相容性好,植入机体后与骨直接融合,无任何局部炎性反应及全身毒副作用。磷酸钙陶瓷更类似于人骨和天然牙的性质和结构在生物体内，羟基磷灰石的溶解是无害的，并且依靠从体液中补充Ca

和PO4

离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合。图7β

-磷酸三钙对骨骼修复图5.生物陶瓷存在的问题和发展前景(1)提高现有生物陶瓷的强度和改善韧性(2)深入研究种植体与骨界面的作用过程以及种植体与骨和软组织结合的机理,这对了解腐蚀、疲劳过程,摸索预防和控制的途径有重要意义。(3)提高非活性材料与生物的亲和作用及活性材料的强度。6.参考文献[1]张艳丽.生物陶瓷材料及其发展动态

.中国陶瓷，2007,43（3）：14[2]曾绍先.医用生物陶瓷及临床应用.化学进展,

1997,9(1):90