生物陶瓷介紹

概念介紹

生物陶瓷(Bioceramics)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直接相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。作為生物陶瓷材料，需要具備如下條件：生物相容性，力學(xué)相容性，與生物組織有優(yōu)異的親和性，抗血栓，滅菌性并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。包括精細(xì)陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。根據(jù)使用情況，生物陶瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。前者植入人體內(nèi)以恢復(fù)和增強(qiáng)生物體的機(jī)能，是直接與生物體接觸使用的生物陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管和穿皮接頭等。后者用于固定酶、分離細(xì)菌和病毒以及作為生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，是使用時(shí)不直接與生物體接觸的生物陶瓷。

使用條件

（1）與生物體的親和性好，即植入的陶瓷被侵蝕、分解的產(chǎn)物無毒，不使生物細(xì)胞發(fā)生變異、壞死，不會引起炎癥、生長肉芽等。

（2）在體內(nèi)有長期功能且可靠性高，即在10～20年的長期使用中，不會降低強(qiáng)度，不發(fā)生表面變質(zhì)，對生物體無致癌作用等。

（3）易于在短期內(nèi)成形加工。

（4）容易滅菌，陶瓷不同于金屬，它具有強(qiáng)共價(jià)鍵性質(zhì)，即使在生物體內(nèi)苛刻的化學(xué)條件下，也具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，排異反應(yīng)遲緩，具備長期使用的機(jī)械性質(zhì)。與有機(jī)高分子材料相比，生物體陶瓷耐熱性好，便于進(jìn)行高壓滅菌。

歷史

生物陶瓷材料作為生物醫(yī)學(xué)材料始于18世紀(jì)初。

1808年初成功制成了用于鑲牙的陶齒；

1871年，羥基磷灰石被人工合成。

1894年，H.Dreeman報(bào)道使用熟石膏作為骨替換材料。

1926年Bassett用X-射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基磷灰石的X射線譜相似。

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)。

1963年在生物陶瓷發(fā)展史上也是重要的一年，該年Smith 報(bào)告發(fā)展了一種陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限制，直到1971年才有羥基磷灰石被成功研制并擴(kuò)大到臨床應(yīng)用的報(bào)道。

1974年，Hench在設(shè)計(jì)玻璃成分時(shí)，曾有意識地尋求一種容易降解的玻璃，當(dāng)把這種玻璃材料植入生物體內(nèi)作為骨骼和牙齒的替代物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些材料中的組織可以和生物體內(nèi)的組分互相交換或者反應(yīng)，最終形成與生物體本身相容的性質(zhì)，構(gòu)成新生骨骼和牙齒的一部分。這種將無機(jī)材料與生物醫(yī)學(xué)相聯(lián)系的開創(chuàng)性研究成果，很快得到了各國學(xué)者的高度重視。

中國20世紀(jì)70年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。1974年開展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究；1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(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。中國上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位對生物陶瓷都進(jìn)行了深入的研究。生物陶瓷的應(yīng)用范圍也正在逐步擴(kuò)大，現(xiàn)可應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結(jié)合材料、還可應(yīng)用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管，經(jīng)皮引線可應(yīng)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)監(jiān)測等。

分類

生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如致密羥基磷灰石，生物活性玻璃等)。

生物惰性陶瓷

生物惰性陶瓷主要是指化學(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)用碳素材料等。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。

生物活性陶瓷

生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。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。生物活性陶瓷具有骨傳導(dǎo)性，它作為一個(gè)支架，成骨在其表面進(jìn)行；它還可作為多種物質(zhì)的外殼或填充骨缺損。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、羥基磷灰石陶瓷、磷酸三鈣陶瓷等幾種。

生物陶瓷材料
類別	材料	應(yīng)用
生物惰性陶瓷	多晶氧化鋁陶瓷	人工髖關(guān)節(jié)陶瓷球頭和陶瓷帽、膝關(guān)節(jié)、假牙、牙槽、托槽、人工中耳骨等
	多晶透明氧化鋁陶瓷	牙齒矯正用托槽
	單晶氧化鋁
	氧化鋯瓷(YSZ)	牙根、股關(guān)節(jié)、人工骨、瓣膜等
	氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）	髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)球頭
	氮化硅陶瓷（β相）	關(guān)節(jié)球頭球帽、脊柱
	單晶材料
	玻璃陶瓷
生物活性陶瓷 （表面活性和生物吸收）	生物活性玻璃(BAG)	骨缺損修復(fù)、玻璃粉傷口止血、愈合
	羥基磷灰石瓷（HA）	骨修復(fù)再生
	HA/TCP復(fù)合陶瓷	一定強(qiáng)度和降解吸收
	磷酸三鈣陶瓷(β-TCP)	易降解吸收
	磷酸一鈣陶瓷
	硫酸鈣陶瓷
抗菌材料
生物磁性陶瓷

 

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