生物陶瓷介绍

生物陶瓷介绍

概念介绍

生物陶瓷(Bioceramics)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直接相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。作为生物陶瓷材料，需要具备如下条件：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。包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶。根据使用情况，生物陶瓷可分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。前者植入人体内以恢复和增强生物体的机能，是直接与生物体接触使用的生物陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心脏瓣膜、人造血管和其他医用人造气管和穿皮接头等。后者用于固定酶、分离细菌和病毒以及作为生物化学反应的催化剂，是使用时不直接与生物体接触的生物陶瓷。

使用条件

（1）与生物体的亲和性好，即植入的陶瓷被侵蚀、分解的产物无毒，不使生物细胞发生变异、坏死，不会引起炎症、生长肉芽等。

（2）在体内有长期功能且可靠性高，即在10～20年的长期使用中，不会降低强度，不发生表面变质，对生物体无致癌作用等。

（3）易于在短期内成形加工。

（4）容易灭菌，陶瓷不同于金属，它具有强共价键性质，即使在生物体内苛刻的化学条件下，也具有良好的化学稳定性，排异反应迟缓，具备长期使用的机械性质。与有机高分子材料相比，生物体陶瓷耐热性好，便于进行高压灭菌。

历史

生物陶瓷材料作为生物医学材料始于18世纪初。

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 报告发展了一种陶瓷骨替代材料。由于技术方面的限制，直到1971年才有羟基磷灰石被成功研制并扩大到临床应用的报道。

1974年，Hench在设计玻璃成分时，曾有意识地寻求一种容易降解的玻璃，当把这种玻璃材料植入生物体内作为骨骼和牙齿的替代物时，发现有些材料中的组织可以和生物体内的组分互相交换或者反应，最终形成与生物体本身相容的性质，构成新生骨骼和牙齿的一部分。这种将无机材料与生物医学相联系的开创性研究成果，很快得到了各国学者的高度重视。

中国20世纪70年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。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。中国上海硅酸盐研究所、华南理工大学、北京市口腔医学研究所等单位对生物陶瓷都进行了深入的研究。生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大，现可应用于人工骨、人工关节、人工齿根、骨充填材料、骨置换材料、骨结合材料、还可应用于人造心脏瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工气管，经皮引线可应用于体内医学监测等。

分类

生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如致密羟基磷灰石，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、氧化锆以及医用碳素材料等。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。

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。生物活性陶瓷具有骨传导性，它作为一个支架，成骨在其表面进行；它还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。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。

生物陶瓷材料
类别	材料	应用
生物惰性陶瓷	多晶氧化铝陶瓷	人工髋关节陶瓷球头和陶瓷帽、膝关节、假牙、牙槽、托槽、人工中耳骨等
	多晶透明氧化铝陶瓷	牙齿矫正用托槽
	单晶氧化铝
	氧化锆瓷(YSZ)	牙根、股关节、人工骨、瓣膜等
	氧化锆增韧氧化铝（ZTA）	髋关节、膝关节、肩关节球头
	氮化硅陶瓷（β相）	关节球头球帽、脊柱
	单晶材料
	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)	骨缺损修复、玻璃粉伤口止血、愈合
	羟基磷灰石瓷（HA）	骨修复再生
	HA/TCP复合陶瓷	一定强度和降解吸收
	磷酸三钙陶瓷(β-TCP)	易降解吸收
	磷酸一钙陶瓷
	硫酸钙陶瓷
抗菌材料
生物磁性陶瓷

 

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