生物陶瓷材料

1、生物陶瓷材料的現(xiàn)狀與發(fā)展生物陶瓷材料的現(xiàn)狀與發(fā)展成成 員：員： 任鎮(zhèn)非任鎮(zhèn)非 吳秀遷吳秀遷 劉一璟劉一璟1. 生物陶瓷材料的概念簡述2. 生物材料的發(fā)展歷程3. 生物陶瓷材料的分類4. 生物陶瓷的特點及應用5. 生物材料發(fā)展的熱點6. 生物陶瓷材料的發(fā)展重點 目目 錄錄生物陶瓷材料的現(xiàn)狀與發(fā)展生物陶瓷材料的現(xiàn)狀與發(fā)展 生物陶瓷生物陶瓷（BioceramiesBioceramies）是指用作特定的）是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接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、生用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學等的陶瓷材料。廣義講，凡屬生物物化學

2、等的陶瓷材料。廣義講，凡屬生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。 生物陶瓷材料的概述生物陶瓷材料的概述生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后被用作人工硬組織的代替物被用作人工硬組織的代替物, , 并在應用中取得了寶貴的并在應用中取得了寶貴的經(jīng)驗、教訓。回顧歷史經(jīng)驗、教訓?；仡櫄v史, , 可分為幾個階段。可分為幾個階段。 18 18世紀世紀, , 主要采用天然材料作為骨修復材主要采用天

3、然材料作為骨修復材料料, , 如柳枝、木、麻、象牙及貴金屬等。如柳枝、木、麻、象牙及貴金屬等。 人工骨研究的啟蒙階段人工骨研究的啟蒙階段生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后被用作人工硬組織的代替物被用作人工硬組織的代替物, , 并在應用中取得了寶貴的并在應用中取得了寶貴的經(jīng)驗、教訓?；仡櫄v史經(jīng)驗、教訓?；仡櫄v史, , 可分為幾個階段?？煞譃閹讉€階段。 約約1919世紀前世紀前, , 由于冶金技術(shù)和陶瓷制備工

4、由于冶金技術(shù)和陶瓷制備工藝的發(fā)展藝的發(fā)展, , 開始用純金、純銀、鉑等貴金屬。開始用純金、純銀、鉑等貴金屬。 自然發(fā)展階段自然發(fā)展階段生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、當今人類社會使用的材料可分為金屬及其合金材料、有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后有機材料和無機非金屬材料三大類。這些材料都曾先后被用作人工硬組織的代替物被用作人工硬組織的代替物, , 并在應用中取得了寶貴的并在應用中取得了寶貴的經(jīng)驗、教訓?；仡櫄v史經(jīng)驗、教訓。回顧歷史, , 可分為幾個階段。可分為幾個階段。 20 20世紀中葉以前世紀中葉以前, , 由于冶金的進步由

5、于冶金的進步, , 鈷鉻鋁合金鈷鉻鋁合金年、純鈦和鈦合金年等被應用到人工骨領(lǐng)域年、純鈦和鈦合金年等被應用到人工骨領(lǐng)域, , 開始有開始有目的地探索新材料目的地探索新材料, , 有機玻璃等高分子材料年也開始有機玻璃等高分子材料年也開始應用臨床應用臨床, , 并在醫(yī)學種植技術(shù)與病例選擇方面積累了并在醫(yī)學種植技術(shù)與病例選擇方面積累了豐富經(jīng)驗。但基礎(chǔ)理論的研究還很不深人。豐富經(jīng)驗。但基礎(chǔ)理論的研究還很不深人。 探索階段探索階段生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 20 20世紀世紀6060年代初年代初, , 在新技術(shù)革命浪潮推動下在新技術(shù)革命浪潮推動下, , 材料材料科學迅速發(fā)展。人們開始有目的、有計

6、劃地探索、發(fā)科學迅速發(fā)展。人們開始有目的、有計劃地探索、發(fā)現(xiàn)和合成新材料現(xiàn)和合成新材料, , 其中最有代表性的生物陶瓷的研究其中最有代表性的生物陶瓷的研究和應用獲得了突飛猛進的發(fā)展。生物陶瓷的發(fā)展雖然和應用獲得了突飛猛進的發(fā)展。生物陶瓷的發(fā)展雖然還不到年還不到年, , 也同樣經(jīng)歷了上述時期。起初以單晶氧化也同樣經(jīng)歷了上述時期。起初以單晶氧化鋁陶瓷為先導鋁陶瓷為先導, , 隨后是多晶氧化鋁、表面呈珊瑚狀的隨后是多晶氧化鋁、表面呈珊瑚狀的氧化鋁等。其后是生物活性陶瓷氧化鋁等。其后是生物活性陶瓷, , 包括生物玻璃包括生物玻璃, , 經(jīng)經(jīng)基磷灰石和玻璃陶瓷類?；谆沂筒Ａ沾深?。 自自2020世紀

7、世紀7070年代起年代起, , 生物陶瓷顯露頭角生物陶瓷顯露頭角, , 世界各國世界各國相繼開展了理論和應用研究相繼開展了理論和應用研究, , 并且不斷取得突破性進并且不斷取得突破性進展。展。 迅速發(fā)展迅速發(fā)展階段階段 生物材料學是一個嶄新的領(lǐng)域，但生物材料本身生物材料學是一個嶄新的領(lǐng)域，但生物材料本身卻有著古老的歷史，只是它在當代才取得了快速的卻有著古老的歷史，只是它在當代才取得了快速的發(fā)展。追溯生物材料的歷史，不得不提到人工器發(fā)展。追溯生物材料的歷史，不得不提到人工器官人工器官的研究實際上是個古老的命題。官人工器官的研究實際上是個古老的命題。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 自自202

8、0世紀世紀7070年代起年代起, , 生物陶瓷顯露頭角生物陶瓷顯露頭角, , 世界各國世界各國相繼開展了理論和應用研究相繼開展了理論和應用研究, , 并且不斷取得突破性進展。并且不斷取得突破性進展。 公元前約公元前約35003500年古埃及人就利用棉花纖維、馬鬃作年古埃及人就利用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口。而這些棉花纖維、馬鬃則可稱為原縫合線縫合傷口。而這些棉花纖維、馬鬃則可稱為原始的生物材料。墨西哥的印第安人使用木片修補受傷始的生物材料。墨西哥的印第安人使用木片修補受傷的顱骨。公元前的顱骨。公元前25002500年前中國、埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)年前中國、埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、假耳。

9、人類很早就用黃金來修復缺損有假牙、假鼻、假耳。人類很早就用黃金來修復缺損的牙齒。的牙齒。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程文獻記載，文獻記載，15881588年人們年人們就用就用黃金板修復顎骨。黃金板修復顎骨。17751775年，就有用年，就有用金屬固定金屬固定體內(nèi)骨折體內(nèi)骨折的記載。的記載。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程18001800年有大量有關(guān)應用年有大量有關(guān)應用金屬板固定骨折金屬板固定骨折的報道。的報道。18081808年初成功制成了用于鑲牙的年初成功制成了用于鑲牙的陶齒陶齒。18091809年有人用年有人用黃金制成種植牙齒黃金制成種植牙齒。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程

10、18511851年，報道使用年，報道使用硫化天然橡膠硫化天然橡膠制成人工牙托和顎骨。制成人工牙托和顎骨。18711871年，年，羥基磷灰石羥基磷灰石被人工合成。被人工合成。18941894年，年，H.DreemanH.Dreeman報道使用報道使用熟石膏熟石膏作為骨替換材料。作為骨替換材料。 1926 1926年，年，Bassett Bassett 用用X-X-射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與物質(zhì)與羥基磷灰石羥基磷灰石的的X X射線譜相似。射線譜相似。 1928 1928年，年，LericheLeriche 和和 PolicardPolicard 開始研究和應用開始研

11、究和應用磷酸磷酸鈣鈣作為骨替換材料。作為骨替換材料。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程 1930 1930年，年，Naray-Szabo Naray-Szabo 和和 Mehmel Mehmel 獨立地應用獨立地應用 X-ray X-ray 衍射分析確定了衍射分析確定了氟磷灰石氟磷灰石的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。19371937年，牙科醫(yī)學中開始應用年，牙科醫(yī)學中開始應用聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯。 二戰(zhàn)期間，人們開始試驗用聚乙烯塑料制造血管替代二戰(zhàn)期間，人們開始試驗用聚乙烯塑料制造血管替代材料。材料。19581958年，外科醫(yī)生嘗試用年，外科醫(yī)生嘗試用滌綸滌綸仿造動脈血管。仿造動脈血管。 1963

12、 1963 年在生物陶瓷發(fā)展史上是重要年在生物陶瓷發(fā)展史上是重要的一年，該年的一年，該年Smith Smith 報告發(fā)展了一種報告發(fā)展了一種陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限制，直到制，直到19711971年才有年才有羥基磷灰石羥基磷灰石被成被成功研制并擴大到臨床應用。功研制并擴大到臨床應用。 1974 1974年，年，Hench Hench 在設計玻璃成分時，曾有意識地尋求在設計玻璃成分時，曾有意識地尋求一種容易降解的玻璃，當把這種玻璃材料植入生物體內(nèi)一種容易降解的玻璃，當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，發(fā)現(xiàn)有些材料中的組織可作為骨骼和牙齒的

13、替代物時，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，最終形成與生以和生物體內(nèi)的組分互相交換或者反應，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。物體本身相容的性質(zhì)，構(gòu)成新生骨骼和牙齒的一部分。這研究成果，很快得到了各國學者的高度重視。這研究成果，很快得到了各國學者的高度重視。 早在早在19691969年，年，TalbertTalbert就將不同孔隙率的顆粒狀就將不同孔隙率的顆粒狀AlAl2 2O O3 3陶瓷陶瓷作為永久性可移植骨假體，植入成年雜種狗的股作為永久性可移植骨假體，植入成年雜種狗的股骨中進行實驗，發(fā)現(xiàn)多晶氧化鋁陶瓷對包括生物環(huán)境骨中進行實驗，發(fā)現(xiàn)多晶

14、氧化鋁陶瓷對包括生物環(huán)境在內(nèi)的任何環(huán)境都呈現(xiàn)惰性及其優(yōu)越的耐磨損性和高在內(nèi)的任何環(huán)境都呈現(xiàn)惰性及其優(yōu)越的耐磨損性和高的抗壓強度。使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應的抗壓強度。使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應用的生物惰性陶瓷材料。用的生物惰性陶瓷材料。生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程生物材料的發(fā)展歷程中國中國2020世紀世紀7070年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。19741974年開展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究。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應用。年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應用。 197

15、9 1979年高純氧化鋁單晶用于臨床，以后又有新型生物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)，并應用于臨床。陶瓷材料不斷出現(xiàn)，并應用于臨床。生物陶瓷材料的分類生物陶瓷材料的分類 根據(jù)種植材料與生物體組織的反應程度，根據(jù)種植材料與生物體組織的反應程度，可將種植類陶瓷分為兩類：可將種植類陶瓷分為兩類：生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷材料生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料生物陶瓷材料的分類生物陶瓷材料的分類 生物惰性陶瓷主要是指化學性能穩(wěn)定，生物相容生物惰性陶瓷主要是指化學性能穩(wěn)定，生物相容性好，在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應或反應性好，在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應或反應很小。如：很

16、小。如：氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、等。、等。 這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力較強，而且都具有較高的機械強度、耐磨性以及較強，而且都具有較高的機械強度、耐磨性以及化學穩(wěn)定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷化學穩(wěn)定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及陶材組成。其中，以以及陶材組成。其中，以AlAl、MgMg、TiTi、ZrZr 的氧化的氧化物應用最為廣泛。物應用最為廣泛。1 1、生物惰性陶瓷材料、生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 早在早在1969 1969 年，年， AlAl2 2O O3 3 陶瓷就作為永久性可移

17、植陶瓷就作為永久性可移植骨假體，植入成年雜種狗的股骨中進行實驗，發(fā)骨假體，植入成年雜種狗的股骨中進行實驗，發(fā)現(xiàn)多晶氧化鋁陶瓷對包括生物環(huán)境在內(nèi)的任何環(huán)現(xiàn)多晶氧化鋁陶瓷對包括生物環(huán)境在內(nèi)的任何環(huán)境都呈現(xiàn)惰性及其優(yōu)越的境都呈現(xiàn)惰性及其優(yōu)越的耐磨損性和高的抗壓強耐磨損性和高的抗壓強度度。使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應用的。使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應用的生物惰性陶瓷材料。生物惰性陶瓷材料。 目前氧化鋁陶瓷材料已經(jīng)應用于人造骨、人工關(guān)目前氧化鋁陶瓷材料已經(jīng)應用于人造骨、人工關(guān)節(jié)及人造齒根的制作方面。節(jié)及人造齒根的制作方面。 氧化鋁陶瓷材料氧化鋁陶瓷材料 氧化鋁陶瓷植入人體后，體內(nèi)軟組織在其表

18、面生氧化鋁陶瓷植入人體后，體內(nèi)軟組織在其表面生成極薄的纖維組織包膜，在體內(nèi)可見纖維細胞增成極薄的纖維組織包膜，在體內(nèi)可見纖維細胞增生，界面無化學反應，多用于全臀復位修復術(shù)及生，界面無化學反應，多用于全臀復位修復術(shù)及股骨和髖骨部連接。單晶氧化鋁陶瓷的機械性能股骨和髖骨部連接。單晶氧化鋁陶瓷的機械性能更優(yōu)于多晶氧化鋁，適用于負重大、耐磨要求高更優(yōu)于多晶氧化鋁，適用于負重大、耐磨要求高的部位。的部位。 但是由于但是由于AlAl2 2O O3 3屬脆性材料，沖擊韌性較低，且彈屬脆性材料，沖擊韌性較低，且彈性模量和人骨相差較大，可能引起骨組織的應力，性模量和人骨相差較大，可能引起骨組織的應力，從而引起骨

19、組織的萎縮和關(guān)節(jié)松動，在使用過程從而引起骨組織的萎縮和關(guān)節(jié)松動，在使用過程中，常出現(xiàn)脆性破壞和骨損傷，且不能直接與骨中，常出現(xiàn)脆性破壞和骨損傷，且不能直接與骨結(jié)合。結(jié)合。 氧化鋁陶瓷材料氧化鋁陶瓷材料生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 目前，國外有關(guān)學者通過各種方法，使目前，國外有關(guān)學者通過各種方法，使AlAl2 2O O3 3 陶陶瓷在韌性和相容性方面取得了顯著提高。瓷在韌性和相容性方面取得了顯著提高。 如在陶瓷表面如在陶瓷表面涂上骨親和性高的陶瓷涂上骨親和性高的陶瓷，特別是能，特別是能和骨發(fā)生化學結(jié)合的磷灰石，已經(jīng)制造出更加先和骨發(fā)生化學結(jié)合的磷灰石，已經(jīng)制造出更加先進的人工

20、關(guān)節(jié)。通過進的人工關(guān)節(jié)。通過相變或微裂相變或微裂等增韌方法，也等增韌方法，也可以提高材料的韌性?？梢蕴岣卟牧系捻g性。 近年，氧化鋯陶瓷由于其優(yōu)良的力學性能，尤其近年，氧化鋯陶瓷由于其優(yōu)良的力學性能，尤其是其遠高于氧化鋁瓷的斷裂韌性，使其作為增強是其遠高于氧化鋁瓷的斷裂韌性，使其作為增強增韌第二相材料在人體硬組織修復體方面取得了增韌第二相材料在人體硬組織修復體方面取得了較大研究的進展。較大研究的進展。 氧化鋁陶瓷材料氧化鋁陶瓷材料生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 生物惰性陶瓷在體內(nèi)被纖維組織包裹或與骨組織生物惰性陶瓷在體內(nèi)被纖維組織包裹或與骨組織之間形成纖維組織界面的特性影響了該材料在骨之間形成纖維組織

21、界面的特性影響了該材料在骨缺損修復中的應用，因為骨與材料之間存在纖維缺損修復中的應用，因為骨與材料之間存在纖維組織界面，阻礙了材料與骨的結(jié)合，也影響材料組織界面，阻礙了材料與骨的結(jié)合，也影響材料的骨傳導性，長期滯留體內(nèi)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的缺陷，的骨傳導性，長期滯留體內(nèi)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的缺陷，使骨組織產(chǎn)生力學上的薄弱。使骨組織產(chǎn)生力學上的薄弱。生物惰性陶瓷缺點生物惰性陶瓷缺點生物陶瓷材料的分類生物陶瓷材料的分類 生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收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。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，還可做成多孔生物表面活性陶瓷通常

22、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。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是：能部分吸收或者全部生物吸收性陶瓷的特點是：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：性陶瓷有：生物活性玻璃生物活性玻璃（磷酸鈣系），（磷酸鈣系），羥基磷羥基磷灰石陶瓷灰石陶瓷，磷酸三鈣陶瓷磷酸三鈣陶瓷等幾種。等幾種。2 2、生物活性陶瓷材料、生物活性陶瓷材料 生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料 羥基磷灰石（羥基磷灰石（hydroxyapatitehydroxyapatite），簡稱），簡稱HA

23、PHAP，化學，化學式為式為Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2，屬表面活性材料，由于生，屬表面活性材料，由于生物體硬組織物體硬組織( (牙齒、骨牙齒、骨) )的主要成分是羥基磷灰石，的主要成分是羥基磷灰石，因此有人也把羥基磷灰石陶瓷稱之為因此有人也把羥基磷灰石陶瓷稱之為人工骨人工骨。 具有生物活性和生物相容性好、無毒、無排斥反具有生物活性和生物相容性好、無毒、無排斥反應、不致癌、可降解、可與骨直接結(jié)合等特點，應、不致癌、可降解、可與骨直接結(jié)合等特點，是一種臨床應用價值很高的生物活性陶瓷材料，是一種臨床應用價值很高的生物活性陶瓷材料，引起了廣泛的關(guān)注。引起了廣泛的關(guān)注。

24、 羥基磷灰石陶瓷材料HAPHAP涂層鈦基牙種植體涂層鈦基牙種植體是一種安全、方便的聽小是一種安全、方便的聽小骨缺損替代品，適用于因骨缺損替代品，適用于因炎癥炎癥( (如慢性化膿性中耳炎如慢性化膿性中耳炎) )或外傷等病癥造成聽小骨或外傷等病癥造成聽小骨缺損、畸形的患者作聽小缺損、畸形的患者作聽小骨置換手術(shù)。骨置換手術(shù)。 HAPHAP生物陶瓷聽小骨置換假體生物陶瓷聽小骨置換假體生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料 羥基磷灰石的主要缺點在于本身的力學性能較差、羥基磷灰石的主要缺點在于本身的力學性能較差、強度低、脆性大，這一缺點影響了它在醫(yī)學臨床強度低、脆性大，這一缺點影響了它在醫(yī)學臨床的廣泛應用，同時

25、也促使人們研究的廣泛應用，同時也促使人們研究HApHAp 系列的各系列的各種復合材料，以期獲得力學性能優(yōu)良、生物活性種復合材料，以期獲得力學性能優(yōu)良、生物活性好的生物醫(yī)學復合材料。好的生物醫(yī)學復合材料。 （1 1）羥基磷灰石與金屬相結(jié)合。羥基磷灰石與金屬相結(jié)合。 （2 2）羥基磷灰石與惰性生物陶瓷材料相復合。羥基磷灰石與惰性生物陶瓷材料相復合。 （3 3）羥基磷灰石與有機物相復合。羥基磷灰石與有機物相復合。羥基磷灰石陶瓷材料生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料 目前廣泛應用的生物降解陶瓷為目前廣泛應用的生物降解陶瓷為- - 磷酸三鈣磷酸三鈣( (簡簡稱稱- TCP)- TCP)，是磷酸鈣的一種高溫

26、相。，是磷酸鈣的一種高溫相。 與與HApHAp 相比，相比，TCP TCP 最大的優(yōu)點在于更易于在體內(nèi)最大的優(yōu)點在于更易于在體內(nèi)溶解，植入機體后與骨直接融合而被骨組織吸收，溶解，植入機體后與骨直接融合而被骨組織吸收，是一種骨的重建材料?？筛鶕?jù)不同部位骨性質(zhì)的是一種骨的重建材料?？筛鶕?jù)不同部位骨性質(zhì)的不同及降解速率的要求，制成具有一定形狀和大不同及降解速率的要求，制成具有一定形狀和大小的中空結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用于治療各種骨科疾病。小的中空結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用于治療各種骨科疾病。磷酸三鈣陶瓷材料 生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料 磷酸鈣陶瓷的主要缺點是其脆性較高，難以加工磷酸鈣陶瓷的主要缺點是其脆性較高，難以加工

27、成型或固定鉆孔。成型或固定鉆孔。 致密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強相提高它的斷致密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強相提高它的斷裂韌性，多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長入而裂韌性，多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長入而極大增強，但是在再建骨完全形成之前，為及早極大增強，但是在再建骨完全形成之前，為及早代行其功能，也必須對它進行增韌補強。代行其功能，也必須對它進行增韌補強。磷酸三鈣陶瓷材料 生物陶瓷的特點及運用生物陶瓷的特點及運用 生物陶瓷由于是高溫處理工藝所成的生物陶瓷由于是高溫處理工藝所成的無機非無機非金屬材料金屬材料，因此具有金屬、高分子材料無法因此具有金屬、高分子材料無法比擬的優(yōu)點比擬的優(yōu)點： 1 1）

28、由于它是在高溫下燒結(jié)制成由于它是在高溫下燒結(jié)制成，其結(jié)構(gòu)中包其結(jié)構(gòu)中包括鍵強很大的離子鍵或共價鍵括鍵強很大的離子鍵或共價鍵，所以具有所以具有： 良好的機械強度、硬度、壓縮強度高良好的機械強度、硬度、壓縮強度高，極其極其穩(wěn)定穩(wěn)定。 在體內(nèi)難于溶解在體內(nèi)難于溶解，不易氧化、不易腐蝕變質(zhì)不易氧化、不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好，便于加熱消毒、耐磨、有一定便于加熱消毒、耐磨、有一定潤滑性能潤滑性能，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象， 和人體組織的親和性好和人體組織的親和性好，因此能滿足種植學因此能滿足種植學要求。要求。生物陶瓷的特點及運用彈性模量為彈性模量為20GPa20GPa，抗彎強度高達抗彎強

29、度高達275-620MPa275-620MPa韌性好。韌性好。 碳雙葉瓣人工心臟瓣膜碳雙葉瓣人工心臟瓣膜生物陶瓷的特點及運用 2 2）陶瓷的組成范圍比較寬陶瓷的組成范圍比較寬，可以根據(jù)實際應用的可以根據(jù)實際應用的要求設計組成要求設計組成，控制性能的變化?？刂菩阅艿淖兓?。 例如可降解生物陶瓷在體內(nèi)不同部位的使用中例如可降解生物陶瓷在體內(nèi)不同部位的使用中，希望能針對被置換骨的生長特點獲得具有不同降希望能針對被置換骨的生長特點獲得具有不同降解速度的陶瓷。否則解速度的陶瓷。否則，當降解速度超過骨生長速當降解速度超過骨生長速度時度時, , 就會產(chǎn)生就會產(chǎn)生“死區(qū)死區(qū)”，影響修復。如果向此影響修復。如果向

30、此類材料中添加適當比例的非降解性生物陶瓷類材料中添加適當比例的非降解性生物陶瓷，就就能調(diào)整降解速度能調(diào)整降解速度，滿足臨床要求。滿足臨床要求。 脊柱側(cè)彎脊柱側(cè)彎，后路矯正加生物陶瓷植入脊柱融合。后路矯正加生物陶瓷植入脊柱融合。 上海第二軍醫(yī)大學、長征醫(yī)院骨科上海第二軍醫(yī)大學、長征醫(yī)院骨科生物陶瓷的特點及運用 3 3）陶瓷容易成型陶瓷容易成型，可根據(jù)需要制成各種可根據(jù)需要制成各種形態(tài)和尺寸形態(tài)和尺寸 如顆粒形、柱形、管形、致密型或多孔型如顆粒形、柱形、管形、致密型或多孔型，也可制成骨螺釘、骨夾板、制成牙根、關(guān)也可制成骨螺釘、骨夾板、制成牙根、關(guān)節(jié)、長骨、顱骨等。采用特殊的工藝還可節(jié)、長骨、顱骨等

31、。采用特殊的工藝還可以得到尺寸精密的人工骨制品。以得到尺寸精密的人工骨制品。人造骨關(guān)節(jié)人造骨關(guān)節(jié)生物陶瓷的特點及運用 4 4）后加工方便。后加工方便。通常認為陶瓷很難加工通常認為陶瓷很難加工，但隨陶但隨陶瓷加工設備和技術(shù)的進步瓷加工設備和技術(shù)的進步，現(xiàn)在陶瓷的切割、研現(xiàn)在陶瓷的切割、研磨、拋光等已是成熟的工藝。近年來又發(fā)展了可磨、拋光等已是成熟的工藝。近年來又發(fā)展了可用普通金屬加工機床進行車銑、刨、鉆等的可切用普通金屬加工機床進行車銑、刨、鉆等的可切割性生物陶瓷割性生物陶瓷，利用玻璃陶瓷結(jié)晶化之前的高溫利用玻璃陶瓷結(jié)晶化之前的高溫流動性流動性，可制成精密鑄造的玻璃陶瓷?？芍瞥删荑T造的玻璃陶瓷

32、。 5 5）易于著色。易于著色。如陶瓷牙冠與天然牙逼真如陶瓷牙冠與天然牙逼真，利于整利于整容、美容。容、美容。 生物材料發(fā)展的熱點 近近2020年來年來, , 試圖仿制試圖仿制天然生物材料、利用生物學天然生物材料、利用生物學原理設計和制造仿生物的材料原理設計和制造仿生物的材料, , 已成為生物材料已成為生物材料研究領(lǐng)域極為活躍的前沿研究方向。研究領(lǐng)域極為活躍的前沿研究方向。 生物活性陶瓷具有良好的生物活性陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性生物相容性和生物活性, ,能與活性骨形成化學結(jié)合能與活性骨形成化學結(jié)合, , 但它是脆性材料但它是脆性材料, , 限限制了在某些條件下的應用。近年來發(fā)展起來的

33、仿制了在某些條件下的應用。近年來發(fā)展起來的仿生法模仿了自然界生理磷灰石的礦化機制生法模仿了自然界生理磷灰石的礦化機制, , 使磷使磷灰石層在類似于人體環(huán)境條件的水溶液中自然沉灰石層在類似于人體環(huán)境條件的水溶液中自然沉積出來。積出來。 1 1、仿生材料、仿生材料生物材料發(fā)展的熱點 納米技術(shù)在世紀年代得以迅速發(fā)展納米技術(shù)在世紀年代得以迅速發(fā)展, , 由于納米材由于納米材料具有料具有表面效應、小尺寸效應及量子效應表面效應、小尺寸效應及量子效應等獨特等獨特的性能的性能, , 使納米材料呈現(xiàn)出廣闊的應用前景。近使納米材料呈現(xiàn)出廣闊的應用前景。近年來年來, , 納米技術(shù)在生物材料領(lǐng)域的應用已經(jīng)受到納米技術(shù)

34、在生物材料領(lǐng)域的應用已經(jīng)受到關(guān)注。關(guān)注。 納米陶瓷在納米陶瓷在人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒等硬組織等硬組織替代材料制造及臨床應用領(lǐng)域有廣闊的應用前景。替代材料制造及臨床應用領(lǐng)域有廣闊的應用前景。 英國的成功地合成了英國的成功地合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì)的納米物質(zhì), , 該物質(zhì)有望取代目前骨科常用的合金材料該物質(zhì)有望取代目前骨科常用的合金材料, , 而且而且不易骨折不易骨折, ,并能與正常骨組織連接緊密并能與正常骨組織連接緊密。2 2、納米技術(shù)的應用、納米技術(shù)的應用生物材料發(fā)展的熱點生物材料發(fā)展的熱點 傳統(tǒng)的氧化物陶瓷是一類重要的生物醫(yī)用材料傳統(tǒng)的氧化物陶瓷

35、是一類重要的生物醫(yī)用材料, , 但是由于工藝上的原因但是由于工藝上的原因, , 普通陶瓷很難避免材料普通陶瓷很難避免材料的的脆性脆性等問題。等問題。 由于由于納米陶瓷晶粒尺寸很小納米陶瓷晶粒尺寸很小, , 材料中的內(nèi)在氣孔材料中的內(nèi)在氣孔和缺陷尺寸大大減少和缺陷尺寸大大減少, , 材料不易造成穿晶斷裂材料不易造成穿晶斷裂, , 有利于提高材料的韌性和強度有利于提高材料的韌性和強度, , 而隨著晶粒尺寸而隨著晶粒尺寸變小同時又使晶界數(shù)量大大增加變小同時又使晶界數(shù)量大大增加, , 有助于晶粒間有助于晶粒間的移動的移動, , 這使納米陶瓷表現(xiàn)出獨特的這使納米陶瓷表現(xiàn)出獨特的超塑性超塑性。2 2、納米

36、技術(shù)的應用、納米技術(shù)的應用生物材料發(fā)展的重點生物材料發(fā)展的重點 生物醫(yī)用復合材料根據(jù)應用需要進行設計生物醫(yī)用復合材料根據(jù)應用需要進行設計, , 由由基基體材料與增強材料或功能材料組成體材料與增強材料或功能材料組成。 常用的基體材料：有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、常用的基體材料：有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、生物玻璃、磷酸鈣基生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鉆生物玻璃、磷酸鈣基生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鉆基合金等醫(yī)用金屬材料?；辖鸬柔t(yī)用金屬材料。 增強材料有：碳纖維、不銹鋼或鉆基合金纖維、增強材料有：碳纖維、不銹鋼或鉆基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體, , 另另外還有氧化錯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶外還有氧化錯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強體。瓷等顆粒增強體。3 3、復合材料、復合材料生物陶瓷材料的發(fā)展重點生物陶瓷材料的發(fā)展重點 1 1、提高現(xiàn)有生物陶瓷的可靠性提高現(xiàn)有生物陶瓷的可靠性, , 提高其強度提高其強度, , 降降低楊氏模量低楊氏模量, , 改善韌性改善韌性, , 最有希望的途徑是研制最有希望的途徑是研制復合材料復合材料, , 如金屬一陶瓷復合如金屬一陶瓷復合, , 陶瓷纖維增強生陶瓷纖維增強生物陶瓷物陶瓷, , 聚合物一陶瓷復合聚合物一陶瓷復合, , 骨膠原