生物陶瓷材料的研究報(bào)告及應(yīng)用

.-.-.-可修編.-可修編-.生物瓷材料的爭(zhēng)論及應(yīng)用波化工07-3班9羥基磷灰石生物瓷材料、磷酸鈣生物瓷材料、復(fù)合生物瓷代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及進(jìn)展前景。關(guān)鍵詞生物瓷，磷酸鈣，復(fù)合生物瓷材料，涂層生物瓷材料，氧化鋁瓷，生物瓷應(yīng)用。BioceramicMaterialsResearchandApplicationZhangbo ChemicalEngineeringandTechnology073class 9AbstractThispaperintroducesthedefinitionofbio-ceramics,bio-ceramicmaterialofhydroxyapatite,calciumphosphatebio-ceramicmaterials,positebio-ceramicmaterials,coatingmaterials,bio-ceramicsandaluminaceramicsofbiologicalcharacteristicsandpreparationmethodsforamorein-depthanalysisInmodernmedicinetheapplicationanddevelopmentprospects.Keywordsbio-ceramics,calciumphosphate,positebio-ceramicmaterials,coatingmaterials,bio-ceramic,aluminaceramic,bio-ceramicapplications.引言學(xué)穩(wěn)定性。生物瓷材料可分為生物惰性瓷〔如AlOZrO〕、生物活性瓷(如致密羥基2 3 2相關(guān)，故始終倍受材料科學(xué)工作者的重視。生物瓷材料的進(jìn)展而且具有親水性、能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性。因此生物瓷具有廣闊的進(jìn)展前景。生物瓷的應(yīng)用圍也正在逐步擴(kuò)大，現(xiàn)可應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人人工血管、人工氣管，經(jīng)皮引線可應(yīng)用于體醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)等。磷酸鈣生物瓷材料β-磷酸三鈣(簡(jiǎn)稱β-TCP)，屬三方晶系，鈣磷原子比為1.5，是磷酸鈣的一種高溫相。β-TCP的最大優(yōu)勢(shì)就是具有良好的生物相容性和降解性，植入機(jī)體后與骨直接(HAp)的形成嚴(yán)密的化學(xué)鍵合［3，4］HA相比，TCP更易于在體溶解，其溶解度約比HA高10-20倍。β-TCP的降解速率CO2-、F-、Mg2+等離子取代而使降解加快。3為此把握β-TCP的微觀構(gòu)造及組成，可以制備出不同降解速度的材料。JorgHandschelTCP相連的骨，同樣在界面處也沒(méi)有造骨細(xì)胞，而這局部是由于TCP降解后導(dǎo)致介質(zhì)酸化所造成的［5］。這同樣也證明白介質(zhì)的pH值不會(huì)隨所使用的TCP顆粒的濃度而轉(zhuǎn)變，它取決于造骨細(xì)胞和顆粒直接的相互作用，包括造骨細(xì)胞功能的減弱。Inone等人爭(zhēng)論覺(jué)察，TCP從第三周起開(kāi)頭降解，同時(shí)從第三周起骨開(kāi)頭形成，他們還比較了空隙率分別為50%、60%、75%的TCP的性能，發(fā)75%的TCP是較好的骨替代物，但機(jī)械強(qiáng)度不高，只能用于無(wú)負(fù)重處或與固定裝置結(jié)合［5］Si穩(wěn)定TCP可以增加其骨傳導(dǎo)性和骨組織的修復(fù)。復(fù)合生物瓷材料復(fù)合生物瓷是指生物用復(fù)相瓷的總稱，多種組分構(gòu)成，含有多相的生物用瓷材料，料[6,7,8]。復(fù)合生物瓷材料的制備方法有很多，很多材料工作者進(jìn)展了深入的探討[9,19]。亞軍等［20］將HA粉體和聚丙交酯及造孔劑氯化鈉混合后參與三氯甲烷和聚乙烯醇溶液，混煉后模壓制得了多孔聚乳酸/度全都。Ivanchenko等人[5]用硅硼酸鈉玻璃來(lái)增加HA，當(dāng)玻璃相為59%、燒結(jié)溫度小于1000℃、孔隙率為33%時(shí)，得到HA的機(jī)械強(qiáng)度為47MPa。Towler運(yùn)用納米ZrO22 2結(jié)溫度。因HA分解常發(fā)生在燒結(jié)過(guò)程中，但在1200℃燒結(jié)時(shí)，因燒結(jié)溫度較低，故避開(kāi)了HA的分解，使主晶相仍為HA，且復(fù)合材料的強(qiáng)度高于純HA[9]。黃傳勇等[10]承受化組合，用燒結(jié)法制備了HA-ZrO120MPa，斷2HA的兩倍，接近骨組織〔致密骨的抗折強(qiáng)度為160MPa，斷裂韌性值為2.2MPa·m-1/2〕。Kim等[12]承受多孔的ZrO2〔氟磷灰石在高溫下比較〕，制備出了符合要求的生物瓷材料。涂層生物瓷材料生物瓷涂層良好的生物學(xué)性能結(jié)合在一起，成為臨床上廣泛應(yīng)用的生物骨科材料之一[13]。作為生物瓷涂層材料的基體一般要求為具有高強(qiáng)度、高韌性、低密度的金屬及其合金，如不銹鋼、鈦及合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金等，其中鈦及其合金應(yīng)用最為廣泛。涂層的厚度對(duì)涂層與骨骼的結(jié)合有確定的影響[14]。一方面需要有確定的厚度，以保證涂層在體液作用下存在足夠的時(shí)間，促進(jìn)植入物與骨骼組織的結(jié)合；另一方面，隨著涂層50μm左右(30～90μm間的重要因素。高結(jié)晶度的涂層(>90(60％～70％)則簡(jiǎn)潔發(fā)生溶解及降解。一般認(rèn)為，涂層的結(jié)晶度與涂層和基體的結(jié)合狀況成反比，具有較低結(jié)晶度的涂層有著較好的結(jié)合力。涂層晶粒越小，涂層與基體的潤(rùn)濕性越好，涂層與基體的結(jié)合性就會(huì)越結(jié)實(shí)。人造羥基磷灰石雖然化學(xué)組成與生物組織很相像，但其結(jié)晶程度和構(gòu)造穩(wěn)定性要比自然骨骼中的羥基磷灰石晶體高，因此植入生物體后長(zhǎng)期不易降解，始終作為一種異質(zhì)體殘留在骨骼缺損組織中。在涂層中摻人少量固溶制備涂層生物瓷材料的關(guān)鍵問(wèn)題之一是涂層與基材的結(jié)合問(wèn)題。由于生物瓷材料與金屬基底的界面處不易產(chǎn)生良好的結(jié)通常熔點(diǎn)較高等。生物瓷涂層制備方法高溫噴涂涂層：包括火焰噴涂法，等離子噴涂法，爆炸噴涂法熱集中噴涂：料漿包滲法，氣滲圖層法其它圖層：碳熱解圖層法，氣相沉積法，輝光放電濺射法，真空鍍膜涂層法等承受液相反響法，即在氫氧化鍶和氫氧化鈣懸濁液中不斷滴入稀硫酸，通過(guò)把握pH值反響合成摻鍶羥基磷灰石固溶體。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，用鍶元素?fù)诫s于[16]在鈦合金外表用激光涂覆生物瓷涂層時(shí)，在確定配比的CaHPO·2HO和CaCO中摻人少量YOYO有4 2 3 2 3 2 3散的推動(dòng)力，而少量YO能使上述兩種梯度差增大，促進(jìn)HA的生成。2 3羥基磷灰石生物瓷材料生物活性瓷中應(yīng)用最多的是羥基磷灰石(簡(jiǎn)稱HA或HAP)，其理論組成為Ca(PO(OHCa/P為1.67。HAP晶體為六方晶系，屬L6Pc對(duì)稱型和P3/m空間群，其結(jié)10 46 2 6占據(jù)ca(I)位置，即z=O和z=1/2位置各2個(gè)，該位置處于6個(gè)O組成的ca-O八面體的中心。6個(gè)Ca2+處于ca(Ⅱ)位置，即z=l/4和z=3／4位置各有3個(gè)，位置處于3個(gè)0組成的三配位體中心。6個(gè)P03-四配位體分別位于z=1/4和z=3/4的平面上，這些P03-四周體的網(wǎng)絡(luò)使得HAP4 4構(gòu)造具有較好的穩(wěn)定性。物醫(yī)用材料領(lǐng)域的主要課題之一。羥基磷灰石生物活性瓷具有良好的生物相容性，植入體不僅安全無(wú)毒，還能引導(dǎo)骨生長(zhǎng)。因此，它主要用于人體硬組織(骨、牙)的修復(fù)和替換，也用于人工血管、氣管等軟組織及藥物控釋和輸送載體，還是一種優(yōu)良的生物化學(xué)脆性大，在生理環(huán)境中抗疲乏性不高，只能應(yīng)用于不承重或者僅承受純壓力負(fù)荷的環(huán)境中。Poter等人覺(jué)察不同百分比的摻Si的HA的溶解速率大于純HA[5]，這說(shuō)明Si的引入可加速HAP的溶解，同時(shí)HA界面增加的Ca、P、Si離子可加速骨磷灰石的沉淀及瓷外表的骨的形成，從而增加了HA的生物活性。MarkT等人評(píng)估了幾種HA的溶解性和降解速率后覺(jué)察，經(jīng)過(guò)燒結(jié)的HA由于高的結(jié)晶性以及沒(méi)有可置換的離子，所以其溶解度較其它HAP低[5]。這說(shuō)明結(jié)晶是影響HAP解的一個(gè)因素，且高結(jié)晶的HAP比貧晶的HAP更穩(wěn)定而不易降解。他們同時(shí)覺(jué)察，顆粒越大，其溶解度和降解率越低。羥基磷灰石生物瓷材料的制備方法沉淀法pHHAP400-600符合確定比例的HAP晶體粉末。溶膠-凝膠法做高溫煅燒處理，即可得到納米粉體。水熱法水熱法是在特制的密閉反響容器中(高壓釜)，承受水溶液作為反響介質(zhì)，在高溫高壓環(huán)原料，在水溶液體系，溫度為200-400℃的高壓釜中制備HAP。超聲波合成法的反響活性，從而有效地加速液體和固體反響物之間非均相化學(xué)反響的速度。固態(tài)合成法1000℃，可以得到結(jié)晶較好的羥基磷灰石。自集中高溫合成法自集中高溫合成技術(shù)(SHSSHS技術(shù)可以制備出納米合成HAP前驅(qū)體粉末。制備的HAP粉體具有純度高、成分均勻、顆粒尺寸大小適宜，無(wú)硬團(tuán)等特性。氧化鋁生物瓷材料其硬度高，耐磨性能好，因此磨損率比其它材料至少小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)[18]。單晶氧化鋁瓷的機(jī)械性能更優(yōu)于多晶氧化鋁，適用于負(fù)重大、耐磨要求高的部位?；鹧嫒廴诜ㄖ圃斓膯尉а趸X，強(qiáng)度很高，耐磨性好，可精細(xì)加工，制成人工牙根、骨折固定器等。Boutint在1972年首先報(bào)道了用氧化鋁瓷制作的人體髖關(guān)節(jié)在生理和摩擦學(xué)方面的優(yōu)越性極其在臨床上的應(yīng)用[8]。氧化鋁屬脆性材料，沖擊韌性較低；彈性模量和骨相差大，過(guò)程中，常消滅脆性破壞和骨損傷。利用ZrO2為造成裂紋集中的障礙等，取得了顯著的效果。3結(jié)語(yǔ)生物瓷的爭(zhēng)論容涉及材料、醫(yī)學(xué)物理、生物化學(xué)和現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，我信任生物瓷材料會(huì)成為醫(yī)學(xué)工程學(xué)中的重要組成局部，由于它具有對(duì)機(jī)體組織進(jìn)展修復(fù)、替代與再生的特別功能。在過(guò)去，應(yīng)用最廣泛的生物醫(yī)學(xué)材料為金屬和有機(jī)材料，其存在著很多缺點(diǎn)。生物瓷材料作為一種無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料，與生物組將會(huì)越來(lái)越受到人們的重視。參考文獻(xiàn)［1］ KleinCPAT,GrootKKD,DrissenAA,etal.Biomaterials,1985,6(3):189-192［2］ HenchLL.J.Am.Ceram.Soc.,1991,74(7):1487-1510［3］ 鐘吉品，Hench L L(ZHONG Ji-Pin,et al).無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)(Journal of InorganicMaterials),1995,10(2):129-138［4］ Hench L L,Xyons I,Edgar A,et al. 無(wú) 機(jī) 材 料 學(xué) 報(bào) (Journal of InorganicMaterials),2023,17(5):897-909［5］ 鐘銳等，骨組織工程支架材料生物瓷的爭(zhēng)論進(jìn)展202326(4):26-28［6］ 膠原復(fù)合材料的制備及性能J2023，1(1):90-93金仁夫等.二氧化鋯梯度復(fù)合羥基磷灰石生物材料的制備及其生物相容性[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2023，6〔3〕：114-122涂浩，閆玉華.納米羥基磷灰石復(fù)合材料在骨組織工程中的應(yīng)用[J].生物骨科材料與臨床研究，2023，6〔3〕：47-49唐月軍等.醫(yī)用復(fù)合生物瓷的爭(zhēng)論進(jìn)展[J].國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2023，29(2):114-116黃傳勇等.生物瓷復(fù)合材料的爭(zhēng)論[J].中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2023，19(3):281-287aLameirasLobatoZyofeposites[JdRes,2023,63(5):583-590KimHW，LeeSY，PorousZrO2bonescaffoldcoatedwithhydroxyapatitewithfluorapatiteintermediatelayer[J].Biomaterials,2023,24(19):3277-3284SuchanekW，YoshimuraM.Processingandpropertiesofhydroxyapatite-basedbiomaterialsforuseashardtissuereplacementimplants.JMaterRes，1998，13：94肖秀蘭等.磷酸鈣生物瓷涂層制備及其爭(zhēng)論進(jìn)展[J].大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2023,23(6):34-37德敏等.摻鍶羥基磷灰石固溶體的制備及離解度測(cè)定[J].中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),2023,20(3):278-280亞公正．鈦合金外表激光溶凝一步制備復(fù)合生物瓷涂層[J].材料爭(zhēng)論學(xué)報(bào),1998,12(4)：423-426[17]王宙等.生物瓷材料的進(jìn)展與現(xiàn)狀[J].大學(xué)學(xué)報(bào)，2023,22(6):57-61[18]代祥等.人工關(guān)節(jié)