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1、生物陶瓷材料的现状与发展生物陶瓷材料的现状与发展成成 员：员：任镇非任镇非 吴秀迁吴秀迁 刘一璟刘一璟1.生物陶瓷材料的概念简述2.生物材料的发展历程3.生物陶瓷材料的分类4.生物陶瓷的特点及应用5.生物材料发展的热点6.生物陶瓷材料的发展重点 目目 录录生物陶瓷材料的现状与发展生物陶瓷材料的现状与发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类陶瓷材料，即直接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、生用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。广义讲，凡属生物物化学等的陶瓷材料。广
2、义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。生物陶瓷材料的概述生物陶瓷材料的概述生物材料的发展历程生物材料的发展历程 当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后被用作人工硬组织的代替物被用作人工硬组织的代替物,并在应用中取得了宝贵的并在应用中取得了宝贵的经验、教训。回顾历史经验、教训。回顾历史,可分为几个阶段。可分为几个阶段。18 18世纪世纪,主要采用天然材料作为骨修复材料主要采用天然材料作为骨修复材料,如柳枝、木、麻
3、、象牙及贵金属等。如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等。人工骨研究的启蒙阶段人工骨研究的启蒙阶段生物材料的发展历程生物材料的发展历程 当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后被用作人工硬组织的代替物被用作人工硬组织的代替物,并在应用中取得了宝贵的并在应用中取得了宝贵的经验、教训。回顾历史经验、教训。回顾历史,可分为几个阶段。可分为几个阶段。约约1919世纪前世纪前,由于冶金技术和陶瓷制备工艺由于冶金技术和陶瓷制备工艺的发展的发展,开始用纯金、纯银、铂等贵
4、金属。开始用纯金、纯银、铂等贵金属。自然发展阶段自然发展阶段生物材料的发展历程生物材料的发展历程 当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先后被用作人工硬组织的代替物被用作人工硬组织的代替物,并在应用中取得了宝贵的并在应用中取得了宝贵的经验、教训。回顾历史经验、教训。回顾历史,可分为几个阶段。可分为几个阶段。20 20世纪中叶以前世纪中叶以前,由于冶金的进步由于冶金的进步,钴铬铝合金钴铬铝合金年、纯钛和钛合金年等被应用到人工骨领域年、纯钛和钛合金年等被
5、应用到人工骨领域,开始有开始有目的地探索新材料目的地探索新材料,有机玻璃等高分子材料年也开始有机玻璃等高分子材料年也开始应用临床应用临床,并在医学种植技术与病例选择方面积累了并在医学种植技术与病例选择方面积累了丰富经验。但基础理论的研究还很不深人。丰富经验。但基础理论的研究还很不深人。探索阶段探索阶段生物材料的发展历程生物材料的发展历程 20 20世纪世纪6060年代初年代初,在新技术革命浪潮推动下在新技术革命浪潮推动下,材料材料科学迅速发展。人们开始有目的、有计划地探索、发科学迅速发展。人们开始有目的、有计划地探索、发现和合成新材料现和合成新材料,其中最有代表性的生物陶瓷的研究其中最有代表性
6、的生物陶瓷的研究和应用获得了突飞猛进的发展。生物陶瓷的发展虽然和应用获得了突飞猛进的发展。生物陶瓷的发展虽然还不到年还不到年,也同样经历了上述时期。起初以单晶氧化也同样经历了上述时期。起初以单晶氧化铝陶瓷为先导铝陶瓷为先导,随后是多晶氧化铝、表面呈珊瑚状的随后是多晶氧化铝、表面呈珊瑚状的氧化铝等。其后是生物活性陶瓷氧化铝等。其后是生物活性陶瓷,包括生物玻璃包括生物玻璃,经经基磷灰石和玻璃陶瓷类。基磷灰石和玻璃陶瓷类。自自2020世纪世纪7070年代起年代起,生物陶瓷显露头角生物陶瓷显露头角,世界各国世界各国相继开展了理论和应用研究相继开展了理论和应用研究,并且不断取得突破性进并且不断取得突破性
7、进展。展。迅速发展迅速发展阶段阶段 生物材料学是一个崭新的领域，但生物材料本身生物材料学是一个崭新的领域，但生物材料本身却有着古老的历史，只是它在当代才取得了快速的发却有着古老的历史，只是它在当代才取得了快速的发展。追溯生物材料的历史，不得不提到人工器官人展。追溯生物材料的历史，不得不提到人工器官人工器官的研究实际上是个古老的命题。工器官的研究实际上是个古老的命题。生物材料的发展历程生物材料的发展历程 自自2020世纪世纪7070年代起年代起,生物陶瓷显露头角生物陶瓷显露头角,世界各国世界各国相继开展了理论和应用研究相继开展了理论和应用研究,并且不断取得突破性进展。并且不断取得突破性进展。公元
8、前约公元前约35003500年古埃及人就利用棉花纤维、马鬃作年古埃及人就利用棉花纤维、马鬃作缝合线缝合伤口。而这些棉花纤维、马鬃则可称为原缝合线缝合伤口。而这些棉花纤维、马鬃则可称为原始的生物材料。墨西哥的印第安人使用木片修补受伤始的生物材料。墨西哥的印第安人使用木片修补受伤的颅骨。公元前的颅骨。公元前25002500年前中国、埃及的墓葬中就发现年前中国、埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻、假耳。人类很早就用黄金来修复缺损有假牙、假鼻、假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿。的牙齿。生物材料的发展历程生物材料的发展历程文献记载，文献记载，15881588年人们年人们就用就用黄金板修复颚骨。黄金板修
9、复颚骨。17751775年，就有用年，就有用金属固定金属固定体内骨折体内骨折的记载。的记载。生物材料的发展历程生物材料的发展历程18001800年有大量有关应用年有大量有关应用金属板固定骨折金属板固定骨折的报道。的报道。18081808年初成功制成了用于镶牙的年初成功制成了用于镶牙的陶齿陶齿。18091809年有人用年有人用黄金制成种植牙齿黄金制成种植牙齿。生物材料的发展历程生物材料的发展历程18511851年，报道使用年，报道使用硫化天然橡胶硫化天然橡胶制成人工牙托和颚骨。制成人工牙托和颚骨。18711871年，年，羟基磷灰石羟基磷灰石被人工合成。被人工合成。熟石膏熟石膏作为骨替换材料。作为
10、骨替换材料。1926 1926年，年，Bassett Bassett 用用X-X-射线衍射分析发现骨和牙的矿射线衍射分析发现骨和牙的矿物质与物质与羟基磷灰石羟基磷灰石的的X X射线谱相似。射线谱相似。1928 1928年，年，Leriche Leriche 和和 Policard Policard 开始研究和应用开始研究和应用磷酸磷酸钙钙作为骨替换材料。作为骨替换材料。生物材料的发展历程生物材料的发展历程 19301930年，年，Naray-Szabo Naray-Szabo 和和 Mehmel Mehmel 独立地应用独立地应用 X-ray X-ray 衍射分析确定了衍射分析确定了氟磷灰石氟
11、磷灰石的结构。的结构。19371937年，牙科医学中开始应用年，牙科医学中开始应用聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯。二战期间，人们开始试验用聚乙烯塑料制造血管替代二战期间，人们开始试验用聚乙烯塑料制造血管替代材料。材料。19581958年，外科医生尝试用年，外科医生尝试用涤纶涤纶仿造动脉血管。仿造动脉血管。1963 1963 年在生物陶瓷发展史上是重要年在生物陶瓷发展史上是重要的一年，该年的一年，该年Smith Smith 报告发展了一种报告发展了一种陶瓷骨替代材料。由于技术方面的限陶瓷骨替代材料。由于技术方面的限制，直到制，直到19711971年才有年才有羟基磷灰石羟基磷灰石被成被成功研制并
12、扩大到临床应用。功研制并扩大到临床应用。1974 1974年，年，Hench Hench 在设计玻璃成分时，曾有意识地寻求在设计玻璃成分时，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。物体本身相容的性质，构成新生骨骼和牙齿的一部分。这研究成果，很快得到了各国学者的高度重视。这研究成果，很快得到
13、了各国学者的高度重视。早在早在19691969年，年，TalbertTalbert就将不同孔隙率的颗粒状就将不同孔隙率的颗粒状AlAl2 2O O3 3陶瓷陶瓷作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股骨中进行实验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境骨中进行实验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高在内的任何环境都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高的抗压强度。使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应的抗压强度。使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。用的生物惰性陶瓷材料。生物材料的发展历程生物材料的发展历程
14、生物材料的发展历程生物材料的发展历程中国中国2020世纪世纪7070年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。19741974年开展微晶玻璃用于人工关节的研究。年开展微晶玻璃用于人工关节的研究。19771977年氧化铝陶瓷在临床上获得应用。年氧化铝陶瓷在临床上获得应用。1979 1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以后又有新型生物陶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。瓷材料不断出现，并应用于临床。生物陶瓷材料的分类生物陶瓷材料的分类根据种植材料与生物体组织的反应程度，根据种植材料与生物体组织的反应程度，可将种植类陶瓷分为两类
15、：可将种植类陶瓷分为两类：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类生物陶瓷材料的分类生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容性好，在生物体内与组织几乎不发生反应或反应性好，在生物体内与组织几乎不发生反应或反应很小。如：很小。如：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、等。、等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力较强，而且都具有较高的机械强度、耐磨性以及较强，而且都具有较高的机械强度、耐磨性以及化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷化学稳定性。主要由氧
16、化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及陶材组成。其中，以以及陶材组成。其中，以AlAl、MgMg、TiTi、Zr Zr 的氧化的氧化物应用最为广泛。物应用最为广泛。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，Al Al2 2O O3 3 陶瓷就作为永久性可移植骨陶瓷就作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股骨中进行实验，发现假体，植入成年杂种狗的股骨中进行实验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越的都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高的抗压强度耐磨损性和高的抗压强度。使氧化铝陶瓷材
17、料成为最早获得临床应用的生物使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。惰性陶瓷材料。目前氧化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关目前氧化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关节及人造齿根的制作方面。节及人造齿根的制作方面。氧化铝陶瓷材料氧化铝陶瓷材料氧化铝陶瓷植入人体后，体内软组织在其表面生氧化铝陶瓷植入人体后，体内软组织在其表面生成极薄的纤维组织包膜，在体内可见纤维细胞增成极薄的纤维组织包膜，在体内可见纤维细胞增生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。单晶氧化铝陶瓷的机械性能股骨和髋骨部连接。单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于
18、多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位。的部位。但是由于但是由于AlAl2 2O O3 3属脆性材料，冲击韧性较低，且弹属脆性材料，冲击韧性较低，且弹性模量和人骨相差较大，可能引起骨组织的应力，性模量和人骨相差较大，可能引起骨组织的应力，从而引起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程从而引起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程中，常出现脆性破坏和骨损伤，且不能直接与骨中，常出现脆性破坏和骨损伤，且不能直接与骨结合。结合。氧化铝陶瓷材料氧化铝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，国外有关学者通过各种方法，使目前，国外有关学者通过各种
19、方法，使AlAl2 2O O3 3 陶瓷陶瓷在韧性和相容性方面取得了显著提高。在韧性和相容性方面取得了显著提高。如在陶瓷表面如在陶瓷表面涂上骨亲和性高的陶瓷涂上骨亲和性高的陶瓷，特别是能，特别是能和骨发生化学结合的磷灰石，已经制造出更加先和骨发生化学结合的磷灰石，已经制造出更加先进的人工关节。通过进的人工关节。通过相变或微裂相变或微裂等增韧方法，也等增韧方法，也可以提高材料的韧性。可以提高材料的韧性。近年，氧化锆陶瓷由于其优良的力学性能，尤其近年，氧化锆陶瓷由于其优良的力学性能，尤其是其远高于氧化铝瓷的断裂韧性，使其作为增强是其远高于氧化铝瓷的断裂韧性，使其作为增强增韧第二相材料在人体硬组织修
20、复体方面取得了增韧第二相材料在人体硬组织修复体方面取得了较大研究的进展。较大研究的进展。氧化铝陶瓷材料氧化铝陶瓷材料生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织生物惰性陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响材料组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响材料的骨传导性，长期滞留体内产生结构上的缺陷，的骨传导性，长期滞留体内产生结构上的缺陷，使骨组织产生力学上的薄弱。使骨组织产生力
21、学上的薄弱。生物惰性陶瓷缺点生物惰性陶瓷缺点生物陶瓷材料的分类生物陶瓷材料的分类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羟基，还可做成多孔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。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。生物活吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。生物活性陶瓷有：性陶瓷有：生物活性玻璃生物活性玻璃
22、（磷酸钙系），（磷酸钙系），羟基磷羟基磷灰石陶瓷灰石陶瓷，磷酸三钙陶瓷磷酸三钙陶瓷等几种。等几种。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羟基磷灰石（羟基磷灰石（hydroxyapatitehydroxyapatite），简称），简称HAPHAP，化学，化学式为式为Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生，属表面活性材料，由于生物体硬组织物体硬组织(牙齿、骨牙齿、骨)的主要成分是羟基磷灰石，的主要成分是羟基磷灰石，因此有人也把羟基磷灰石陶瓷称之为因此有人也把羟基磷灰石陶瓷称之为人工骨人工骨。具有生物活性和生物相容性
23、好、无毒、无排斥反具有生物活性和生物相容性好、无毒、无排斥反应、不致癌、可降解、可与骨直接结合等特点，应、不致癌、可降解、可与骨直接结合等特点，是一种临床应用价值很高的生物活性陶瓷材料，是一种临床应用价值很高的生物活性陶瓷材料，引起了广泛的关注。引起了广泛的关注。羟基磷灰石陶瓷材料HAPHAP涂层钛基牙种植体涂层钛基牙种植体是一种安全、方便的听小是一种安全、方便的听小骨缺损替代品，适用于因骨缺损替代品，适用于因炎症炎症(如慢性化脓性中耳炎如慢性化脓性中耳炎)或外伤等病症造成听小骨或外伤等病症造成听小骨缺损、畸形的患者作听小缺损、畸形的患者作听小骨置换手术。骨置换手术。HAPHAP生物陶瓷听小骨
24、置换假体生物陶瓷听小骨置换假体生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料羟基磷灰石的主要缺点在于本身的力学性能较差、羟基磷灰石的主要缺点在于本身的力学性能较差、强度低、脆性大，这一缺点影响了它在医学临床强度低、脆性大，这一缺点影响了它在医学临床的广泛应用，同时也促使人们研究的广泛应用，同时也促使人们研究HAp HAp 系列的各系列的各种复合材料，以期获得力学性能优良、生物活性种复合材料，以期获得力学性能优良、生物活性好的生物医学复合材料。好的生物医学复合材料。（1 1）羟基磷灰石与金属相结合。羟基磷灰石与金属相结合。（2 2）羟基磷灰石与惰性生物陶瓷材料相复合。羟基磷灰石与惰性生物陶瓷材料相复合。（3
25、3）羟基磷灰石与有机物相复合。羟基磷灰石与有机物相复合。羟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广泛应用的生物降解陶瓷为目前广泛应用的生物降解陶瓷为-磷酸三钙磷酸三钙(简简称称-TCP)-TCP)，是磷酸钙的一种高温相。，是磷酸钙的一种高温相。与与HAp HAp 相比，相比，TCP TCP 最大的优点在于更易于在体内最大的优点在于更易于在体内溶解，植入机体后与骨直接融合而被骨组织吸收，溶解，植入机体后与骨直接融合而被骨组织吸收，是一种骨的重建材料。可根据不同部位骨性质的是一种骨的重建材料。可根据不同部位骨性质的不同及降解速率的要求，制成具有一定形状和大不同及降解速率的要求，制成具
26、有一定形状和大小的中空结构构件，用于治疗各种骨科疾病。小的中空结构构件，用于治疗各种骨科疾病。磷酸三钙陶瓷材料 生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷材料磷酸钙陶瓷的主要缺点是其脆性较高，难以加工磷酸钙陶瓷的主要缺点是其脆性较高，难以加工成型或固定钻孔。成型或固定钻孔。致密磷酸钙陶瓷可以通过添加增强相提高它的断致密磷酸钙陶瓷可以通过添加增强相提高它的断裂韧性，多孔磷酸钙陶瓷虽然可被新生骨长入而裂韧性，多孔磷酸钙陶瓷虽然可被新生骨长入而极大增强，但是在再建骨完全形成之前，为及早极大增强，但是在再建骨完全形成之前，为及早代行其功能，也必须对它进行增韧补强。代行其功能，也必须对它进行增韧补强。磷酸三钙陶瓷材料
27、 生物陶瓷的特点及运用生物陶瓷的特点及运用生物陶瓷由于是高温处理工艺所成的生物陶瓷由于是高温处理工艺所成的无机非无机非金属材料金属材料，因此具有金属、高分子材料无法因此具有金属、高分子材料无法比拟的优点：比拟的优点：1 1）由于它是在高温下烧结制成，其结构中包由于它是在高温下烧结制成，其结构中包括键强很大的离子键或共价键，所以具有：括键强很大的离子键或共价键，所以具有：良好的机械强度、硬度、压缩强度高，极其良好的机械强度、硬度、压缩强度高，极其稳定。稳定。在体内难于溶解，不易氧化、不易腐蚀变质，在体内难于溶解，不易氧化、不易腐蚀变质，热稳定性好，便于加热消毒、耐磨、有一定热稳定性好，便于加热消
28、毒、耐磨、有一定润滑性能，不易产生疲劳现象，润滑性能，不易产生疲劳现象，和人体组织的亲和性好，因此能满足种植学和人体组织的亲和性好，因此能满足种植学要求。要求。生物陶瓷的特点及运用弹性模量为弹性模量为20GPa20GPa，抗弯强度高达抗弯强度高达275-620MPa275-620MPa韧性好。韧性好。碳双叶瓣人工心脏瓣膜碳双叶瓣人工心脏瓣膜生物陶瓷的特点及运用2 2）陶瓷的组成范围比较宽，可以根据实际应用的陶瓷的组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，控制性能的变化。要求设计组成，控制性能的变化。例如可降解生物陶瓷在体内不同部位的使用中，例如可降解生物陶瓷在体内不同部位的使用中，希望能
29、针对被置换骨的生长特点获得具有不同降希望能针对被置换骨的生长特点获得具有不同降解速度的陶瓷。否则，当降解速度超过骨生长速解速度的陶瓷。否则，当降解速度超过骨生长速度时度时,就会产生就会产生“死区死区”，影响修复。如果向此，影响修复。如果向此类材料中添加适当比例的非降解性生物陶瓷，就类材料中添加适当比例的非降解性生物陶瓷，就能调整降解速度，满足临床要求。能调整降解速度，满足临床要求。脊柱侧弯，后路矫正加生物陶瓷植入脊柱融合。脊柱侧弯，后路矫正加生物陶瓷植入脊柱融合。上海第二军医大学、长征医院骨科上海第二军医大学、长征医院骨科生物陶瓷的特点及运用 3 3）陶瓷容易成型，可根据需要制成各种陶瓷容易成
30、型，可根据需要制成各种形态和尺寸形态和尺寸如颗粒形、柱形、管形、致密型或多孔型，如颗粒形、柱形、管形、致密型或多孔型，也可制成骨螺钉、骨夹板、制成牙根、关也可制成骨螺钉、骨夹板、制成牙根、关节、长骨、颅骨等。采用特殊的工艺还可节、长骨、颅骨等。采用特殊的工艺还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。人造骨关节人造骨关节生物陶瓷的特点及运用4 4）后加工方便。后加工方便。通常认为陶瓷很难加工，但随陶通常认为陶瓷很难加工，但随陶瓷加工设备和技术的进步，现在陶瓷的切割、研瓷加工设备和技术的进步，现在陶瓷的切割、研磨、抛光等已是成熟的工艺。近年来又发展了可磨、抛光等已是成熟的工艺。近
31、年来又发展了可用普通金属加工机床进行车铣、刨、钻等的可切用普通金属加工机床进行车铣、刨、钻等的可切割性生物陶瓷，利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温割性生物陶瓷，利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，可制成精密铸造的玻璃陶瓷。流动性，可制成精密铸造的玻璃陶瓷。5 5）易于着色。易于着色。如陶瓷牙冠与天然牙逼真，利于整如陶瓷牙冠与天然牙逼真，利于整容、美容。容、美容。生物材料发展的热点近近2020年来年来,试图仿制试图仿制天然生物材料、利用生物学天然生物材料、利用生物学原理设计和制造仿生物的材料原理设计和制造仿生物的材料,已成为生物材料已成为生物材料研究领域极为活跃的前沿研究方向。研究领域极为活跃的前沿研
32、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,能与活性骨形成化学结合能与活性骨形成化学结合,但它是脆性材料但它是脆性材料,限限制了在某些条件下的应用。近年来发展起来的仿制了在某些条件下的应用。近年来发展起来的仿生法模仿了自然界生理磷灰石的矿化机制生法模仿了自然界生理磷灰石的矿化机制,使磷使磷灰石层在类似于人体环境条件的水溶液中自然沉灰石层在类似于人体环境条件的水溶液中自然沉积出来。积出来。1 1、仿生材料、仿生材料生物材料发展的热点纳米技术在世纪年代得以迅速发展纳米技术在世纪年代得以迅速发展,由于纳米材料由于纳米材料具有具有表面效应、小尺寸效应及
33、量子效应表面效应、小尺寸效应及量子效应等独特的性等独特的性能能,使纳米材料呈现出广阔的应用前景。近年来使纳米材料呈现出广阔的应用前景。近年来,纳米技术在生物材料领域的应用已经受到关注。纳米技术在生物材料领域的应用已经受到关注。纳米陶瓷在纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿人工骨、人工关节、人工齿等硬组织替等硬组织替代材料制造及临床应用领域有广阔的应用前景。代材料制造及临床应用领域有广阔的应用前景。英国的成功地合成了英国的成功地合成了模拟骨骼亚结构模拟骨骼亚结构的纳米物质的纳米物质,该物质有望取代目前骨科常用的合金材料该物质有望取代目前骨科常用的合金材料,而且而且不不易骨折易骨折,并能与正常骨组织
34、连接紧密并能与正常骨组织连接紧密。2 2、纳米技术的应用、纳米技术的应用生物材料发展的热点生物材料发展的热点传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医用材料传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医用材料,但是由于工艺上的原因但是由于工艺上的原因,普通陶瓷很难避免材料普通陶瓷很难避免材料的的脆性脆性等问题。等问题。由于由于纳米陶瓷晶粒尺寸很小纳米陶瓷晶粒尺寸很小,材料中的内在气孔材料中的内在气孔和缺陷尺寸大大减少和缺陷尺寸大大减少,材料不易造成穿晶断裂材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料的韧性和强度有利于提高材料的韧性和强度,而随着晶粒尺寸而随着晶粒尺寸变小同时又使晶界数量大大增加变小同时又使晶界数量大大增加
35、,有助于晶粒间有助于晶粒间的移动的移动,这使纳米陶瓷表现出独特的这使纳米陶瓷表现出独特的超塑性超塑性。2 2、纳米技术的应用、纳米技术的应用生物材料发展的重点生物材料发展的重点生物医用复合材料根据应用需要进行设计生物医用复合材料根据应用需要进行设计,由由基基体材料与增强材料或功能材料组成体材料与增强材料或功能材料组成。常用的基体材料：有医用高分子、医用碳素材料、常用的基体材料：有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、磷酸钙基生物陶瓷、医用不锈钢、钻生物玻璃、磷酸钙基生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料。基合金等医用金属材料。增强材料有：碳纤维、不锈钢或钻基合金纤维、增强材料有：碳纤维、不
36、锈钢或钻基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体,另另外还有氧化错、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶外还有氧化错、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。瓷等颗粒增强体。3 3、复合材料、复合材料生物陶瓷材料的发展重点生物陶瓷材料的发展重点1 1、提高现有生物陶瓷的可靠性提高现有生物陶瓷的可靠性,提高其强度提高其强度,降降低杨氏模量低杨氏模量,改善韧性改善韧性,最有希望的途径是研制最有希望的途径是研制复合材料复合材料,如金属一陶瓷复合如金属一陶瓷复合,陶瓷纤维增强生陶瓷纤维增强生物陶瓷物陶瓷,聚合物一陶瓷复合聚合物一陶瓷复合,骨胶原一生物陶瓷骨胶
37、原一生物陶瓷复合等。复合等。2 2、深入研究、深入研究种植与骨界面的作用过程种植与骨界面的作用过程以及以及种植与种植与骨和软组织结合的机理骨和软组织结合的机理,这对了解腐蚀、疲劳过这对了解腐蚀、疲劳过程程,探索预防和控制的途径具有重要意义探索预防和控制的途径具有重要意义,也会也会为研制新材料提供信息。为研制新材料提供信息。生物陶瓷材料的发展重点生物陶瓷材料的发展重点3 3、开展人工骨应用基础理论研究开展人工骨应用基础理论研究,建立和完善材建立和完善材料综合评判系统料综合评判系统,以寻求在实验室条件下预测种以寻求在实验室条件下预测种植体变化和寿命的方法植体变化和寿命的方法,为建立生物医学材料标为
38、建立生物医学材料标准提供可靠依据还应积极开展材料应用技术的研准提供可靠依据还应积极开展材料应用技术的研究究,人们还没有超越模仿天然器官的阶段。人们还没有超越模仿天然器官的阶段。这主要是材料应用技术的研究跟不上需要。这一这主要是材料应用技术的研究跟不上需要。这一技术应包括人体器官测量技术应包括人体器官测量,分析、形态和结构设分析、形态和结构设计计,加工成型技术和评价技术。加工成型技术和评价技术。生物陶瓷材料的发展重点生物陶瓷材料的发展重点4 4、需要、需要外科医生、口腔医生紧密合作外科医生、口腔医生紧密合作。除材料研。除材料研究、应用技术外究、应用技术外,临床适应症的选择和手术设计临床适应症的选
39、择和手术设计与实施也是种植成功的要素之一。与实施也是种植成功的要素之一。5 5、非活性生物陶瓷的强度较高、非活性生物陶瓷的强度较高,但与生物无亲和但与生物无亲和作用，但陶瓷活性生物陶瓷具有亲和作用作用，但陶瓷活性生物陶瓷具有亲和作用,可与可与生物体长在一起生物体长在一起,但强度较低如磷酸钙陶瓷。在但强度较低如磷酸钙陶瓷。在非活性陶瓷上涂敷活性生物陶瓷非活性陶瓷上涂敷活性生物陶瓷,使之兼具两者使之兼具两者优点。优点。生物陶瓷材料的发展重点生物陶瓷材料的发展重点6 6、在移植陶瓷应用范围不断扩大基础上、在移植陶瓷应用范围不断扩大基础上,人造血人造血管和人造气管等软组织材料的应用管和人造气管等软组织材料的应用将是今后的重将是今后的重点研究课题。点研究课题。总之总之,要以无生命的陶瓷取代人体某部位有生命要以无生命的陶瓷取代人体某部位有生命的组织的组织,共同承但人体的生命功能共同承但人体的生命功能,是生物陶瓷是生物陶瓷工作者一项长期、艰巨的科研课题工作者一项长期、艰巨的科研课题,其核心是新其核心是新材料的探索。这有待于各专业学者、专家的通力材料的探索。这有待于各专业学者、专家的通力合作合作,协同攻关协同攻关,以满足人们对生物陶瓷材料品以满足人们对生物陶瓷材料品种和数量的新要求。种和数量的新要求。