3-ch3-生物-生物医学工程基础解说.ppt

三、生物活性玻璃陶瓷 玻璃陶瓷主要以含磷灰石和硅灰石的玻璃陶瓷(apatite-wollastonite-glass-ceramic, A-W-GC)为代表，成分与生物活性玻璃接近，是一种多相复合材料。 性能特点： 具有多元组成，可调整其结构，调整赋予新的性能。 化学性能稳定 机械强度可高于母体玻璃强度数倍至十几倍。 成型加工性能好 植入体内在其表面同样可形成HCA层，骨传导作用与生物活性玻璃相似，生物相容性较好。 但植入体内后的材料表面形成ＨＣＡ层，玻璃陶瓷的氧化物之间应有合适的比例，HCA如果形成过慢，骨组织与材料的化学结合也不能形成。 有报告显示玻璃陶瓷植入体内后有薄层纤维组织间隔形成，说明表面HCA的形成需要较严格的生产条件。 临床应用： A-W陶瓷： MgO 4.6%、 CaO 44.9%、P2O5 16.3%、 SiO2 34.2%、CaF2 0.5% 含磷灰石（A）和β-硅灰石（W）晶相 兼有很好的生物活性和机械性能 已应用于人工脊椎、人工脊椎间板、长管骨、长骨固定物和骨修复材料 其他生物活性玻璃陶瓷： Bioverit（德）， SiO2-(Al2O3)- MgO - CaO - Na2O - K2O - F- - P2O5 ，听小骨、人工齿根 Ceravital, Na2O - K2O - MgO- CaO -P2O5 - SiO2，听小骨等不受力的部位 BGC玻璃陶瓷（中科院），MgSiO3 - CaSiO3 –Ca10(PO4)6 活性玻璃陶瓷的其他应用： 含铁磁晶体的玻璃陶瓷可用于癌症的热治疗。 其他生物活性无机材料 生物活性骨水泥 生物陶瓷听小骨 骨填充用多孔生物陶瓷 又叫生物吸收性陶瓷。 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，最终使缺损部位完全为新骨所取代。 特殊要求： 被替代过程与新骨长出的速度相一致， 材料被替代过程不妨碍新骨长出 可降解无机材料 磷酸钙β-TCP、CaSO4、天然珊瑚以及β-TCP与HAP的混合物 （六） 生物可降解惰性无机材料 一、 β-TCP 分子式：Ca3(PO4)2，钙磷比为1.5，与正常骨组织的钙磷比接近。 1、β- TCP（β- Ca3(PO4)2）合成： 固相反应法：2CaHPO4·2H2O+CaCO3——Ca3(PO4)2+5H2O+CO2 沉淀法：3Ca(NO3)2+2(NH4)2HPO4+2NH4OH——Ca3(PO4)2+6NH4NO3+2H2O 2、β- TCP多孔陶瓷的制备与性能 800-1000 ℃——适宜的烧结温度范围 物理与化学性能： 白色多孔材料 在水溶液中存在如下平衡： Ca3(PO4)2(S)——3Ca2+(aq)+ 2PO43-(aq) 气孔率（%） 平均孔径（μm） 容积密度（g/cm3） 抗拉强度（MPa) 40-55 300-380 1.05-1.30 11.4-19.5 生物相容性好： 无毒性、无致突变作用、无刺激，不致过敏反应，不致畸，不致溶血，仅有轻度的巨噬细胞反应。 可促进骨损伤修复和骨组织形成，在骨与材料之间无纤维组织间隔 β-TCP的骨传导能力比较强，β-TCP的骨传导作用优于HA。 β-TCP的最突出的特点是可在生物体内降解。动物实验发现β-TCP在植入乳猪腭乳突后24周完全降解，Renooij等用同位素标记HA和TCP，发现HA无降解，而TCP在22周降解25％～30%。 生物降解机理： 体液的溶解——粘结剂发生水解，使材料分离成颗粒、分子或离子。 细胞吞噬与吸收（巨噬细胞何破骨细胞）——其代谢产物可参与新骨形成。 3、临床应用： 用于修复骨组织缺损，替代自体骨、同种异体骨或异种骨的理想的人工骨移植材料。 强度比较低但只能用于不受力部位。 降解和成骨的速度必需调节在相应的水平，况且TCP的强度低于其它陶瓷材料，如果没有迅速的成骨，TCP的骨修复作用可能会失败。 当前的研究和应用规模不及HA。 1、基础研究趋势： 植入体与骨（软组织）的生物化学变化 生物陶瓷及其复合材料的生物力学适应性 可降解生物陶瓷的降解机理 生物活性陶瓷的生物活性机理 2、材料研究趋势： 复合生物陶瓷 如将HA与聚乳酸和聚乙醇酸的混合物复合是较多的一种复合物，可增加HA的强度又可增加材料的降解，同时有较好的骨传导性。 也有将HA或A-W-GC与纤维素、胶原等生物材料复合，目的是提高材料的生物相容性，使材料与骨更紧密的结合。 复合了生理活性物质的生物陶瓷（将不同的材料和生物因子结合有可能弥补各种材料的不足，更好地起到骨缺损的修复作用。） 生物陶瓷与BMP复合 人工材料与TGF-β复合物 人工材料与细胞成分复合物 羟基磷灰石/胶原复合物 纳米HA （七）