8.4生物陶瓷材料要点.ppt

??生物陶瓷材料 生物陶瓷材料 1.1 生物陶瓷的特点 1.2 惰性生物陶瓷材料 1.3 生物活性陶瓷材料 1.4 生物陶瓷复合材料 1.5 生物陶瓷纳米材料 1.6 生物陶瓷材料的应用 生物陶瓷材料 生物陶瓷是指主要用于人体硬组织修复和重建的生物医学陶瓷材料。与传统陶瓷材料不同的是，它不是单指多晶体，而且包括单晶体、非晶体生物玻璃和微晶玻璃、涂层材料、梯度材料、无机与金属复合、无机与有机或生物材料的复合材料。它不是药物，但它可作为药物的缓释载体；他们的生物相容性、磁性和放射性，能有效的治疗肿瘤。在临床上已用于胯、膝关节、人造牙根、额面重建、心脏瓣膜、中耳听骨等，从而在材料学和临床医学上确立了“生物陶瓷”这一术语。 生物陶瓷是材料科学与生命科学相交叉的一个新领域,受到世界各国的重视。生物陶瓷是指与生命科学、生物技术、生物医学及生物老化等领域有关的陶瓷材料。随着全人类加速走向老龄化, 以及交通事故、各种灾害造成伤残, 对组织、器官的需求与日俱增。生物陶瓷主要作为生物硬组织的替代材料, 用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面, 也可用于测量和诊断治疗等。 1.1 生物陶瓷的特点、类型 1. 生物陶瓷的特点 ①其结构中包含着键结合力很大的离子键和共价键，所以它不仅具有良好的力学强度、硬度，而且在体内难溶解，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于加热消毒，耐磨性能好，不易产生疲劳现象，满足种植学的要求。 ②陶瓷的组成范围比较宽，可根据实际应用的要求设计组成，控制性能变化。 ③陶瓷成形容易，可根据使用要求，制成各种形态和尺寸，如颗粒型、柱型、管型；致密型或多孔型，也可制成骨螺钉、骨夹板；制成牙根、关节、长骨、颌骨、颅骨等。 ④通常认为陶瓷烧成后很难加工，但随着加工装备及技术的进步，现在陶瓷的切削、研磨、抛光等已是成熟工艺。近年来又发现了可用普通金属加工机床进行车、铣、刨、钻孔等的“可切削性生物陶瓷”，利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，制成铸造玻璃陶瓷。用这种陶瓷制作的人工牙冠，不仅强度好，而且色泽与天然牙相似。 表8.1将三类常用的生物种植材料作了对照，由表可看出陶瓷作为生物医用材料的特点。 表1 三类常用生物医用材料特性对照 材 料 特 性 金属 聚合物 陶瓷 生物相容性 不太好 较好 很好 耐侵蚀性 除贵金属外，多数不耐侵蚀，表面易变质 化学性能稳定，耐侵蚀 化学性能稳定，耐侵蚀，不易氧化、水解或降解 耐热性 较好，耐热冲击 受热易变形，易老化 热稳定性好，耐热冲击 强度 很高 差 很高 耐磨性 不太好，磨损产物易污染周围组织 不耐磨 耐磨性好，有一定润滑性能 加工及成形性能 非常好，可加工成任意形状，延展性良好 可加工型好，一定韧性 塑形性好，脆性大，无延展性 2. 生物陶瓷的类型 根据生物陶瓷材料与生物体组织的效应，把它们分为三类： ①惰性生物陶瓷。这种生物陶瓷在生物体内与组织几乎不发生反应或反应很小，如氧化铝陶瓷和蓝宝石、碳、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等。 ②活性生物陶瓷。在生理环境下与组织界面发生作用形成化学键结合，系骨性结合，如羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃，生物活性微晶玻璃。 ③可被吸收的生物降解陶瓷。这类陶瓷在生物体内可被逐渐降解、被骨组织吸收，是一种骨重建材料，如磷酸三钙等。 1.2 生物惰性陶瓷材料 生物惰性陶瓷是指化学性能稳定, 具有较高的力学强度和耐磨损性能, 与机体组织生物相容性好的陶瓷材料。 1. 氧化铝(A1203)陶瓷 用于生物医学的A1203分为单晶A1203、多晶A1203和多孔质A1203三种。 就多晶A1203而言，只有高纯度(99. 5％)、高密度(≥3．90g／cm3)、晶粒细小且均匀(平均晶粒尺寸7μm)的A1203陶瓷才能显示出A1203作为生物陶瓷的优越性，即优良的生物相容性，摩擦系数小、耐磨损、抗疲劳，耐腐蚀等特性。 用于承受负载的A1203陶瓷必须是细小而又均匀。另外晶粒大小还关系到表面粗糙度，这会直接影响到摩擦系数。 1.2 生物惰性陶瓷材料 1. 氧化铝(A1203)陶瓷 同多晶A1203陶瓷相比，单晶A1203陶瓷的力学性能更为突出，单晶A1203在C轴方向具有相当高的抗弯强度(1300MPa)，因而临床上应用于负重大、耐磨要求高的部位，如高强度螺钉、人工骨、人工牙根、人工关节和固定骨折用的螺栓。但其加工较多晶体困难。 部分稳定化的ZrO2和A1203一样，生物相容性良好，在人体内稳定性高，且比A1203断裂韧度值更高、耐磨性更为优良，用作生物材料有利于减小植入物尺寸和实现低摩擦磨损，因而在人工牙根和人工股关节