钙磷多孔生物陶瓷.ppt
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生物陶瓷材料2
图1
几种常见的基于磷酸钙的生物陶瓷材料
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磷酸钙生物陶瓷研究背景
表1 现存的几种磷酸钙和它们的主要性质
(3) 磷酸一钙（MCPA）和磷酸二钙（DCPA）在温度高于100°C稳定。 (1) α-TCP、β-TCP和TTCP不能从水溶液中沉淀； (4) pH在5~12时，ACP相对稳定。(5)缺钙羟基磷灰石（CDHA）被称为沉淀的HA。 (2) 无定型磷酸钙（ACP）不能精确测量。在酸性缓冲液中的溶解程度： (6) 对CDHA，当x=1时，边界条件钙磷比为1.5，CDHA的分子式为 ACP>> a-TCP>> b-TCP> CDHA >>HA > FA。 Ca9(HPO4)(PO4)5(OH)。
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磷酸钙生物陶瓷的几种理化性质
粉末或压坯在 低于主要组分 烧结 机械性能 熔点温度下加 热，使颗粒间 磷酸钙生 产生连接， 产生连接，以 物陶瓷 提高制品性能 的方法。 的方法。能提 机械强度， 高机械强度， 电学性质 多孔性 增加韧性。 增加韧性。
强度和杨氏 模量较高， 模量较高， 脆性低。 脆性低。
图6 降解前后聚磷酸钙多孔支架 材料的表面形貌图（ 材料的表面形貌图（x5000） ）
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生物活性
新形成的骨通过在骨/材料交界处形成碳化 新形成的骨通过在骨 材料交界处形成碳化CDHA层直接连接到生物 材料交界处形成碳化 层直接连接到生物 材料上。 材料上。 几种生物陶瓷的体内体外实验 在体内，酸性环境下的细胞（ 巨噬细胞，破骨细胞） ① 在体内，酸性环境下的细胞（如巨噬细胞，破骨细胞）活动会引起磷 实验对象：体外是模仿体液；体内是兔子肌肉系统。 实验对象：体外是模仿体液；体内是兔子肌肉系统。 酸钙的部分溶解。 酸钙的部分溶解。
生物陶瓷 PPT
(2) 材料制品的组成范围较宽，可以灵活地设计组成和调制性能。如降解生物 陶瓷，可根据在体内不同部位的应用调节降解速度，使之与骨生长速度匹 配，满足临床要求。
(3) 成型方法多，可根据需要制成各种形状和尺寸，致密或多孔结构等。 (4) 易于着色，如陶瓷牙冠与天然牙齿外观逼真，利于整容、美容手术。
9.2 生物功能性和生物相容性
研制具有修复功能的人工替换材料，十分重要
生物功能性
代替患病、缺损 或衰老的硬组织
矫治先天 畸形
整容和美容
恢复硬组织的形 态和功能
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
相容性
生物相容性
力学相容性
抗血栓
与生物组织有优异的亲和性
物理化学稳定性
在体内长期稳定，不分解、不变质、不变性
灭菌性
生物陶瓷不仅应具有足够的强度，不发生灾难性脆性断裂、疲劳、蠕变及腐 蚀取量生致生人生生成。决断突 生物不物物 破植体于裂变 化陶平陶陶 坏入 、它，作 反瓷整瓷瓷 ，材 辐所而用 应植的必作 不料 射承且而，入植须为会必等其受形同生入对植形须的弹的成时物体生入成能作性应的，体表物材血以用形力化它后面体料栓无而变大学又所，无和。菌改应小键不形能毒人状 变当、结会成和、体态 其和组合被的生无血生 功生。被织机物害液能存化替间械组、相，下作换形嵌织无接使来用的成连很刺触接，所组的好，，激触不破织地界也要、的会坏结可相面求无宿因。合以匹性植过主环是，配质入敏组境植这以。物反织条入种及植不应受件体结材会人、到如和合对料体无感干生可血本的致染热理以液身力畸。、环是细的学和湿境组胞弹相致热间织造性容癌、发长模性气等
代表组成是： Na2O 4.8％，K2O 0.4％，MgO 2.9％，CaO 34.0％，SiO2 46.2％，P2O5 11.7％。
(3) 成型方法多，可根据需要制成各种形状和尺寸，致密或多孔结构等。 (4) 易于着色，如陶瓷牙冠与天然牙齿外观逼真，利于整容、美容手术。
9.2 生物功能性和生物相容性
研制具有修复功能的人工替换材料，十分重要
生物功能性
代替患病、缺损 或衰老的硬组织
矫治先天 畸形
整容和美容
恢复硬组织的形 态和功能
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
相容性
生物相容性
力学相容性
抗血栓
与生物组织有优异的亲和性
物理化学稳定性
在体内长期稳定，不分解、不变质、不变性
灭菌性
生物陶瓷不仅应具有足够的强度，不发生灾难性脆性断裂、疲劳、蠕变及腐 蚀取量生致生人生生成。决断突 生物不物物 破植体于裂变 化陶平陶陶 坏入 、它，作 反瓷整瓷瓷 ，材 辐所而用 应植的必作 不料 射承且而，入植须为会必等其受形同生入对植形须的弹的成时物体生入成能作性应的，体表物材血以用形力化它后面体料栓无而变大学又所，无和。菌改应小键不形能毒人状 变当、结会成和、体态 其和组合被的生无血生 功生。被织机物害液能存化替间械组、相，下作换形嵌织无接使来用的成连很刺触接，所组的好，，激触不破织地界也要、的会坏结可相面求无宿因。合以匹性植过主环是，配质入敏组境植这以。物反织条入种及植不应受件体结材会人、到如和合对料体无感干生可血本的致染热理以液身力畸。、环是细的学和湿境组胞弹相致热间织造性容癌、发长模性气等
代表组成是： Na2O 4.8％，K2O 0.4％，MgO 2.9％，CaO 34.0％，SiO2 46.2％，P2O5 11.7％。
磷酸钙生物陶瓷
磷酸钙生物材料一、引言生物陶瓷（Bioceramies）是指用作特定的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、生物化学等的陶瓷材料。
广义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。
做为生物陶瓷材料，需具备如下条件：生物相容性；力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；抗血栓；灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性。
生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物复合材料三类。
生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关，故一直倍受材料科学工作者的重视。
目前广泛应用的生物降解陶瓷为β- 磷酸三钙( 简称β-TCP)，属三方晶系，钙磷原子比为1.5，是磷酸钙的一种高温相。
β-TCP 的最大优势就是生物相容性好，植入机体后与骨直接融合，无任何局部炎性反应及全身毒副作用。
其不足是高切口敏感性导致的低疲劳强度，较高刚性和脆性使其难以加工成型或固定钻孔。
基于仿生原理，制备类似于自然组织的组成、结构和性质的理想生物陶瓷，应该是生物陶瓷的一个发展方向。
磷酸钙盐生物陶瓷人工骨，虽然与骨盐的组成相同，但不同部位的骨性质是不尽相同的，为此组成和结构类似于骨骼连续变化的多孔磷酸钙陶瓷的研究是正在进行的非常有价值的课题。
对于可生物降解的磷酸钙生物陶瓷而言，磷酸钙陶瓷在体内从无生命到有生命的转变过程，即无机物的钙磷是如何转变成为生物体内的有机钙磷，其中是否存在一个晶型转变或晶型转变的过程是如何进行的；材料降解后其产物在体内的分布和代谢途径以及各分支的量的关系等等也应引起材料工作者的高度重视。
二、磷酸钙陶瓷的制备工艺1、磷酸钙陶瓷粉末的制备制备块状磷酸钙陶瓷的第一步是磷酸钙陶瓷粉末的制备，主要有湿法和固态反应法!湿法包括：水热反应法、水溶液沉淀法以及溶胶凝胶法，此外还有有机体前驱热分解法、微乳剂介质合成法等各种制备工艺的研究目标是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。
各种制备工艺的研究没仪表是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。
《生物与抗菌陶瓷》PPT课件
主要包括三类： 一类如羟基磷灰石生物活性陶瓷，其表面本身就由羟基磷灰石构成； 另一类如生物活性玻璃，其表面虽不是羟基磷灰石，但可通过在生理环境中 发生化学反应而在表面形成羟基磷灰石履盖层。 第三类生物活性陶瓷也称生物降解陶瓷(又叫生物吸收性陶瓷)，如磷酸三钙 等，由手可在体内被逐步降解吸收并随精之选P为PT新生组织所替代，故也作为生物7 活性 陶瓷。
反应法和沉淀反应法。
1. 水热反应法
将CaHPO4与CaCO3，按摩尔比为6:4进行配料，并经24小时湿法球磨。然后 将球磨好的浆料倒入反应釜内，加入足够的蒸馏水，在80～100 ℃恒温情况下进
行搅拌反应，冷却后沉淀得到白色羚基磷灰石沉淀物。
此外，日本的青木秀希还直接用磷酸氢钙加水分解的方法在高压反应釜中制
精选PPT
5
3. 烧成 烧成温度、保温时间、烧成气氛等都对氧化铝生物陶瓷的显微结构和性能产
生较大的影响，必须合理控制。 工艺条件对氧化铝(刚玉)生物陶瓷显微结构和性能有较大影响。
17.2.1.3 高纯氧化铝生物陶瓷的性能
要求氧化铝生物陶瓷强度要高，硬度要大，耐腐蚀、耐磨性好、热膨胀系数 要小，材质要轻。
目前国内外己将羟基磷灰石用于人工齿根、骨缺损、脑外科手术的修补、填 充等；用于制造耳听骨链和整形整容的材料。
此外，羟基磷灰石陶瓷在医学上还作为治病时植入体内的药物释放载体一一 人工骨核，治疗骨结核时应用。
精选PPT
11
18 抗菌陶瓷
18.1 概述
埃及金字塔中的木乃伊的包裹布-------植物浸渍液 ------人类最早使用的抗菌剂 1935年德国人G.Domark采用季铵盐处理军服以防止伤口感染。 现代抗菌材料研究和应用--------抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌陶瓷及抗菌金属等 -----应用 于各领域 。
反应法和沉淀反应法。
1. 水热反应法
将CaHPO4与CaCO3，按摩尔比为6:4进行配料，并经24小时湿法球磨。然后 将球磨好的浆料倒入反应釜内，加入足够的蒸馏水，在80～100 ℃恒温情况下进
行搅拌反应，冷却后沉淀得到白色羚基磷灰石沉淀物。
此外，日本的青木秀希还直接用磷酸氢钙加水分解的方法在高压反应釜中制
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3. 烧成 烧成温度、保温时间、烧成气氛等都对氧化铝生物陶瓷的显微结构和性能产
生较大的影响，必须合理控制。 工艺条件对氧化铝(刚玉)生物陶瓷显微结构和性能有较大影响。
17.2.1.3 高纯氧化铝生物陶瓷的性能
要求氧化铝生物陶瓷强度要高，硬度要大，耐腐蚀、耐磨性好、热膨胀系数 要小，材质要轻。
目前国内外己将羟基磷灰石用于人工齿根、骨缺损、脑外科手术的修补、填 充等；用于制造耳听骨链和整形整容的材料。
此外，羟基磷灰石陶瓷在医学上还作为治病时植入体内的药物释放载体一一 人工骨核，治疗骨结核时应用。
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18 抗菌陶瓷
18.1 概述
埃及金字塔中的木乃伊的包裹布-------植物浸渍液 ------人类最早使用的抗菌剂 1935年德国人G.Domark采用季铵盐处理军服以防止伤口感染。 现代抗菌材料研究和应用--------抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌陶瓷及抗菌金属等 -----应用 于各领域 。
人工骨(磷酸三钙生物陶瓷)介绍
部分可控 部分可控 不规则形 不规则形 不可控 < 50% 不可控 < 50%
20
4-90MPa
2-10MPa 2-20MPa
微结构比较
传统工艺陶瓷 贝奥路®陶瓷
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第三部分
贝奥路® b-磷酸三钙生物陶瓷
22
产品系列
颗粒
<1.0 mm 1.0～3.5 mm 3.5～5.0 mm <1.0 mm 1.0～3.5 mm 3.5～5.0 mm 1.0～3.5 mm <1.0 mm 1.0～3.5 mm >3.5 mm 5.0g 1.0g
吞噬 细胞降解 破骨 细胞内降解
2周
18
陶瓷微结构对力学性能的影响
内连=,孔径↗孔隙率↘ 力学↗
孔径=,内连↗孔隙率↗ 力学↘
国内外产品性能比较
贝奥路产品 国内产品 国外产品 气孔率 70±10% 完全可控 均一球形 完全可控 > 99% 60%左右 60-70%
微 孔径 结 孔型 构 特 内连接径 征 孔沟通率 力学强度
10
市场现有产品存在的不足
• 气孔率低、不均一 、不规则 • 孔与孔内连接不可控性，且沟通率低 • 材料降解度低 • 力学强度低 • 块状产品表面光洁度欠佳，临床使用不便
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第二部分
贝奥路® b-磷酸三钙生物陶瓷
12
精准控制陶瓷多孔微结构
内连70μ 内连100μ
内连120μ
孔400-500μ
孔500-630μ
孔300-400μ
孔630-700μ
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精准控制产品的形态和尺寸
14
陶瓷微结构对细胞长入的影响
15
陶瓷微结构对长入血管化的影响
生物陶瓷
吸收性生物陶瓷的特点： •其溶解作用可由正常的新陈代谢过程控制。 •能在合适的时间内完成特定的功能要求。 •其吸收过程不会显著地妨碍被正常的健康组织所取代的过程。
可吸收生物陶瓷植入体后的降解过程 材料先被体液溶解和组织吸收，解体成小颗粒， 然后这些小颗粒不断被吞噬细胞所吞噬
具体机制
A 生物化学溶解
H A P应用
人造齿根：成功率＞95% 人造颌骨：HAP多孔体 人造鼻软骨 皮肤内移植 骨填充材料 牙膏添加剂 人工中耳通气管材料 金属种植体涂层
羟基磷灰石生物陶瓷
羟基磷灰石涂层钛基牙种植体 是一种安全、方便的听小骨缺 损替代品，适用于因炎症(如慢 性化脓性中耳炎)或外伤等病症 造成听小骨缺损、畸形的患者 作听小骨置换手术。
1 磷酸钙骨水泥人工骨(CPC)
磷酸钙骨水泥经过不同的制备, 将其植入 动物模型体内, 进行了细胞毒性、短期肌 肉内植入、骨缺损修复等实验, 证明其具 有良好的生物相容性和成骨效果, 有一定 空间结构及机械强度和生物降解性, 安全 无毒, 并可作为细胞因子、抗菌素等的理 想载体。
2
自固化磷酸钙人工骨
主要包括：羟基磷灰石陶瓷及生物活性玻璃等磷 酸盐材料。
生物活性陶瓷（钙-磷生物陶瓷）
羟基磷灰石（hydroxyapatite,简称HAP） 分子式是Ca10(PO4)6(OH)2 体积质量为3.16g/cm3，性脆 微溶于水，水溶液呈弱碱性pH(7-9）,易溶于酸，难 溶于碱 HAP是强离子交换剂 HAP是人体骨和牙齿的重要组成部分，人骨成份中 HAP的质量分数约为65%，人的牙齿釉质中HAP的质量 分数刚在95%以上，具有优秀的生物相容性
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(二)碳素材料(玻璃碳材、热解碳、低温气相沉积碳)
可降解多孔β-磷酸钙生物陶瓷的制备研究
・作 者 简介 ：李建 华 （ １９５７一 ） 女 ，工程 师 ，从 事生 物 材料 研 究。
陶 瓷 辩 学 与 若 术
・
４・
维普资讯
法 国学者 卢 建熙认为 多孔 陶瓷 的两 大微 结构对 细胞 的侵 入极 为重 要 ， 孔径和 气 孔之 间 的连接 ｝ 既 ３ 】 。 且能 与人体组 织不 发生排 异反应 、 引导 新骨 的生 长、
ｌ引 口
用于外科与齿科临床Ｉ ｐ 磷酸三钙 （ － ａ Ｏ ， “ 一 。 ｐ Ｃ Ｐ
ｐ— Ｐ ＴＣ ）作为 生物 材料 的研 究 始于 七 十年代 。当
生物医用材料 中钙磷材料 占有很重的位置。 时是将 其 制成 多孔 体 ，对 动 物骨 骼进行 置 换Ｉ 因 。 为钙磷材料在化学组成和结构上与人体骨组织、 牙 ｐ Ｔ Ｐ － Ｃ 可分为致密型和多孔型。 致密型具有 齿等 硬组 织 的无机 成 份相近 。 十年代 初 美 国和 日 七 较高 的强 度 ，多 孔型其 强 度相 对 较抵 ， 满 足植 入 但 本的学者首先成功合成了羟基磷灰石 （ Ａ ） Ｈ Ｐ 材料 ， 体内后达成生物降解和吸收 ， 并随之为新骨逐渐代 我 国于八 十年代 后期 人工合 成 了 ＨＡＰ材 料 ，并应 替 。 因此 ｐ － Ｐ可作 为 松质骨 的填充 材料 。 ＴＣ
ａ ｕ ｄ ｎ ｎ ｎ ｆ ｒ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ ｔ ｄ ｍｉ ｒ －ｐ ｒ ｈ ｔ ｍ ｅ ｎ ｅｔ ｒ ｄ ｏ ｂ ｎ ａ ｔ ａ ｄ ｕ ｉ ｍ ｎ ｅ ｃ ｎｎ ｅ ｃ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｓ ｂ ｔｅ ｅ ｍｐ ｓ ｔｏ ｒ ｐ ｎｙ．Ｔｈ ｏ ｃ ｓ ａ ｃ ｏ ｉｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｅ ｍａ ｅ ｉｌ ｔ ｒａ
混合后热压铸成型， 经过高温处理 ， 制备出可生物降解的 Ｄ Ｔ Ｐ — Ｃ 多孔材料。 一 经ｘ 射线衍射和扫描 电镜形貌分析，
陶 瓷 辩 学 与 若 术
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４・
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法 国学者 卢 建熙认为 多孔 陶瓷 的两 大微 结构对 细胞 的侵 入极 为重 要 ， 孔径和 气 孔之 间 的连接 ｝ 既 ３ 】 。 且能 与人体组 织不 发生排 异反应 、 引导 新骨 的生 长、
ｌ引 口
用于外科与齿科临床Ｉ ｐ 磷酸三钙 （ － ａ Ｏ ， “ 一 。 ｐ Ｃ Ｐ
ｐ— Ｐ ＴＣ ）作为 生物 材料 的研 究 始于 七 十年代 。当
生物医用材料 中钙磷材料 占有很重的位置。 时是将 其 制成 多孔 体 ，对 动 物骨 骼进行 置 换Ｉ 因 。 为钙磷材料在化学组成和结构上与人体骨组织、 牙 ｐ Ｔ Ｐ － Ｃ 可分为致密型和多孔型。 致密型具有 齿等 硬组 织 的无机 成 份相近 。 十年代 初 美 国和 日 七 较高 的强 度 ，多 孔型其 强 度相 对 较抵 ， 满 足植 入 但 本的学者首先成功合成了羟基磷灰石 （ Ａ ） Ｈ Ｐ 材料 ， 体内后达成生物降解和吸收 ， 并随之为新骨逐渐代 我 国于八 十年代 后期 人工合 成 了 ＨＡＰ材 料 ，并应 替 。 因此 ｐ － Ｐ可作 为 松质骨 的填充 材料 。 ＴＣ
ａ ｕ ｄ ｎ ｎ ｎ ｆ ｒ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ ｔ ｄ ｍｉ ｒ －ｐ ｒ ｈ ｔ ｍ ｅ ｎ ｅｔ ｒ ｄ ｏ ｂ ｎ ａ ｔ ａ ｄ ｕ ｉ ｍ ｎ ｅ ｃ ｎｎ ｅ ｃ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｓ ｂ ｔｅ ｅ ｍｐ ｓ ｔｏ ｒ ｐ ｎｙ．Ｔｈ ｏ ｃ ｓ ａ ｃ ｏ ｉｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｅ ｍａ ｅ ｉｌ ｔ ｒａ
混合后热压铸成型， 经过高温处理 ， 制备出可生物降解的 Ｄ Ｔ Ｐ — Ｃ 多孔材料。 一 经ｘ 射线衍射和扫描 电镜形貌分析，
生物陶瓷
2.1 热解碳
• 热解碳优良的力学特性和生物相容性是由于 其有独特的结构,而含一定量硅的各向同性 热解碳被证明耐久性更好,生物稳定性更好。
层间堆叠是折皱无序或扭曲 变形的，这种扭曲结构使得 热解碳具有很好的耐久性。
• 制备：将甲烷、丙烷等碳氢化合物通入硫化床中， 以惰性气体为载气（N2）在1000-2400℃热解、沉积 而得。 • 沉积层的厚度一般为1mm。
是一种安全、方便的听小 骨缺损替代品，适用于因 炎症(如慢性化脓性中耳炎) 或外伤等病症造成听小骨 缺损、畸形的患者作听小 骨置换手术。 HAP生物陶瓷听小骨置换假体
五 生物陶瓷材料的发展方向
• 1.大孔可吸收生物陶瓷
• 2.生物活性复合陶瓷 • 3.金属表面梯度活性陶瓷涂层 • 4.骨组织工程
度随空隙率的增加而急剧降低。只能用于不 负重或负重轻的部位。
改善：将金属与氧化铝复合 在金属表面形成多孔性氧化铝薄层
2 医用碳材料
优点： 质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性； 弹性模量和致密度与人骨大致相同； 生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细 胞中的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋 白质和酶 的活性。 在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良 好， 耐蚀，对人体组织的力学刺激小。
是一种体液介导过程。溶解速率决定于多种因素，包括周 围体液成分和PH、材料的比表面积、材料的相组成和结构、 材料的结晶度和杂质的种类及含量以及材料的溶度积等。
②物理解体
是体液浸入陶瓷，导致由于烧结不完全而残留的微孔，使 连接晶粒的“细颈”溶解，从而解体为微粒的过程。
③生物因素
主要是细胞介导过程，如吞噬或迁移被解体的陶瓷微粒。
• 可吸收生物陶瓷的降解和吸收除受上述因素影 响外还受宿主的个体差异、植入部位等影响。 • 要实现可吸收生物陶瓷的降解吸收与新骨替换 同步进行是相当困难的，常出现溶解速度与新 骨生长速度不匹配，导致局部塌陷。
磷酸钙生物陶瓷
磷酸钙生物材料一、引言生物陶瓷（Bioceramies）是指用作特定的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、生物化学等的陶瓷材料。
广义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。
做为生物陶瓷材料，需具备如下条件：生物相容性；力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；抗血栓；灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性。
生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物复合材料三类。
生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关，故一直倍受材料科学工作者的重视。
目前广泛应用的生物降解陶瓷为β- 磷酸三钙( 简称β-TCP)，属三方晶系，钙磷原子比为1.5，是磷酸钙的一种高温相。
β-TCP 的最大优势就是生物相容性好，植入机体后与骨直接融合，无任何局部炎性反应及全身毒副作用。
其不足是高切口敏感性导致的低疲劳强度，较高刚性和脆性使其难以加工成型或固定钻孔。
基于仿生原理，制备类似于自然组织的组成、结构和性质的理想生物陶瓷，应该是生物陶瓷的一个发展方向。
磷酸钙盐生物陶瓷人工骨，虽然与骨盐的组成相同，但不同部位的骨性质是不尽相同的，为此组成和结构类似于骨骼连续变化的多孔磷酸钙陶瓷的研究是正在进行的非常有价值的课题。
对于可生物降解的磷酸钙生物陶瓷而言，磷酸钙陶瓷在体内从无生命到有生命的转变过程，即无机物的钙磷是如何转变成为生物体内的有机钙磷，其中是否存在一个晶型转变或晶型转变的过程是如何进行的；材料降解后其产物在体内的分布和代谢途径以及各分支的量的关系等等也应引起材料工作者的高度重视。
二、磷酸钙陶瓷的制备工艺1、磷酸钙陶瓷粉末的制备制备块状磷酸钙陶瓷的第一步是磷酸钙陶瓷粉末的制备，主要有湿法和固态反应法!湿法包括：水热反应法、水溶液沉淀法以及溶胶凝胶法，此外还有有机体前驱热分解法、微乳剂介质合成法等各种制备工艺的研究目标是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。
各种制备工艺的研究没仪表是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。
多孔陶瓷ppt课件
因此，添加剂的种类、数量、烧成 温度、时间、气氛等因素均对材料的孔 结构产生影响。
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41
添加剂量增多时，气孔率及平均孔 径都会减少；
烧结温度过高或烧结时间过长，形 成的液相会填充孔隙，也会降低气孔率 或形成闭气孔。
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42
(2) 利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷 料浆，而后在高温下燃尽载体材料而形 成孔隙结构。
综合考虑多孔陶瓷使用时的具体要 求以确定上述几项指标，是研制多孔材 料的关键。
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3、多孔陶瓷的制备
3.1 粒状陶瓷的制备 3.2 蜂窝陶瓷的制备 3.3 泡沫陶瓷的制备
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21
3.1 粒状陶瓷
一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘 土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、 烧成。
405151在金属熔体过滤净化技术中的应用在金属熔体过滤净化技术中的应用5252精过滤技术在其他领域的应用精过滤技术在其他领域的应用5353作催化剂载体作催化剂载体5454作敏感元件作敏感元件5555作为隔膜材料作为隔膜材料5656降低噪声降低噪声5757用于布气用于布气42202019因为泡沫陶瓷泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大过滤面积大过滤效率高过滤效率高的特点因此在金属熔体过滤净化技术过滤净化技术中泡沫陶瓷作为一种新型高效过滤器得到人们的重视
多孔陶瓷
1、概 述 2、表征多孔陶瓷材料特性参数 3、多孔陶瓷的制备 4、多孔陶瓷的形成机理 5、多孔陶瓷的应用
精选PPT课件
1
1、概 述
多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有 大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道 结构的陶瓷材料。
多孔陶瓷的种类很多，几乎目前研制及 生产的所有陶瓷均可以通过适当的工艺制成 多孔体。
生物医用陶瓷材料 ppt课件
构的形式存在，如ZnS、FeS、ZnO等，其结构原子排列比
较复杂，形成硬而脆的陶瓷pp材t课料件 。
7
表4-2 AmXn结构
化合物
A(或X)晶 格
配位数
位置填满
最小值 RA/RX
其他化合物
CsCl
BCC
8
全部
0.732
Csl
NaCl
FCC
6
全部
0.414 MgO、MnS
ZnS
FCC
4
1/2
0.225 CdS、ZnO
ppt课件
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➢ 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是将醇盐溶解于有机溶剂中，通过加入蒸馏水
使醇盐水解、聚合，形成溶胶，溶胶形成后，随着水的加入转 变为凝胶，凝胶在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶， 再将干凝胶做高温煅烧处理，即可得到纳米粉体。该法同传统 的固相合成法及固相烧结法相比，溶胶-凝胶法的合成及烧结温 度较低，可以在分子水平上混合钙磷的前驱体，使溶胶具有高 度的化学均匀性。由于其原料价格高、有机溶剂毒性大、对环 境造成污染，以及容易快速团聚等因素制约了这种方法的应用 。
ppt课件
27
➢ 水热法 水热法是在特制的密闭反应容器中(高压釜)，采用水溶液
作为反应介质，在高温高压环境中，使得原来难溶或不溶的物 质溶解并重结晶的方法。这种方法通常以磷酸氢钙等为原料， 在水溶液体系，温度为200~400℃的高压釜中制备HA,使原来 难溶或不溶的物质溶解并重新结晶。
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4.2.1 概述
磷酸钙生物陶瓷主要包括磷灰石和磷酸三钙，作为生物材 料 使 用 的 磷 灰 石 一 般 是 Ca 与 P 原 子 比 为 1.67 的 羟 基 磷 灰 石 Ca10(PO4)6(OH)2(Hydroxylapatite ， 简 称 HA) ， 磷 酸 三 钙 是 Ca 与 P 原 子 比 为 1.5 的 β- 磷 酸 三 钙 β-Ca3(PO4)2(Tricalcium Phosphate，简称β-TCP)。
多孔陶瓷 ppt课件
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多孔陶瓷
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多孔陶瓷
3.1多孔陶瓷材料的工艺 3.2多孔陶瓷材料的制备方法
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多孔陶瓷
• 3.1.1 • 3.1.2 • 3.1.3 • 3.1.4 • 3.1.5 • 3.1.6 • 3.1.7 • 3.1.8 • 3.1.9
挤压成形工艺 有机(聚合物)泡沫浸渍工艺 发泡工艺 添加造孔剂工艺 固态烧结工艺 溶胶-凝胶工艺 冷冻干燥工艺 多孔陶瓷水热-热静压工艺 快速自动成形工艺
Mg 0.02 0.02 0.018 0.017
Fe 0.08 0.10 0.09 0.09
由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺 对合金材料的化学成分没有污染作用。
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用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定 1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；
利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔 陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧 处理时的过滤；
3.1.6 溶胶-凝胶工艺
溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体 粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下 小气孔,形成可控多孔结构。
3.1.7 冷冻干燥工艺 冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该
技术由英国人Wollaston于1813年发明。 冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低 温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的 水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境 下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去, 从而获得干燥的制品。
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3.1.8 多孔陶瓷水热-热静压工艺
该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔 径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质 量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa, 温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。 水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180 min。 在25MPa下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积 密度为0.88 g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为 30~50 nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热 静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压 强度高、性能稳定、孔径分布范围广。
多孔陶瓷
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多孔陶瓷
3.1多孔陶瓷材料的工艺 3.2多孔陶瓷材料的制备方法
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多孔陶瓷
• 3.1.1 • 3.1.2 • 3.1.3 • 3.1.4 • 3.1.5 • 3.1.6 • 3.1.7 • 3.1.8 • 3.1.9
挤压成形工艺 有机(聚合物)泡沫浸渍工艺 发泡工艺 添加造孔剂工艺 固态烧结工艺 溶胶-凝胶工艺 冷冻干燥工艺 多孔陶瓷水热-热静压工艺 快速自动成形工艺
Mg 0.02 0.02 0.018 0.017
Fe 0.08 0.10 0.09 0.09
由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺 对合金材料的化学成分没有污染作用。
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用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定 1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；
利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔 陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧 处理时的过滤；
3.1.6 溶胶-凝胶工艺
溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体 粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下 小气孔,形成可控多孔结构。
3.1.7 冷冻干燥工艺 冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该
技术由英国人Wollaston于1813年发明。 冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低 温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的 水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境 下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去, 从而获得干燥的制品。
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3.1.8 多孔陶瓷水热-热静压工艺
该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔 径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质 量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa, 温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。 水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180 min。 在25MPa下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积 密度为0.88 g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为 30~50 nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热 静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压 强度高、性能稳定、孔径分布范围广。
生物陶瓷材料-HAppt课件
• 1）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：
• 良好的机械强度、硬度、压缩强度高，极其 稳定。
• 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 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 要求。
生物陶瓷的特点及运用
——人工骨研究的启蒙阶段
18世纪, 主要采用天然材料作为骨修复材料, 如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等。
生物材料的发展历程
——自然发展阶段
约19世纪前, 由于冶金技术和陶瓷制 备工艺的发展, 开始用纯金、纯银、铂等 贵金属。
生物材料的发展历程
——探索阶段
20世纪中叶以前, 由于冶金的进步, 钴铬 铝合金年、纯钛和钛合金年等被应用到人工骨 领域, 开始有目的地探索新材料, 有机玻璃等 高分子材料年也开始应用临床, 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。
• 这种技术设备昂贵, 不适于喷涂多孔金属表 面。
电化学沉积
• 以Ca(NO3)2和NH4H2PO4为基本原料配制 电解液, 采用恒电位模式在金属基体表面上 电沉积制备HA, 同时生成其它形式的磷酸钙 盐沉淀, 在低温碱液后处理中这些磷酸钙盐 可转化为HA
• 在低温的条件下进行，避免了高温喷徐引 起的相变和脆裂, 有利于增强基底与涂层之 间的结合强度
生物活性陶瓷材料
——羟基磷灰石陶瓷材料
• 羟基磷灰石（hydroxyapatite），简称HAP，化学 式为Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生 物体硬组织(牙齿、骨)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人工骨。
• 良好的机械强度、硬度、压缩强度高，极其 稳定。
• 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 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 要求。
生物陶瓷的特点及运用
——人工骨研究的启蒙阶段
18世纪, 主要采用天然材料作为骨修复材料, 如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等。
生物材料的发展历程
——自然发展阶段
约19世纪前, 由于冶金技术和陶瓷制 备工艺的发展, 开始用纯金、纯银、铂等 贵金属。
生物材料的发展历程
——探索阶段
20世纪中叶以前, 由于冶金的进步, 钴铬 铝合金年、纯钛和钛合金年等被应用到人工骨 领域, 开始有目的地探索新材料, 有机玻璃等 高分子材料年也开始应用临床, 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。
• 这种技术设备昂贵, 不适于喷涂多孔金属表 面。
电化学沉积
• 以Ca(NO3)2和NH4H2PO4为基本原料配制 电解液, 采用恒电位模式在金属基体表面上 电沉积制备HA, 同时生成其它形式的磷酸钙 盐沉淀, 在低温碱液后处理中这些磷酸钙盐 可转化为HA
• 在低温的条件下进行，避免了高温喷徐引 起的相变和脆裂, 有利于增强基底与涂层之 间的结合强度
生物活性陶瓷材料
——羟基磷灰石陶瓷材料
• 羟基磷灰石（hydroxyapatite），简称HAP，化学 式为Ca10(PO4)6(OH)2，属表面活性材料，由于生 物体硬组织(牙齿、骨)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人工骨。
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骨基质主要包括有机质和无机质。有机成份与无机成份的重量比约 75/25，体积比约为65/35。有机质主要是Ⅰ型胶原纤维(占有机成份 的90%以上)及10%左右的无定形基质。无定形基质为凝胶，包括一 些非胶原蛋白、糖蛋白、蛋白多糖、多肽、碳水化合物及脂类等。其 中含有两种钙结合蛋白：骨钙蛋白()和骨磷蛋白()。前者有两个与钙 亲和力强的部位，后者则有许多钙结合部位，但只有一部分骨磷蛋白 是可溶性的，其余均与胶原纤维相结合。钙结合蛋白与钙化及钙的运 输有关。无机成份主要为钙的磷酸盐(85%)，包括羟基磷灰石(，)和 无定形的磷酸钙。
Байду номын сангаас
组织工程方法
组织工程三要素： 生物组织的支架材料； 具有特定功能的组织细胞(亦称工程细胞， )； 调节细胞增殖分化的细胞因子。 这三个要素协调组装的生物替代品(亦称细胞复合体， )不
仅具有被替代组织(或称目的组织)的功能，而且与机体本身具有良 好的组织相容性，不发生排斥反应及其它不良反应 。
理想的骨组织工程支架 良好的生物相容性； 良好的生物降解性； 具有三维立体多孔结构； 可塑性和一定的机械强度：支架材料具有具有一定的机械强度，
表1-1 人体骨的力学性能
力学性能
皮质骨
杨氏模量()
14-20
弯曲强度()
50-150
抗压强度()
170-193
断裂韧性(1/2)
2-12
疲劳应变
1-3
松质骨 0.05-0.5 10-20
2-12 0.1 5-7
骨缺损修复的重要性
骨缺损 骨缺损是指由于某种原因骨折端丧失了一些骨质而形成的
间隙，它在临床上十分常见，可由多种因素引起，如创伤、骨肿 瘤切除之后、骨组织炎症及先天性缺陷等。长时间过度牵引、不 恰当的固定及肢体延长术引起的骨折端分离等骨折的分离移位也 可以认为是一种骨缺损。
将骨折端修平，对位，固定，使其愈合。这种方法人为地消除缺损， 但造成肢体短缩或骨折部位的外形变化，以牺牲肢体长度换取骨折愈 合，这对于负重的肢体来说必将影响其功能，故仅适用于上肢骨缺损 的治疗； 自体骨移植填充骨缺损。自体骨移植效果很好，但无论是自体松质骨 移植还是皮质骨移植，均需手术取骨，给病人造成医源性创伤，而且 取骨量有限，故仅适用于较小的骨缺损的治疗；
图1-2 密质骨的显微结构 密质骨的三维结构，(b)哈佛氏系统断面，(c)哈佛氏系统的显微照片
骨的骨力的学功性能能与其构型密切相关。骨最显著的特性是能
够沿着机械应力线产生新骨进行自身修复和调整，这些 性质决定了活体骨是一种独特的结构材料，能够使健康 骨保持高抗疲劳强度，因此骨缺损只发生在一些极端条 件下或发生在体内某种代谢紊乱造成不健康骨存在的部 位。对天然骨材料的力学性能的研究进行得比较有限， 因为一般骨结构和长骨的小梁结构使骨在对应力的行为 方面表现为一种各向异性材料，因此各种有关机械应力 值的报道都不同，取决于各自的加载方法。其他影响骨 样品上机械应力计算的因素包括试验条件、试样的新鲜 程度和被采样的个体年龄。
骨组织在骨内的形式有松质骨( )和密质骨( )两种。松质骨主要位于骨 骺内和骨干的内侧面，是由大量针状或片状的骨小梁连接而成的多孔 网架，形状似海绵状，一般具有50-95%的孔隙率。
图1-1 松质骨结构
骨密质位于骨干和骨骺的外侧，其孔隙率(5-10%)比骨松质低得多。 在显微水平(微米量级)上，密质骨由不同排列方式的骨板构成，骨板 自外向内可分为骨膜、外环骨板层、哈佛氏系统( )和内环骨板层。
为新生组织提供支撑，并保持一定时间直至新生组织具有适当力学特 性；
良好的材料细胞界面：材料应提供良好的材料胞作用界面，利于 细胞粘附、生长，更重要的是能活细胞特异基因表达，维持正常细胞 的表型表达
骨的作用 骨骼是人体的支架，担负着支持、保护、承重、造
血、贮钙、代谢等功能，是人体重要的组织器官。因创伤、 肿瘤、感染、先天性缺陷等原因导致骨折、缺损及病变，是 临床的多发病症。大部分不能自愈而需进行骨移植。随着人 口老龄化和各种创伤的增加，对生物医学材料尤其是骨替代 材料的需要也持续增长。
骨缺损修复技术
生物材料的组成、结构及性能
骨的组成和结构 研究一种理想的骨修复材料，首先要了解骨
的基本组成，结构及构成方式。从材料角度看， 骨可视作一种由无机矿物和生物大分子规则排列 所组成的优化复合材料， 其力学性能达到了理想 化，这不仅决定于它的成份，而且也决定于它的 结构。
骨组织( )是一种特殊类型的结缔组织，由大量钙化的细胞间质及数 种细胞组成。钙化的细胞间质称为骨基质( )，间质中有大量的钙盐 沉积，使之成为体内最硬的组织；细胞有骨原细胞( )、成骨细胞() 、骨细胞()及破骨细胞()四种。骨细胞最多，位于骨基质内，其余三 种细胞均位于骨组织的边缘。体内99%的钙、85%的磷、65%的钠和镁 以骨盐的形式贮存于骨内，因而骨成为体内最大的钙库，与钙、磷代 谢有着密切关系，对调节血液和体液中钙、磷浓度的平衡起着非常重 要的作用。
—仿生物材料
主要内容：
仿生物材料的环境性能 生物材料的特点和性能 仿生物材料——多孔生物陶瓷的制备与应用
I、 仿生物材料的环境性能
人工制造的具有生物功能、生物活性，或 与生物体相容的材料称为仿生物材料。
仿生物材料主要包括两类：一类是天然生 物材料。即通过由天然生物过程形成的材 料，如结构蛋白、生物软组织、生物复合 纤维及生物矿物等；另一类是指人造的生 物医用材料，包括一些人造器官、人体植 入材料、组织工程材料等。
传统修复方法
骨移植方法主要以移植骨为支撑，使宿主的血管和细胞进入移植骨 内形成新骨，同时移植骨逐渐坏死被吸收，并逐渐被新骨替代，重新建 立组织的血运系统，使无生物活力的移植骨变成具有正常代谢的骨组织 。从骨形成的生物学特性来看，理想的骨移植物应包括三种要素：骨生 成性、骨传导性和骨诱导性。标准的骨移植应该能修复骨缺损区，并最 终达到结构和机械性能上同宿区的骨组织一致。骨移植材料应有足够的 强度、有潜在的活力，在组织中无不良反应(无毒，无免疫原性，不致癌 ，不致畸)，有一定空间占位作用。临床上治疗大块骨缺损的传统移植方 法主要有以下几种 ：