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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。
(1) 碳质材料
图1 全热解碳双叶瓣人工心脏瓣膜
弹性模量为 20GPa 抗弯强度高达 275-620MPa 韧性好
（2） 氧化铝陶瓷
单晶氧化铝 是一种新型生物陶瓷，c 轴方向具有相当高 的抗弯强度,耐磨性能好, 耐热性好, 可以直接与骨固定。已被 用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈,也不会 溶解出有害离子, 与金属螺栓不同, 勿需取出体外。
热效应
• 可见和红外光谱区的长脉冲（脉冲宽为 毫秒级）及连续波激光,作用于生物组织时, 引起生物物质变化的主要机制是产热。生 物组织吸收激光辐射后，温度升高；当组 织中温度超过45°C，并且持续时间超过1 分钟时，就会引起细胞蛋白质变性，使细 胞损伤。热效应与曝光范围和持续时间关 系密切。
• 亨利克斯和莫里茨的研究，给出了激光辐照引起组织破坏 的时间-温度关系曲线(见图[激光辐照引起组织破坏的时间 -温度关系曲线])。辐照时间和受照部位温升按指数函数变 化。短时、高温和长时、低温都可造成组织破坏。如果曝 光持续时间短于 1秒，温度即使升高到70°C，组织依然 可以耐受。若曝光持续时间超过 10秒，温升只到58°C, 组织就会破坏。热效应是激光致伤的最重要因素。激光损
（2）羟基磷灰石陶瓷
羟基磷灰石 ( hydroxyapatite, 简称HA或HAP )组成与天然磷灰石矿 物相近, 是脊椎动物骨和齿的主要无机成分, 结构亦非常接近, 呈片状 微晶状态。它作为骨代替物被用于骨移植。HA 有良好的生物相容性, 植入体内安全。
可见肌组织紧紧包裹住复 合陶瓷材料表面，两者界 面接触紧密,复合生物陶瓷 周围为一层薄薄的纤维组 织包绕 肌组织细胞结构 正常，未见淋巴细胞 ,巨 噬细胞浸润 ,亦未见肌组 织细胞溶解、坏死迹象 , 即无排斥及毒性反应 ,具 有较好的生物相容性 。
生物陶瓷材料
主要内容
1.生物陶瓷的概述 2.生物陶瓷发展历程 3.生物陶瓷的分类 4.典型的生物陶瓷材料 5.生物陶瓷需要解决的问题
1.生物陶瓷的概述
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、 生物化学等的一类材料。广义讲，凡是与生物工程相关的陶瓷 材料统称为生物陶瓷。
[4] 张恩党. TCP 陶瓷生物降解过程研究. 武汉 工业大学学报 ,1991 ,20 ( 4) : 39～43
谢谢！
激
光
EMC LAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光
• 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、 半导体之后，人类的又一重大发明，被称 为“最快的刀”
激光生物学效应
• 激光的生物学效应，biological effects of laser。激光作用于生物组织后产生热、压 力、光化和电磁场等的现象。激光是一种 电磁波，具有平行性好、强度高、单色性 和相干性好等特点。激光的生物学效应与 其波长、强度和生物组织受照射部位对激 光的反射、吸收及热传导特性等因素有关。 生物组织内的天然色素颗粒，对近紫外、 可见光和近红外光谱区的激光有选择吸收 作用。
图5 植入生物陶瓷的生物切片显微图像
适用于因炎症或者 外伤等病症引起的 听小骨缺损，畸形 的患者做听小骨置 换手术
图6 HA生物陶瓷听小骨置换体
(3) 磷酸三钙
目前广泛应用的生物降解陶瓷为β-磷酸三钙( 简称β- TCP),βTCP 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。磷酸钙陶瓷更类似于人骨和 天然牙的性质和结构在生物体内，羟基磷灰石的溶解是无害的， 并且依靠从体液中补充Ca 和PO4 离子等形成新骨，可在骨骼接合 界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合。
图7 β - 磷酸三钙 对骨骼修复图
5.生物陶瓷存在的问题和发展前景
(1) 提高现有生物陶瓷的强度和改善韧性
(2) 深入研究种植体与骨界面的作用过程以及 种植体与骨和软组织结合的机理, 这对了解腐蚀、 疲劳过程, 摸索预防和控制的途径有重要意义。
(3) 提高非活性材料与生物的亲和作用及活 性材料的强度。
6. 参考文献
[1] 张艳丽. 生物陶瓷材料及其发展动态 . 中国陶瓷， 2007,43（3）：14
[2] 曾绍先. 医用生物陶瓷及临床应用. 化学进展, 1997 , 9 ( 1) : 90
[3] 崔福斋，郭牧遥. 生物陶瓷材料的应用及其发展前 景. 药物分析杂志. 2010,30(7):1343
（1）生物活性玻璃陶瓷
主要采用溶胶- 凝胶法制备, 采用该方法制备的材料具有特殊的 化学组成, 纳米团簇结构和微孔, 因而比表面积较大, 生物活性比其 他生物玻璃及微晶玻璃更好。由于溶胶 - 凝胶法制备的材料纯度好、 均匀性高、生物活性好和比表面积大等特点, 具有更好的研究及应 用价值, 特别是生物活性玻璃多孔材料在用作骨组织工程支架方面 具有很好的前景。
（二）生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物 吸收性陶瓷（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吸收, 在生物体内能诱发新 生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、 羟 基磷灰石陶瓷、 磷酸三钙陶瓷等几种。主要用于 骨组织的修复。
伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程
短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射
部位以外的缘故。辐照后，由于继发变化，如炎症、出血、 再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。
压力效应
• 普通光的光压是微不足道的，然而聚焦 激光束焦点上的能量密度达到 10(兆瓦/厘 米时带来的压力约为40克/厘米，这将给生 物组织造成相当可观的一次压力作用。聚 焦激光束焦点上的能量，在短时间转换成 热能,同时伴随有受照射面上物质的蒸发,组 织热膨胀和组织液从液相到气相的相变等 现象。这些物理变化产生的压力作用，称 为二次压力作用。由这种作用产生的冲击 波是激光致伤的另一原因。
(1) 碳质材料
图1 全热解碳双叶瓣人工心脏瓣膜
弹性模量为 20GPa 抗弯强度高达 275-620MPa 韧性好
（2） 氧化铝陶瓷
单晶氧化铝 是一种新型生物陶瓷，c 轴方向具有相当高 的抗弯强度,耐磨性能好, 耐热性好, 可以直接与骨固定。已被 用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈,也不会 溶解出有害离子, 与金属螺栓不同, 勿需取出体外。
热效应
• 可见和红外光谱区的长脉冲（脉冲宽为 毫秒级）及连续波激光,作用于生物组织时, 引起生物物质变化的主要机制是产热。生 物组织吸收激光辐射后，温度升高；当组 织中温度超过45°C，并且持续时间超过1 分钟时，就会引起细胞蛋白质变性，使细 胞损伤。热效应与曝光范围和持续时间关 系密切。
• 亨利克斯和莫里茨的研究，给出了激光辐照引起组织破坏 的时间-温度关系曲线(见图[激光辐照引起组织破坏的时间 -温度关系曲线])。辐照时间和受照部位温升按指数函数变 化。短时、高温和长时、低温都可造成组织破坏。如果曝 光持续时间短于 1秒，温度即使升高到70°C，组织依然 可以耐受。若曝光持续时间超过 10秒，温升只到58°C, 组织就会破坏。热效应是激光致伤的最重要因素。激光损
（2）羟基磷灰石陶瓷
羟基磷灰石 ( hydroxyapatite, 简称HA或HAP )组成与天然磷灰石矿 物相近, 是脊椎动物骨和齿的主要无机成分, 结构亦非常接近, 呈片状 微晶状态。它作为骨代替物被用于骨移植。HA 有良好的生物相容性, 植入体内安全。
可见肌组织紧紧包裹住复 合陶瓷材料表面，两者界 面接触紧密,复合生物陶瓷 周围为一层薄薄的纤维组 织包绕 肌组织细胞结构 正常，未见淋巴细胞 ,巨 噬细胞浸润 ,亦未见肌组 织细胞溶解、坏死迹象 , 即无排斥及毒性反应 ,具 有较好的生物相容性 。
生物陶瓷材料
主要内容
1.生物陶瓷的概述 2.生物陶瓷发展历程 3.生物陶瓷的分类 4.典型的生物陶瓷材料 5.生物陶瓷需要解决的问题
1.生物陶瓷的概述
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、 生物化学等的一类材料。广义讲，凡是与生物工程相关的陶瓷 材料统称为生物陶瓷。
[4] 张恩党. TCP 陶瓷生物降解过程研究. 武汉 工业大学学报 ,1991 ,20 ( 4) : 39～43
谢谢！
激
光
EMC LAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光
• 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、 半导体之后，人类的又一重大发明，被称 为“最快的刀”
激光生物学效应
• 激光的生物学效应，biological effects of laser。激光作用于生物组织后产生热、压 力、光化和电磁场等的现象。激光是一种 电磁波，具有平行性好、强度高、单色性 和相干性好等特点。激光的生物学效应与 其波长、强度和生物组织受照射部位对激 光的反射、吸收及热传导特性等因素有关。 生物组织内的天然色素颗粒，对近紫外、 可见光和近红外光谱区的激光有选择吸收 作用。
图5 植入生物陶瓷的生物切片显微图像
适用于因炎症或者 外伤等病症引起的 听小骨缺损，畸形 的患者做听小骨置 换手术
图6 HA生物陶瓷听小骨置换体
(3) 磷酸三钙
目前广泛应用的生物降解陶瓷为β-磷酸三钙( 简称β- TCP),βTCP 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。磷酸钙陶瓷更类似于人骨和 天然牙的性质和结构在生物体内，羟基磷灰石的溶解是无害的， 并且依靠从体液中补充Ca 和PO4 离子等形成新骨，可在骨骼接合 界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合。
图7 β - 磷酸三钙 对骨骼修复图
5.生物陶瓷存在的问题和发展前景
(1) 提高现有生物陶瓷的强度和改善韧性
(2) 深入研究种植体与骨界面的作用过程以及 种植体与骨和软组织结合的机理, 这对了解腐蚀、 疲劳过程, 摸索预防和控制的途径有重要意义。
(3) 提高非活性材料与生物的亲和作用及活 性材料的强度。
6. 参考文献
[1] 张艳丽. 生物陶瓷材料及其发展动态 . 中国陶瓷， 2007,43（3）：14
[2] 曾绍先. 医用生物陶瓷及临床应用. 化学进展, 1997 , 9 ( 1) : 90
[3] 崔福斋，郭牧遥. 生物陶瓷材料的应用及其发展前 景. 药物分析杂志. 2010,30(7):1343
（1）生物活性玻璃陶瓷
主要采用溶胶- 凝胶法制备, 采用该方法制备的材料具有特殊的 化学组成, 纳米团簇结构和微孔, 因而比表面积较大, 生物活性比其 他生物玻璃及微晶玻璃更好。由于溶胶 - 凝胶法制备的材料纯度好、 均匀性高、生物活性好和比表面积大等特点, 具有更好的研究及应 用价值, 特别是生物活性玻璃多孔材料在用作骨组织工程支架方面 具有很好的前景。
（二）生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物 吸收性陶瓷（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吸收, 在生物体内能诱发新 生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、 羟 基磷灰石陶瓷、 磷酸三钙陶瓷等几种。主要用于 骨组织的修复。
伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程
短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射
部位以外的缘故。辐照后，由于继发变化，如炎症、出血、 再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。
压力效应
• 普通光的光压是微不足道的，然而聚焦 激光束焦点上的能量密度达到 10(兆瓦/厘 米时带来的压力约为40克/厘米，这将给生 物组织造成相当可观的一次压力作用。聚 焦激光束焦点上的能量，在短时间转换成 热能,同时伴随有受照射面上物质的蒸发,组 织热膨胀和组织液从液相到气相的相变等 现象。这些物理变化产生的压力作用，称 为二次压力作用。由这种作用产生的冲击 波是激光致伤的另一原因。