生物陶瓷材料的分类
生物陶瓷 PPT
(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％。
生物陶瓷
2014-5-12
三、生物陶瓷材料的分类
2.生物工艺陶瓷 一般是多孔结构，孔径均匀，不易被细菌 侵入，强度高、材质坚硬，多用作固定化酶载体
Hale Waihona Puke 这类陶瓷根据烧制时温度不同可控制其 孔径大小，发挥不同功能。主要有氧化 铝二氧化钛等。
生物陶瓷变色膜 应用生物陶瓷远红外线系列产 品
四、陶瓷材料的优缺点
优点： （1）在体内稳定，和人体的相容性好 。 （2）易于加工着色，使用方便且美观大方。 （3） 可根据实用设计，控制性能的变化
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生物陶瓷材料的定义 生物陶瓷材料的发展史 生物陶瓷材料的分类及结构 生物陶瓷材料的优缺点
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生物陶瓷材料的发展前景
一、生物陶瓷材料的定义
生物陶瓷：指与生物体或生物化学有关 的新型陶瓷。
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。
三、生物陶瓷材料的分类
按功能分类
1、植入陶瓷材料 主要是指化学性能稳定，生物相溶性好的陶瓷材料 例如：人造牙，人造心脏瓣膜
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，耐磨性以及化 学稳定性，它主要有氧化铝陶瓷、单晶陶瓷、氧化 锆陶瓷、玻璃陶瓷等。
氧化铝陶瓷的结构
氧化铝表面氧原子能捕获水分子而产生极现象，使其 表面呈强极性，易被组织液浸湿，故而氧化铝陶瓷 具有良好的生物相容性。
缺点 ：生物的相容性及韧性上仍有不足
2014-5-12
生物陶瓷的发展前景
（1）人工陶瓷关节。 （2）骨骼填充陶瓷材料。
（3）临床可以成形的人工骨。
8.4生物陶瓷材料
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。
(2)玻璃碳 其密度低，其耐磨性和化学稳定性好，但强度与韧性均不
如LTI碳，只能用于力学性能要求不高的场合。
第10页，共19页。
2. 碳素材料
（3）ULTI碳 具有高密度和高强度，但仅作为薄的涂层材料使用。
UTLI涂层与金属的结合强度高，加上涂层的耐磨性良好，遂成为制造人
工机械心脏瓣膜的理想材料。
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
第14页，共19页。
1.4 生物陶瓷复合材料
为提高生物陶瓷材料的力学性能、稳定性和生物相容性，许多材料工作者 在复合生物陶瓷材料方面做了大量的研究，并取得了较大进步。 常用的基体材料有高分子材料、生物碳素材料、生物玻璃、磷酸钙基生物陶 瓷等材料. 增强材料有碳纤维、不锈钢或钴基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维 等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒 增强体。 Kim等人利用硅硼酸钠玻璃来增强HAP，当玻璃相为59%，可使HAP的力学强度
生物陶瓷材料的结构和成分分析
生物陶瓷材料的结构和成分分析生物陶瓷材料是指具有生物相容性、生化活性和生物可降解性的陶瓷材料。
在医学领域，生物陶瓷材料被广泛应用于骨科、牙科和耳鼻喉科等领域，用于修复或替代受损组织和器官。
了解生物陶瓷材料的结构和成分对其性能和应用具有重要意义。
在结构方面，生物陶瓷材料主要由无机和有机组分组成。
无机组分一般是氧化物，如羟基磷灰石（HA）和二氧化锆（ZrO2）。
羟基磷灰石是一种常用的生物陶瓷材料，具有与骨骼组织相似的晶体结构和化学成分，因此具有优异的生物相容性和生物活性。
二氧化锆是一种新型的生物陶瓷材料，具有较高的硬度和韧性，被广泛应用于人工关节等领域。
有机组分一般是生物陶瓷材料的基体或添加剂。
基体可以是聚乳酸酯（PLA）、聚乳酸-羟基乙酸酯（PLGA）等生物降解聚合物，用于提高生物可降解性和机械强度。
添加剂可以是生物活性物质，如药物、生长因子和细胞因子，用于增强生物陶瓷材料的生物活性和促进组织再生。
除了无机和有机组分外，生物陶瓷材料还可能包含微观缺陷和纳米结构。
微观缺陷包括孔隙、裂纹和杂质，影响着生物陶瓷材料的机械性能和降解性能。
纳米结构是指材料的尺寸在纳米级别，具有更大的比表面积和更高的表面活性。
纳米结构的引入可以提高生物陶瓷材料的生物活性和降解速率，有助于组织再生和修复。
在成分方面，生物陶瓷材料的组成可以根据具体应用而有所差异。
例如，用于骨科的生物陶瓷材料一般含有氧化物（如HA或ZrO2）和生物降解聚合物（如PLGA）。
其中，氧化物为提供骨接触活性的材料基质，生物降解聚合物则决定材料的降解速率和力学性能。
而用于牙科的生物陶瓷材料多为氧化锆陶瓷，由于其具有较高的力学强度和优异的美学效果，因此被广泛应用于种植牙和全烤瓷修复等领域。
总之，生物陶瓷材料的结构和成分对其性能和应用具有重要影响。
深入了解其结构和成分可以帮助我们更好地选择和设计生物陶瓷材料，以满足不同医疗需求。
未来，随着科学技术的不断发展，生物陶瓷材料将在医学领域发挥更大的作用，为患者的健康带来更多福祉。
3生物陶瓷的分类
3生物陶瓷的分类:广义的生物陶瓷可以分为与人体相关的陶瓷(种植类陶瓷)和与生物化学相关的陶瓷(生物工程类陶瓷)二大类(表1)。
所谓的与人体相关的陶瓷就是指通过植入人体或是与人体组织直接接触，使机体功能得以恢复或增强可使用的陶瓷。
一般狭义地称生物陶瓷，就是指这类陶瓷。
陶瓷材料最早被正式用于医学领域可追溯到18世纪．1788年法国人Nicholas成功地完成了瓷全口及瓷牙修复，并在1792年获得专利。
然而生物陶瓷在医学上真正受到重视并广泛开展研究的历史还不长．较系统的基础研究和临床应用研究还只是近30年来的事。
1961年Gott等发现碳素材料具有抗血栓性。
70年代初，用碳素材料制成的人工心脏瓣开始进入临床，至今临床应用病例已超过30多万例。
1969年美国Florida大学的Hench教授发明了生物玻璃，这种材料在当时以其最优良的骨相容性受到人们重视。
以后世界各国都相继研究开发了各种生物玻璃材料。
1970年法国的Boutin用单一氧化铝陶瓷制成人工股关节，开创了陶瓷用作人工骨、人工关节的先例。
日本大阪齿科大学的川原春幸也曾开发了单晶氧化铝牙根用于人工种植．从1977年至1987年10年间临床应用病例达到了10万例。
1971年西德人开发了与骨、牙的无机组成相近的磷酸三钙(Tricalcium phospate，TCP)，动物实验证实TCP多孔体是优良的骨置换材料。
1974年前后，日本的青木秀希和美国的M．Jarcho相继发明了与人体骨、牙的无机组成极为相似的羟磷灰石材料。
这种材料具有与自体骨相仿的生物相容性和骨结合性，是目前世界公认的较理想的人工骨材料，已在I晦床许多领口腔材料器械域得到广泛应用。
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三类：3．1 生物惰性(Bioinert)陶瓷这类陶瓷在生物体内化学性质稳定，无组成元素溶出，对机体组织无刺激性。
植入骨组织后，能和骨组织产生直接的、持久性的骨性接触，界面处一般无纤维组织介入。
生物陶瓷的分类和特性
生物陶瓷的分类和特性001、生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相溶性好的陶瓷材料。
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，耐磨性以及化学稳定性，它主要有氧化铝陶瓷、单晶陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃陶瓷等。
2、生物活性陶瓷材料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。
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(磷酸钙系)，羟基磷灰和陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。
一、玻璃生物陶瓷玻璃陶瓷也称微晶玻璃或微晶陶瓷。
1、玻璃陶瓷的生产工艺过程为:配料制备→配料熔融→成型→加工→晶化热处理→再加工玻璃陶瓷生产过程的关键在晶化热处理阶段:第一阶段为成核阶段，第二阶段为晶核生长阶段，这两个阶段有密切的联系，在A阶段必须充分成核，在B阶段控制晶核的成长。
玻璃陶瓷的析晶过程由三个因素决定。
第一个因素为晶核形成速度;第二个因素为晶体生长速度;第三个因素为玻璃的粘度。
这三个因素都与温度有关。
玻璃陶瓷的结晶速度不宜过小，也不宜过大，有利于对析晶过程进行控制。
为了促进成核，一般要加入成核剂。
一种成核剂为贵金属如金、银、铂等离子，但价格较贵，另一种是普通的成核剂，有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。
2、玻璃陶瓷的结构与性能及临床应用玻璃陶瓷是由结晶相和玻璃相组成的，无气孔，不同于玻璃，也不同于陶瓷。
其结晶相含量一般为50%-90%，玻璃相含量一般为5%-50%，结晶相细小，一般小于1-2/μm，且分布均匀。
因此，玻璃陶瓷一般具有机械强度高，热性能好，耐酸、碱性强等特点。
国内外就SiO2-Na2O-CaO-P2O5系统玻璃陶瓷，Li2O-Al2O3-SiO2系统玻璃陶瓷，SiO2-Al2O3-MgO-TiO2-CaF系统玻璃陶瓷等进行了生物临床应用。
生物陶瓷的分类及应用
生物陶瓷的分类及应用生物陶瓷是指由生物性材料经过特殊处理和加工制成的陶瓷材料。
生物陶瓷的分类主要从原料、制备方法和应用领域等方面进行划分。
一、按原料分类：1. 钙磷类生物陶瓷：主要包括羟基磷灰石（HA）、β-三磷酸钙（β-TCP）、二钙磷酸盐（DCPA）、碳酸钙（CaCO3）等。
应用：被广泛应用于牙科修复材料、骨修复材料等。
2. 钙硅磷类生物陶瓷：主要包括硅酸钙（CS）、硅酸镁钙（CMS）、硅酸三钙（C3S）等。
应用：用于生物活性玻璃、人工骨块、骨水泥等。
3. 钛类生物陶瓷：主要包括氢氧化钛（HAP）、Ti6Al4V合金（钛合金）等。
应用：广泛用于人工关节、牙科种植材料等。
4. 氧化锆生物陶瓷：主要是氧化锆（ZrO2）。
应用：常用于牙科修复中的全瓷冠、全瓷桥、种植体修复等。
二、按制备方法分类：1. 生物矿化法：通过溶液中有机物与无机盐相互作用，进行生物矿化反应制备生物陶瓷。
优点：较为简便、成本较低。
应用：主要应用于羟基磷灰石陶瓷的制备。
2. 生物可降解聚合物复合法：将无机陶瓷与可降解聚合物复合制备生物复合陶瓷。
优点：能够降解，与组织成分更相似，促进骨骼再生。
应用：用于骨修复材料等。
3. 生物材料离子交换法：通过离子交换反应制备生物陶瓷。
优点：可以通过控制交换反应的时间和条件调控材料的生物活性。
应用：用于骨填充、骨修复材料等。
4. 仿生法：通过模仿生物体内的形态、结构、组成等制备生物陶瓷。
优点：能够更好地模仿生物体组织，具有更好的生物相容性。
应用：主要用于人工关节、牙科修复材料等。
三、按应用领域分类：1. 医疗领域：生物陶瓷作为生物医用材料的一种，广泛应用于骨修复、关节置换、牙科种植等领域。
2. 生物传感领域：生物陶瓷的表面结构可以调控，能够实现对生物体内信号和物质的检测与传递，用于生物传感装置的制备。
3. 环境修复领域：生物陶瓷具有孔隙结构，具有一定的吸附和催化作用，可以应用于水处理、废气净化等环境修复领域。
生物活性陶瓷材料
生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷包括表面活性玻璃、表面活性玻璃陶瓷和羟基磷灰石3种类型。
它们的共同特点是：它们与原骨相结合时，在界面处无纤维状的组织，它们的表面可与生理换进发生选择性的化学反应，所形成的界面能保护移植物而防止降解。
特别要指出的是它们的化学成分与动物的骨头和牙齿等硬组织相似，这类材料的组成中含有能够通过人体正常的新陈代谢途径进行置换的钙、磷等元素，或含有能与人体组织发生键合的羟基等基团。
它们的表面同人体组织可通过键的结合达到完全的亲和；它们之间具有良好的化学亲和性。
这类材料对动物体无毒、无害、无致癌作用，生物相容性极佳。
1 生物活性玻璃玻璃是熔融、冷却、固化的非晶态无机物，具有良好的耐腐蚀、耐热和电学、光学性质，能够用多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品，亦可调整化学组成改变其性能，以适应不同的使用要求。
作为生物活性玻璃，主要是指含有氧化钙和五氧化二磷的磷酸盐玻璃。
Hench研制的Na2O-CaO-SiO2-P2O5系生物玻璃组成及其与骨结合过程。
CaO-SiO2-P2O5系玻璃水泥硬化及羟基磷灰石的形成机理。
生物玻璃的活性控制Kokubo研制的A-W生物活性玻璃陶瓷具有较高的力学强度，其与骨键合的界面结合强度均高于材料本身或者骨组织的强度。
表 1 生物活性玻璃陶瓷的应用2 磷灰石磷灰石是骨骼、牙本质和牙釉质等硬组织的主要成分。
骨的成分中约65%是羟基磷灰石，其余成分为纤维蛋白胶原。
研究表明，骨的纳米结构的主要基本单元是针状和柱状的磷灰石晶体，它们或定向和卷曲排列，或相互缠结，构成多种织构，不同的织构形成了骨在纳米尺寸上的功能单元，如束状结构和团聚结构适合于承受高强度，而卷曲和疏状交织结构具有很好的韧性，并有利于营养物的传递。
磷灰石的结构可将磷灰石归为一大类，磷灰石所代表的物质具有广泛的化学组成，用化学分子式可以表示为：A10(MO4)6X2，A是1价、2价、3价的阳离子，如Ca、Ba、Mg、Sr、Pb、Cd、Zn、Ni、Fe、Al、La等M是P、As、V、S、Si等；X是F、OH、Cl、O、CO3等。
生物陶瓷材料在骨修复中的应用
生物陶瓷材料在骨修复中的应用自从20世纪70年代，生物陶瓷材料被首次引入到医学领域以来，它在骨修复中的应用已经取得了显著的成就。
生物陶瓷材料是指那些能够与生物体组织相容，并且具有一定的生物活性的陶瓷材料。
在骨修复中，生物陶瓷材料可以起到支撑和代替骨组织的作用，促进骨细胞的生长和修复，加速骨折愈合的过程。
本文将详细介绍生物陶瓷材料在骨修复中的应用，并从其种类、制备过程、生物相容性和临床应用等方面进行探讨。
一、生物陶瓷材料的种类生物陶瓷材料主要包括钙磷陶瓷、氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷等。
钙磷陶瓷是目前应用最广泛的生物陶瓷材料之一，它具有良好的生物活性和生物相容性，能够与骨组织紧密结合，在体内逐渐降解，为新骨生长提供支撑和催化作用。
氧化铝陶瓷具有较高的力学性能和热稳定性，被广泛应用于人工关节的制造。
氧化锆陶瓷具有优异的力学性能和生物相容性，可以用于制作种植体和修复器械。
二、生物陶瓷材料的制备过程生物陶瓷材料的制备过程主要包括原料选择、混合均匀、成型和烧结等步骤。
在原料选择方面，需要选择纯度高、粒度均匀的陶瓷粉末。
然后将所选陶瓷粉末进行混合均匀，以保证材料的均一性和一致性。
接下来，通过成型工艺将混合好的陶瓷粉末制成所需形状的陶瓷体。
最后，将成型好的陶瓷体进行高温烧结，以提高材料的密度和力学性能。
三、生物陶瓷材料的生物相容性生物陶瓷材料具有优异的生物相容性，能够与骨组织良好地结合，不会引起明显的免疫反应和排斥反应。
当生物陶瓷材料植入体内后，可以与体液中的矿物质形成钙磷化合物，从而促进骨细胞的生长和修复。
此外，生物陶瓷材料的表面还可以通过改性处理，增强其与骨组织的相互作用，提高生物活性和生物相容性。
四、生物陶瓷材料的临床应用生物陶瓷材料在骨修复中的临床应用非常广泛。
在骨折愈合方面，生物陶瓷材料可以用作内固定材料，通过支撑骨折部位，促进骨头的愈合。
在骨缺损修复方面，可以通过种植生物陶瓷人工骨来填充缺损部位，促进新骨的生长和修复。
生物陶瓷材料
生物陶瓷材料生物陶瓷材料是一种具有生物相容性和生物活性的新型材料，具有广泛的应用前景。
生物陶瓷材料可以用于骨科、牙科、耳鼻喉科等医疗领域，也可以用于生物工程、生物传感器等领域。
它的出现极大地拓展了材料在医疗和生物领域的应用范围，对于人类健康和生活质量的提高具有重要意义。
生物陶瓷材料的主要特点是具有优异的生物相容性。
它可以与人体组织良好地融合，不会引起排斥反应和过敏反应。
这意味着生物陶瓷材料可以被安全地植入人体，用于修复骨折、关节置换、牙齿修复等手术。
此外，生物陶瓷材料还具有良好的生物活性，可以促进骨细胞生长和修复，有利于骨折愈合和骨缺损修复。
生物陶瓷材料的种类多样，常见的有氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、羟基磷灰石陶瓷等。
这些材料具有不同的物理化学性质和应用特点，可以根据具体的临床需求选择合适的材料。
例如，氧化锆陶瓷具有优异的抗压强度和韧性，适合用于制作人工关节和牙科修复；羟基磷灰石陶瓷具有良好的生物活性，可以用于骨缺损修复和生物传感器的制备。
生物陶瓷材料的制备工艺也在不断地发展和完善。
传统的陶瓷制备工艺包括干法成型和烧结工艺，现代的制备工艺还包括注射成型、3D打印等先进技术。
这些新的制备工艺使得生物陶瓷材料可以更加精确地制备成各种复杂形状的植入件，提高了植入件的适配性和生物相容性。
生物陶瓷材料的应用前景非常广阔。
随着人口老龄化和医疗水平的不断提高，对于骨科和牙科修复材料的需求将会越来越大。
生物陶瓷材料作为一种新型的生物材料，将会在医疗领域发挥越来越重要的作用。
同时，生物陶瓷材料还可以应用于生物工程和生物传感器等领域，推动生物技术的发展和创新。
总的来说，生物陶瓷材料具有优异的生物相容性和生物活性，具有广阔的应用前景。
随着科学技术的不断进步和医疗需求的不断增加，生物陶瓷材料将会在医疗和生物领域发挥越来越重要的作用，为人类健康和生活质量的提高做出重要贡献。
生物陶瓷分类
生物陶瓷分类
1. 哎呀呀，生物陶瓷有好多分类呢！就说羟基磷灰石陶瓷吧，这就好比是我们身体骨骼的好朋友呀！你看，在骨骼修复的时候它就能大显身手啦，是不是很厉害？
2. 还有呢，氧化铝陶瓷也很重要哦！可以把它想象成一个超级坚强的卫士，在一些高要求的医疗领域坚守岗位呢，像人工关节置换，它可是发挥了大作用的哦。
3. 生物活性玻璃陶瓷也得提一提呀，它就像是一个神奇的小精灵，能和人体组织很好地融合哦。
比如说在牙科领域，它能让牙齿变得更健康呢！
4. 磷酸三钙陶瓷也不容忽视呀！这不就像是建筑材料中的一块重要基石嘛，对于骨缺损修复可是很拿手的哟。
5. 知道吗，惰性生物陶瓷也有它的独特之处呢，难道不像是一个安静但可靠的伙伴吗？在特定情况下，它默默地提供着稳定的支持呢。
6. 复合生物陶瓷呢，就好像是一个团队的合力呀！各种材料组合起来，发挥出更强大的功效，厉害吧！
7. 碳素生物陶瓷也很特别哦！它仿佛是一个低调却很有能力的存在，在一些特殊的应用中有着不可替代的地位呢。
总之，生物陶瓷的分类可真是丰富又神奇，每个分类都有着自己独特的魅力和价值呀！。
生物陶瓷材料
生物陶瓷材料的分类
1、生物惰性陶瓷材料
• 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 很小。如：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、等。 • 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 化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 以及陶材组成。其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧化 物应用最为广泛。
生物材料的发展历程
——迅速发展阶段
20世纪60年代初, 在新技术革命浪潮推动下, 材料 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, 其中最有代表性的生物陶瓷的研究 和应用获得了突飞猛进的发展。生物陶瓷的发展虽然 还不到年, 也同样经历了上述时期。起初以单晶氧化 铝陶瓷为先导, 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, 包括生物玻璃, 经 基磷灰石和玻璃陶瓷类。 自20世纪70年代起, 生物陶瓷显露头角, 世界各国 相继开展了理论和应用研究, 并且不断取得突破性进 展。
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、 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, 并在应用中取得了宝贵的 经验、教训。回顾历史, 可分为几个阶段。
——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。
2、生物活性陶瓷材料
• 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。 • 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（磷酸钙系），羟基磷 灰石陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。
生物材料的种类及其在医学中的应用
生物材料的种类及其在医学中的应用随着计算机技术和各种新材料的发展，人类的医疗水平也在不断提升。
其中，生物材料的应用越来越广泛，其中包括人造骨骼、组织工程材料和生物医用材料等。
本文将探讨生物材料的种类及其在医学中的应用。
一、生物陶瓷材料生物陶瓷材料广泛应用于人体中，因其为人体提供了合适的表面、生物相容性和生长环境。
其适用于人造骨骼、牙科修复和人工关节。
生物陶瓷的种类包括氧化铝、钛酸锆、磷酸钙和羟基磷灰石等。
生物陶瓷具有良好的生物活性，可促进新骨组织生长。
此外，它们的耐磨性和化学稳定性也很高，使得它们能够承受复杂的力学负荷和各种环境的化学反应。
举例来说，氧化铝作为生物陶瓷，可用于人造髋关节和牙科修复。
由于其硬度高，可以承受较大的负荷。
与此同时，其表面组织活性可促进新骨的生长，从而使得新骨组织和陶瓷之间形成良好的结合。
二、生物高分子材料生物高分子材料常用于组织工程、药物传递和医疗用途。
主要组成成分是蛋白质、多糖和脂质。
此外，还包括纤维蛋白、胶原蛋白和明胶等材料。
生物高分子材料的应用范围广泛，涉及心血管、神经、肌肉和皮肤等多个方面。
生物高分子材料具有天然和人工两种来源。
例如，明胶材料通常从动物骨骼、鱼类皮肤、海绵和软体动物中提取。
组织工程领域是生物高分子材料最广泛应用领域之一。
药物传递方面，生物高分子材料广泛用于缓解药物释放，并提高其生物利用度。
在生产过程中，还可通过改变材料的物化属性，调控药物生物可用性。
三、金属和合金生物医用金属材料主要是钛和其合金，应用于人造关节、体内矫形器和牙科修复。
冷轧钛和其合金、不锈钢和镍钛合金是常用的金属材料。
钛和其合金具有优异的抗腐蚀性、生物相容性和生物与力学稳定性。
与其他金属材料相比，其比重更轻、更容易成形和可加工性强，能够回收再利用。
钛及其合金在人造关节中广泛应用，广泛为医生、患者和康复人员所接受。
例如，人工切膝关节及人造髋关节等医疗设备，均采用钛及其合金材料。
四、生物降解材料生物降解材料可被人体代谢掉，因此具有甚至是最安全的医疗设备。
生物陶瓷材料
研究生物陶瓷材料的循环利用技术，使其在报废后能够得到有效的回收和再利 用，从而实现资源的可持续利用。
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膜和血管。
生殖系统领域
用于制作人工尿道、子宫颈等 ，替代病变或缺失的生殖器官
。
02 生物陶瓷材料的制备工艺
粉末制备
01
02
03
固相法
通过高温熔融、化学反应 或电化学反应将原料转化 为粉末。
气相法
利用物理或化学方法将气 体冷凝或化学反应生成固 体粉末。
液相法
通过沉淀、结晶或溶胶-凝 胶法将溶液中的原料转化 为固体粉末。
加工性能优良
具有良好的加工性能， 可根据需要加工成各种
形状和尺寸的制品。
生物陶瓷材料的应用领域
01
02
03
04
牙科领域
用于制作牙种植体、牙冠、牙 桥等，替代病变或缺失的牙齿
。
骨科领域
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等，替代病变或缺失的骨骼
。
心血管领域
用于制作人工心脏瓣膜、血管 等，替代病变或缺失的心脏瓣
通过优化生产工艺和降低原料成本， 可以降低生物陶瓷材料的生产成本， 使其在更多领域得到广泛应用。
推广应用
加强生物陶瓷材料的宣传和推广，提 高其在医疗、环保、能源等领域的应 用比例，使其成为支撑社会可持续发 展的重要材料。
环保与可持续发展
绿色生产工艺
采用环保的生产工艺和低能耗的制备方法，减少生物陶瓷材料在制备过程中的 环境污染。
将具有特定性质的离子注入到陶瓷表 面，以改善其表面性能。
表面处理
通过物理或化学方法改变陶瓷表面的 形貌、结构和化学组成，以提高其生 物相容性和功能性。
生物陶瓷材料的分类
生物陶瓷材料的分类
1、生物惰性陶瓷材料
• 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 很小。如：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、等。 • 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 化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 以及陶材组成。其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧化 物应用最为广泛。
生物惰性陶瓷
生物惰性陶瓷缺点
• 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 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 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。
生物陶瓷材料的分类
生物惰性陶瓷
——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 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 股骨和髋骨部连接。单晶氧化铝陶瓷的机械性能 更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高 的部位。 • 但是由于Al2O3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， 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 结合。
HAP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。 HAP生物陶瓷听小骨置换假体
生物活性陶瓷材料
——羟基磷灰石陶瓷材料
• 羟基磷灰石的主要缺点在于本身的力学性能较差、 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HAp 系列的各 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。 • （1）羟基磷灰石与金属相结合。 • （2）羟基磷灰石与惰性生物陶瓷材料相复合。 • （3）羟基磷灰石与有机物相复合。
生物陶瓷
2.生物陶瓷Biblioteka 发展1963年在生物陶瓷发展史上是重要的一年，该年Smith 报告发展了一种陶瓷骨替代材料。由于技术方面的限制， 直到1971年才有羟基磷灰石被成功研制并扩大到临床应 用的报道。 1974年，Hench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，最终形成与生物 体本身相容的性质，构成新生骨骼和牙齿的一部分。这 种将无机材料与生物医学相联系的开创性研究成果，很 快得到了各国学者的高度重视。
4.2、羟基磷灰石(HA)
2.羟基磷灰石陶瓷的制造工艺
a、固相反应法 这种方法与普通陶瓷的制造方法基本相同，根据配方将原料 磨细混合，在高温(1000-1300℃)下进行合成，其反应方程式： 6CaHPO4·2H2O+4CaCO3→Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O b、水热反应法 将CaHPO4与CaCO3按6：4摩尔比进行配料，然后进行24h湿法 球磨。将球磨好的浆料倒入容器中，加入足够的蒸馏水，在 80-100℃恒温情况下进行搅拌，反应完毕后，放置沉淀得到 白色的羟基磷灰石沉淀物，其反应式如下： 6CaHPO4+4CaCO3 → Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O
4.1、氧化锆（ZrO2）陶瓷
1.氧化锆陶瓷的特点与应用
氧化锆陶瓷属于生物惰性陶瓷，它是迄今为止强度最高的牙科 修复材料,也广泛用于骨科的人工髋关节。李立刚等将氧化锆材 料和成骨细胞在体外共同培养，证实其具有良好的生物相容性。
2.氧化锆陶瓷的改进
假体磨损微粒诱导炎症反应，使假体周围出现骨溶解导致假体 的松动，是影响人工髋关节寿命的主要原因，聚乙烯的磨损是 微粒的主要来源。研究者通过将氧化锆-聚乙烯组合来减少磨损； 将氧化铝、氧化锆、碳化硅组合制成的人工髋关节材料A1203一 SiC—ZrO2(FGM)具有很强的抗压应力[(20．8±0．3)GPa]和断 裂韧性[(8．O±0．1)GPa] 。Jangra等证实ZrO2还具有一定的 抗菌活性，其抗菌活性可能由晶体表面活性所决定。
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)
生物陶瓷材料的研究与应用
生物陶瓷材料的研究与应用生物陶瓷材料是以无机非金属氧化物化合物为主要原材料制成的，在生物环境下具有优秀的生物相容性和生物活性，可应用于人体修复和再生医学领域。
本文将对生物陶瓷材料的研究现状和应用进行探讨，并分析未来的发展趋势。
一、生物陶瓷材料的种类及特点生物陶瓷材料按其化学成分可分为三类：氧化物类、磷酸盐类和碳化物类，其中最为常用的是磷酸盐类生物陶瓷材料。
磷酸盐类生物陶瓷材料以羟基磷灰石和三钙磷酸骨水泥为代表，具有类似骨组织化学成分、结构和功能的特点，能够与骨组织相兼容，具有优异的生物相容性、生物活性和骨诱导能力。
磷酸盐类生物陶瓷材料可以促进骨细胞的增殖和分化，有利于骨修复和再生。
此外，由于磷酸盐类生物陶瓷材料具有良好的生物相容性，可避免异物排斥反应或慢性炎症反应，因此在骨接合、隆鼻、口腔种植等领域得到了广泛应用。
二、生物陶瓷材料的研究现状目前，生物陶瓷材料的研究主要围绕其力学性能、生物活性、生物毒性的改善以及组织工程使用的优化进行。
其中，力学性能的改善是生物陶瓷材料应用的关键，而生物活性的提高是实现生物陶瓷材料与人体组织良好融合的必要条件。
研究表明，采用纳米碳化物、纳米氧化物等杂化填料改善陶瓷材料微观结构和力学性能，能够提高生物陶瓷材料的强度和耐磨性。
此外，通过表面处理、离子掺杂、制备多孔化和材料复合等手段，也能够有效提高生物陶瓷材料的生物活性和生物毒性，优化其组织工程性能。
三、生物陶瓷材料的应用领域生物陶瓷材料广泛应用于人体修复和再生医学领域，如骨接合、牙植入、人工关节替换、隆鼻、可降解缝合材料等方面。
近年来，生物陶瓷材料的新应用方向也在逐渐探索。
例如，生物陶瓷材料可以应用于药物缓释领域，制成可控释放药物的生物陶瓷复合材料，达到治疗效果的同时避免药物的排泄和中毒反应。
此外，生物陶瓷材料还可以应用于人工晶体、光学器件和高温耐磨材料等领域。
四、未来的发展趋势随着人口老龄化和健康意识的提高，生物陶瓷材料的应用前景广阔。
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惰性生物陶瓷材料
生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容性好的陶瓷材料。
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、耐磨性以及化学稳定性。
主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及陶材组成。
其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧化物应用最为广泛。
早在1969 年，Talbert[2]就将不同孔隙率的颗粒状Al2O3 陶瓷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用的生物惰性陶瓷材料。
目前氧化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关节及人造齿根的制作方面。
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[3]。
单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位。
但是由于Al2O3 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，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，且不能直接与骨结合。
目前，国外有关学者通过各种方法，使Al2O3 陶瓷在韧性和相容性方面取得了显著提高[4]，如在陶瓷表面涂上骨亲和性高的陶瓷，特别是能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。
通过相变或微裂等方法，使材料内部产生微裂纹，只要微裂纹的尺寸足够小，则均匀分布的微裂纹会起到应力分散的作用。
也可以提高材料的韧性[5]。
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。
Hench[6]报道，部分稳定氧化锆陶瓷的抗弯强度可达100 MPa，断裂韧性可达15MPa·m- 1/2。
但惰性生物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。
2 生物活性陶瓷材料
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。
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（磷酸钙系），羟基磷灰石陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。
2.1 羟基磷灰石陶瓷
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。
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，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。
为提高羟基磷灰石的力学性能，人们开展了致密HAP 陶瓷的研究。
研究得到的致密HAp 机械性能得到了一定的提高，但表面显气孔率较小，植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架[7]。
因此，近年来，人们又将研究重点放在了多孔羟基磷灰石陶瓷方面。
研究发现，多孔钙磷种植体模仿了骨基质的结构，具有骨诱导性，它能为新生骨组织的长入提供支架和通道，因此植入体内后其组织响应较致密陶瓷有很大改善。
但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的广泛应用，同时也促使人们研究HAp 系列的各种复合材料，以期获得力学性能优良、生物活性好的生物医学复合材料。
（1）羟基磷灰石与金属相结合
利用等离子喷涂和化学气相沉积等各种技术，使羟基磷灰石陶瓷与金属基复合，得到既具有金属的强度和韧性，又具有生物活性的复合材料。
Hsieh等人[8]在Ti 合金表面涂覆多层凝胶，经烧结得到表面多孔HAp 涂层。
结果表明多孔HAp 涂层与多孔HAp 陶瓷相似，可提供骨细胞生长的空间，并能起到支架的作用，使骨与植体通过化学结合和机械互锁而固定。
在国外，钛合金等离子喷涂羟基磷灰石复
合材料已被用于制备人工关节。
（2）羟基磷灰石与惰性生物陶瓷材料相复合
在羟基磷灰石中掺入生物惰性陶瓷材料（如氧化铝，氧化锆等）或生物玻璃粉体后，在烧结体中形成一定量的α- 磷灰石和微量β- 磷灰石可提高材料的强度，并且在耐磨性、抗生理腐蚀性和生物相容性方面不会损失。
但是Cales 等人[9]提出，虽然生物惰性材料含量的提高可大幅度提高材料的强度和韧性，但同时也会导致材料的生物活性降低。
因此应根据使用要求，设计复合陶瓷的成分及生成工艺条件。
（3）羟基磷灰石与有机物相复合
将HAp 粉末或纤维填充于高聚物基体中，既可提高聚合物复合材料的刚性和韧性，又能够提高其生物活性，加快新生骨的生长。
常用的高聚合物有聚乳酸、壳聚糖、胶原蛋白等。
同时人体骨骼本身含有有机和无机质两部分，有机部分的主要成分是骨胶原纤维和骨蛋白，它使骨骼具有柔韧性，而无机部分主要是羟基磷灰石，这使骨骼有一定的强度。
从仿生学角度讲，人工合成材料若按自然骨组成设计是最理想的。
所以目前有些研究者着手将羟基磷灰石与自体骨、骨形成蛋白、骨胶原等有机物分别进行复合，以期达到预想的效果。
2.2 磷酸三钙陶瓷材料
目前广泛应用的生物降解陶瓷为β- 磷酸三钙(简称β- TCP)，是磷酸钙的一种高温相。
与HAp 相比，TCP 最大的优点在于更易于在体内溶解，其溶解度约比HAp 高10~20 倍，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不同及降解速率的要求，制成具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。
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。
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。