| 中文名 | 生物陶瓷 | 外文名 | Bioceramics |
|---|---|---|---|
| 作????用 | 應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物化學(xué) | ||
生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料,即直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。廣義講,凡屬生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。
做為生物陶瓷材料,需具備如下條件:生物相容性;力學(xué)相容性;與生物組織有優(yōu)異的親和性;抗血栓;滅菌性并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物復(fù)合材料三類。生物陶瓷材料因其與人的生活密切相關(guān),故一直倍受材料科學(xué)工作者的重視。
生物陶瓷材料作為生物醫(yī)學(xué)材料始于18 世紀(jì)初。
1808 年初成功制成了用于鑲牙的陶齒,而后在1871 年,羥基磷灰石被人工合成。1894 年,H.Dreeman報(bào)道使用熟石膏作為骨替換材料。1926 年,Bassett 用X- 射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基磷灰石的X射線譜相似。1928 年,Leriche 和Policard 開(kāi)始研究和應(yīng)用磷酸鈣作為骨替換材料。1930 年,Naray-Szabo 和Mehmel 獨(dú)立地應(yīng)用X-ray 衍射分析確定了氟磷灰石的結(jié)構(gòu)。1963 年在生物陶瓷發(fā)展史上也是重要的一年,該年Smith 報(bào)告發(fā)展了一種陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限制,直到1971 年才有羥基磷灰石被成功研制并擴(kuò)大到臨床應(yīng)用的報(bào)道。
1974 年,Hench 在設(shè)計(jì)玻璃成分時(shí),曾有意識(shí)地尋求一種容易降解的玻璃,當(dāng)把這種玻璃材料植入生物體內(nèi)作為骨骼和牙齒的替代物時(shí),發(fā)現(xiàn)有些材料中的組織可以和生物體內(nèi)的組分互相交換或者反應(yīng),最終形成與生物體本身相容的性質(zhì),構(gòu)成新生骨骼和牙齒的一部分。這種將無(wú)機(jī)材料與生物醫(yī)學(xué)相聯(lián)系的開(kāi)創(chuàng)性研究成果,很快得到了各國(guó)學(xué)者的高度重視。
中國(guó)20 世紀(jì)70 年代初期開(kāi)始研究生物陶瓷,并用于臨床。1974 年開(kāi)展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究;1977 年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用;1979 年高純氧化鋁單晶用于臨床,以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn),并應(yīng)用于臨床[7]。中國(guó)上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位對(duì)生物陶瓷都進(jìn)行了深入的研究。
生物陶瓷的應(yīng)用范圍也正在逐步擴(kuò)大,現(xiàn)可應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結(jié)合材料、還可應(yīng)用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管,經(jīng)皮引線可應(yīng)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)等。
生物陶瓷材料作為生物醫(yī)學(xué)材料始于18 世紀(jì)初。
1808 年初成功制成了用于鑲牙的陶齒,而后在1871 年,羥基磷灰石被人工合成。1894 年,H.Dreeman報(bào)道使用熟石膏作為骨替換材料。1926 年,Bassett 用X- 射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基磷灰石的X射線譜相似。1928 年,Leriche 和Policard 開(kāi)始研究和應(yīng)用磷酸鈣作為骨替換材料。1930 年,Naray-Szabo 和Mehmel 獨(dú)立地應(yīng)用X-ray 衍射分析確定了氟磷灰石的結(jié)構(gòu)。1963 年在生物陶瓷發(fā)展史上也是重要的一年,該年Smith 報(bào)告發(fā)展了一種陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限制,直到1971 年才有羥基磷灰石被成功研制并擴(kuò)大到臨床應(yīng)用的報(bào)道。
1974 年,Hench 在設(shè)計(jì)玻璃成分時(shí),曾有意識(shí)地尋求一種容易降解的玻璃,當(dāng)把這種玻璃材料植入生物體內(nèi)作為骨骼和牙齒的替代物時(shí),發(fā)現(xiàn)有些材料中的組織可以和生物體內(nèi)的組分互相交換或者反應(yīng),最終形成與生物體本身相容的性質(zhì),構(gòu)成新生骨骼和牙齒的一部分。這種將無(wú)機(jī)材料與生物醫(yī)學(xué)相聯(lián)系的開(kāi)創(chuàng)性研究成果,很快得到了各國(guó)學(xué)者的高度重視。
中國(guó)20 世紀(jì)70 年代初期開(kāi)始研究生物陶瓷,并用于臨床。1974 年開(kāi)展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究;1977 年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用;1979 年高純氧化鋁單晶用于臨床,以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn),并應(yīng)用于臨床[7]。中國(guó)上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位對(duì)生物陶瓷都進(jìn)行了深入的研究。
生物陶瓷的應(yīng)用范圍也正在逐步擴(kuò)大,現(xiàn)可應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結(jié)合材料、還可應(yīng)用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管,經(jīng)皮引線可應(yīng)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)等。
陶瓷的種類很多,廣義的陶瓷包含玻璃、水泥在內(nèi)的絕大部分無(wú)機(jī)非金屬材料,狹義的陶瓷按照用途分類又有日用陶瓷、建筑陶瓷、電子陶瓷等
超級(jí)陶瓷材料好。按原料組成可分為:氧化鐵陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鈦陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和金屬陶瓷等。特種陶瓷的應(yīng)用范圍從電容器、濾波器、點(diǎn)火器、保溫材料、醫(yī)療器械和通訊元件等方向擴(kuò)展到航天、衛(wèi)星...
您好,仿陶瓷材料它包括由粘土或含有粘土的混合物經(jīng)混煉,成形,煅燒而制成的各種制品。由最粗糙的土器到最精細(xì)的精陶和瓷器都屬于它的范圍。對(duì)于它的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物(如粘土、長(zhǎng)石、石英等),...
生物陶瓷(Bioceramies)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料,即直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。廣義講,凡屬生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。
做為生物陶瓷材料,需具備如下條件:生物相容性;力學(xué)相容性;與生物組織有優(yōu)異的親和性;抗血栓;滅菌性并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物復(fù)合材料三類。生物陶瓷材料因其與人的生活密切相關(guān),故一直倍受材
料科學(xué)工作者的重視。
生物材料 工業(yè)的全球年?duì)I業(yè)額約為120 億美元,其中硬組織的修復(fù)和替換占了23 億[8],據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在世界范圍內(nèi),已有50 萬(wàn)例全髓置換,并且正以每年近10萬(wàn)例的數(shù)目增長(zhǎng)。
生物陶瓷材料雖然已成功地應(yīng)用到人類硬組織上,但仍存在各種問(wèn)題,為此對(duì)生物陶瓷材料的研究日益加強(qiáng)。
生物活性陶瓷中應(yīng)用最多的是羥基磷灰石(hydroxyapatite,簡(jiǎn)稱HA 或HAP)。羥基磷灰石是人體和動(dòng)物骨骼的主要無(wú)機(jī)成分,對(duì)于羥基磷灰石材料的研究成了國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的主要課題之一。羥基磷灰石具有良好的生物相容性,植入體內(nèi)不僅安全、無(wú)毒,還具有一定的骨傳導(dǎo)性。Poter 等人發(fā)現(xiàn)不同百分比的摻Si 的HA 的溶解速率是1.5wt%Si-HA>0.8wt%Si-HA>純HA[9],這表明Si 的引入可加速HA 的溶解,同時(shí)HA界面增加的Ca、P、Si 離子可加速骨磷灰石的沉淀及陶瓷表面的骨的形成,從而增加了HA 的生物活性。MarkT 等人評(píng)估了幾種HA 的溶解性和降解速率后發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)燒結(jié)的HA 由于高的結(jié)晶性以及沒(méi)有可置換的離子,所以其溶解度較其它HA 更低[9]。這表明結(jié)晶是影響HA降解的一個(gè)因素,且高結(jié)晶的HA 比貧晶的HA 更穩(wěn)定而不易降解。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn),顆粒越大,其溶解度和降解率越低。
就羥基磷灰石生物陶瓷來(lái)說(shuō),從致密向多孔發(fā)展是一個(gè)引人矚目的課題[10]。針對(duì)HA 生物陶瓷力學(xué)性能差的特點(diǎn),人們首先進(jìn)行的是致密HAP 陶瓷的研究。致密HA 的表面顯氣孔率較小,經(jīng)電鏡觀察孔徑為80μm,有較好的機(jī)械性能。致密HA 具有一定的可加工生物陶瓷材料及其發(fā)展動(dòng)態(tài)性,在臨床使用中極為方便,但因其植入人體內(nèi)后,只能在表面形成骨質(zhì),缺乏誘導(dǎo)骨形成的能力,僅可作為骨形成的支架,主要用于人工齒根種植體。
近10 年來(lái),多孔羥基磷灰石陶瓷受到重視,其宏觀多孔生物材料的興起,更加引起了材料工作者的極大興趣,取得了相應(yīng)的科研成果[11-13]。如果植入骨基質(zhì)的替換物為骨單位提供支持框架,則骨單位可以此為依托生長(zhǎng),骨缺陷可以重建和修復(fù),如果為骨缺陷提供骨基質(zhì)替換物在孔隙結(jié)構(gòu)上與骨單位及脈管連接方式相一致,則植入材料會(huì)促進(jìn)骨組織的重建。因此,植入體( 生物陶瓷) 應(yīng)當(dāng)模仿骨結(jié)構(gòu),在充分研究骨結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,應(yīng)加快設(shè)計(jì)生物陶瓷種植體的形狀及結(jié)構(gòu)。
對(duì)于多孔生物陶瓷種植體而言,孔徑、氣孔率及孔的內(nèi)部連通性是骨長(zhǎng)入方式和數(shù)量的決定因素??紫兜拇笮?yīng)滿足骨單位和骨細(xì)胞生長(zhǎng)所需的空間,當(dāng)種植體內(nèi)部連通氣孔和孔徑為5-40μm 時(shí)允許纖維組織長(zhǎng)入;孔徑為40-100μm 時(shí)允許非礦化的骨樣組織長(zhǎng)入;孔徑大于150μm 時(shí)能為骨組織的長(zhǎng)入提供理想場(chǎng)所;孔徑大于200μm 是骨傳導(dǎo)的基本要求;孔徑為200-400μm 最有利于新骨生長(zhǎng)。
多孔HA 具有誘導(dǎo)骨形成的作用和能力,研究表明,多孔HA 植入人體后能使界面的軟硬組織都長(zhǎng)入孔隙內(nèi),形成纖維組織和新生骨組織交叉結(jié)合狀態(tài),能保持正常的代謝關(guān)系。多孔HA 生物陶瓷因其強(qiáng)度較低,只能用于一些強(qiáng)度相對(duì)低的部位,在口腔醫(yī)療中主要用于頜骨的置換及修補(bǔ),在外科醫(yī)療主要用于整容。
廣泛應(yīng)用的生物降解陶瓷為β- 磷酸三鈣( 簡(jiǎn)稱β-TCP),屬三方晶系,鈣磷原子比為1.5,是磷酸鈣的一種高溫相。β-TCP 的最大優(yōu)勢(shì)就是生物相容性好,植入機(jī)體后與骨直接融合,無(wú)任何局部炎性反應(yīng)及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性導(dǎo)致的低疲勞強(qiáng)度,較高剛性和脆性使其難以加工成型或固定鉆孔。
基于仿生原理,制備類似于自然組織的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理想生物陶瓷,應(yīng)該是生物陶瓷的一個(gè)發(fā)展方向。磷酸鈣鹽生物陶瓷人工骨,雖然與骨鹽的組成相同,但不同部位的骨性質(zhì)是不盡相同的,為此組成和結(jié)構(gòu)類似于骨骼連續(xù)變化的多孔磷酸鈣陶瓷的研究是正在進(jìn)行的非常有價(jià)值的課題。
對(duì)于可生物降解的磷酸鈣生物陶瓷而言,磷酸鈣陶瓷在體內(nèi)從無(wú)生命到有生命的轉(zhuǎn)變過(guò)程,即無(wú)機(jī)物的鈣磷是如何轉(zhuǎn)變成為生物體內(nèi)的有機(jī)鈣磷,其中是否存在一個(gè)晶型轉(zhuǎn)變或晶型轉(zhuǎn)變的過(guò)程是如何進(jìn)行的;材料降解后其產(chǎn)物在體內(nèi)的分布和代謝途徑以及各分支的量的關(guān)系等等也應(yīng)引起材料工作者的高度重視。
鈣磷比在決定體內(nèi)溶解性和吸收趨勢(shì)上起著重要作用,所以和HA 相比,TCP 更易于在體內(nèi)溶解,其溶解度約比HA 高10-20 倍。β-TCP 的降解速率與其表面構(gòu)造、結(jié)晶類型、孔隙率及植入動(dòng)物的不同有關(guān)。例如,隨表面積增大,結(jié)晶度降低、晶體結(jié)晶完整性下降、晶粒減小以及CO32- 、F-、Mg2 等離子取代而使降解加快。為此控制β-TCP 的微觀結(jié)構(gòu)及組成,可以制備出不同降解速度的材料。
Jorg Handschel 等人研究發(fā)現(xiàn)在無(wú)負(fù)重骨處沒(méi)有直接和TCP 相連的骨,同樣在界面處也沒(méi)有造骨細(xì)胞,而這部分是由于TCP 降解后導(dǎo)致介質(zhì)酸化所造成的[9]。這同樣也證明了介質(zhì)的pH 值不會(huì)隨所使用的TCP 顆粒的濃度而改變,它取決于造骨細(xì)胞和顆粒直接的相互作用,包括造骨細(xì)胞功能的減弱。Inone 等人研究發(fā)現(xiàn),TCP 從
第三周起開(kāi)始降解,同時(shí)從第三周起骨開(kāi)始形成,他們還比較了空隙率分別為50%、60%、75% 的TCP 的性能,發(fā)現(xiàn)75% 的TCP 是較好的骨替代物,但機(jī)械強(qiáng)度不高,只能用于無(wú)負(fù)重處或與固定裝置結(jié)合[9]。此外,用Si 穩(wěn)定TCP 可以增加其骨傳導(dǎo)性和骨組織的修復(fù)。
磷酸鈣陶瓷的主要缺點(diǎn)是其脆性。致密磷酸鈣陶瓷可以通過(guò)添加增強(qiáng)相提高它的斷裂韌性,多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長(zhǎng)入而極大增強(qiáng),但是在再建骨完全形成之前,為及早代行其功能,也必須對(duì)它進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)。磷酸鈣陶瓷基復(fù)合材料,已經(jīng)成為磷酸鈣生物陶瓷的發(fā)展方向之一[14]。
復(fù)合生物陶瓷是指生物用復(fù)相陶瓷的總稱。由多種組分構(gòu)成,含有多相的生物用陶瓷材料。
生物陶瓷的強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的指標(biāo),為了提高生物陶瓷的強(qiáng)度,許多材料工作者進(jìn)行了深入的探討
Ivanchenko 等人[9] 用硅硼酸鈉玻璃來(lái)增強(qiáng)HA,當(dāng)玻璃相為59%、燒結(jié)溫度小于1000℃、孔隙率為33% 時(shí),得到HA 的機(jī)械強(qiáng)度為47MPa。Towler 運(yùn)用納米ZrO2在低溫下燒結(jié)制備了高致密度的HA-ZrO2 復(fù)合生物陶瓷。該技術(shù)由于使用了納米ZrO2,故降低了燒結(jié)溫度。因HA 分解常發(fā)生在燒結(jié)過(guò)程中,但在1200℃燒結(jié)時(shí),因燒結(jié)溫度較低,故避免了HA 的分解,使主晶相仍為HA,且復(fù)合材料的強(qiáng)度高于純HA[15]。黃傳勇等[16] 采用化學(xué)共沉淀法制備了羥基磷灰石和二氧化鋯超細(xì)粉,并以此為原料,通過(guò)不同材料的優(yōu)化組合,用燒結(jié)法制備了HA-ZrO2 二元體系復(fù)合生物陶瓷材料,其抗折強(qiáng)度達(dá)到120MPa, 斷裂韌性值為l.74MPa·m-1/2, 幾乎為純HA的兩倍,接近骨組織(致密骨的抗折強(qiáng)度為160MPa,斷裂韌性值為2.2 MPa·m-1/2)。
研究結(jié)果表明,復(fù)合生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性,是一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合生物陶瓷材料[13,22,23]?,F(xiàn)在國(guó)外已制備出含有ZrO2 的納米羥基磷灰石復(fù)合材料,其強(qiáng)度和韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過(guò)致密骨骼的相應(yīng)性能。另,通過(guò)調(diào)節(jié)ZrO2 與HA 含量,可使該納米復(fù)合人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性。Silva 等[17] 研究了機(jī)體HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料的生物學(xué)反應(yīng),發(fā)現(xiàn)該材料的相容性符合植入材料的要求。
Kim 等[18] 采用多孔的ZrO2 骨支架,表面采用羥基磷灰石涂層,在二氧化鋯和羥基磷灰石之間噴涂氟磷灰石(氟磷灰石在高溫下比較穩(wěn)定,可阻止羥磷灰石與二氧化鋯的反應(yīng)。因?yàn)榱u基磷灰石和二氧化鋯的反應(yīng)不僅使材料的機(jī)械性能降低,而且會(huì)使材料的生物相容性降低),制備出了符合要求的生物陶瓷材料。Kim 等[19] 采用在二氧化鋯和羥基磷灰石復(fù)合粉體間加入氟化鈣,然后燒結(jié)成型制成復(fù)合生物陶瓷材料。研究發(fā)現(xiàn)氟化鈣可以有效地阻止兩者反應(yīng),可獲得良好的HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料。
Li 等[20] 用SPS 方法在高壓下快速燒結(jié)制備HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料,減少了兩者之間的反應(yīng)。而Lee 等[21] 研究的結(jié)果顯示,作為涂層HA/ZrO2 材料的生物相容性比HA 要差,沒(méi)有觀察到HA/ZrO2 與骨結(jié)合。生物相容性由于ZrO2 的加入受到了影響,這可能是由于噴涂的工藝使兩者發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致的。為此,為了既考慮要增強(qiáng)材料的力學(xué)性能,而又不影響材料的生物相容性,就必須阻止ZrO2 與HA 反應(yīng)。
在諸多生物骨科材料中,生物陶瓷涂層材料由于將金屬( 或合金) 基材優(yōu)良的機(jī)械性能和生物陶瓷涂層良好的生物學(xué)性能結(jié)合在一起,成為臨床上廣泛應(yīng)用的生物骨科材料之一[24]。
作為生物陶瓷涂層材料的基體一般要求為具有高強(qiáng)度、高韌性、低密度的金屬及其合金,如不銹鋼、鈦及合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金等,其中鈦及其合金應(yīng)用最為廣泛。制備生物陶瓷涂層的方法主要有:熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠- 凝膠法、電化學(xué)、水熱反應(yīng)、玻璃粘附燒結(jié)和高分子復(fù)合樹(shù)脂粘結(jié)劑法等。此外,還有金屬表面改性,如氮化、碳化以及熔燒、電鍍等工藝技術(shù)等。
近幾年日本的T.kokubo 開(kāi)展了用化學(xué)方法( 如用NaOH 溶液) 處理純鈦的研究,通過(guò)處理使其表面活化,經(jīng)模擬體液(SBF) 浸泡獲得表面鈣磷涂層,其結(jié)合強(qiáng)度較高?;罨蟮募冣伇砻嫔闪薚iO2 凝膠,其具有誘導(dǎo)鈣磷沉積的能力,即使在表面誘導(dǎo)沉積鈣磷層溶解后,露出的TiO2 基體仍具有骨骼結(jié)合能力。此方法是否適用于鈦合金還有待于進(jìn)一步的研究,因?yàn)榛瘜W(xué)處理可能造成有害元素釩(V) 的活化,加速釩離子從鈦合金表面溶出。其可能的方法是在鈦合金表面鍍鈦,或者將鈦合金表面凈化,去除表層區(qū)域的釩元素。
涂層的厚度對(duì)涂層與骨骼的結(jié)合有一定的影響[25]。一方面需要有一定的厚度,以保證涂層在體液作用下存在足夠的時(shí)間,促進(jìn)植入物與骨骼組織的結(jié)合;另一方面,隨著涂層厚度的增加,涂層殘余應(yīng)力增大,涂層材料本身的性質(zhì)也容易表現(xiàn)出來(lái),植入生物體內(nèi)后,將影響材料與骨骼的結(jié)合。近年來(lái)的研究表明,理想的涂層厚度在50μm 左右(30 ~90μm)。在涂層厚度一定的前提下,涂層結(jié)晶度和相組成是決定涂層在體液作用下保留時(shí)間的重要因素。高結(jié)晶度的涂層(>90%),比較穩(wěn)定,溶解較少;較低的結(jié)晶度(60%~70%) 則容易發(fā)生溶解及降解。一般認(rèn)為,涂層的結(jié)晶度與涂層和基體的結(jié)合狀況成反比,具有較低結(jié)晶度的涂層有著較好的結(jié)合力。涂層晶粒越小,涂層與基體的潤(rùn)濕性越好,涂層與基體的結(jié)合性就會(huì)越牢固。
人造羥基磷灰石雖然化學(xué)組成與生物組織很相似,但其結(jié)晶程度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要比自然骨骼中的羥基磷灰石晶體高,因此植入生物體后長(zhǎng)期不易降解,始終作為一種異質(zhì)體殘留在骨骼缺損組織中。在涂層中摻人少量固溶雜質(zhì)元素,可以改善材料生物活性和生物降解率。陳德敏等[26] 采用液相反應(yīng)法,即在氫氧化鍶和氫氧化鈣懸濁液中不斷滴入稀硫酸,通過(guò)控制pH 值反應(yīng)合成摻鍶羥基磷灰石固溶體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用鍶元素?fù)诫s于羥基磷灰石結(jié)構(gòu)中,形成的摻鍶羥基磷灰石比純的羥基磷灰石具有更好的骨骼缺損修復(fù)能力。摻雜還可以增強(qiáng)生物陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。張亞平等[27] 在鈦合金表面用激光涂覆生物陶瓷涂層時(shí),在一定配比的CaHPO4·2H2O和CaCO3 中摻人少量Y2O3 粉末, 發(fā)現(xiàn)少量Y2O3 有利于激光化學(xué)反應(yīng)合成HA,并增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,使涂層組織成為具有一定擇優(yōu)取向的細(xì)小的不規(guī)則的多邊形晶體。其原理是:激光涂覆時(shí),化學(xué)位與濃度梯度是熔體內(nèi)傳質(zhì)擴(kuò)散的推動(dòng)力,而少量Y2O3 能使上述兩種梯度差增大,促進(jìn)HA 的生成。
1933 年Rock 首先建議將Al2O3 陶瓷用于臨床;1963 年由Smith 用于矯形外科[28]。70 年代至80 年代中期,世界許多國(guó)家如美國(guó)、日本、瑞士等國(guó)家,都對(duì)氧化物陶瓷,特別是氧化鋁生物陶瓷進(jìn)行了廣泛的研究和應(yīng)用。由于氧化鋁陶瓷植入人體后表面生成極薄的纖維膜,界面無(wú)化學(xué)反應(yīng),多用于全臀復(fù)位修復(fù)術(shù)及股骨和髖骨部連接。通過(guò)火焰熔融法制造的單晶氧化鋁,強(qiáng)度很高,耐磨性好,可精細(xì)加工,制成人工牙根、骨折固定器等。多晶氧化鋁,即剛玉,強(qiáng)度大,用于制作雙杯式人工髖關(guān)節(jié)、人工骨、人工牙根和關(guān)節(jié)。
Boutint 在1972 年首先報(bào)道了用氧化鋁陶瓷制作的人體髖關(guān)節(jié)在生理和摩擦學(xué)方面的優(yōu)越性極其在臨床上的應(yīng)用[23]。高純氧化鋁陶瓷化學(xué)性能穩(wěn)定,生物相容性好,呈生物惰性;由于其硬度高,耐磨性能好,因此磨損率比其它材料至少小1 ~2 個(gè)數(shù)量級(jí)[29]。
單晶氧化鋁陶瓷的機(jī)械性能更優(yōu)于多晶氧化鋁,適用于負(fù)重大、耐磨要求高的部位,但其不足之處在于加工困難。中國(guó)陶瓷在實(shí)驗(yàn)室研究水準(zhǔn)上完全可達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn),但用于臨床仍有一定差距,材料未達(dá)到ISO 標(biāo)準(zhǔn),另外氧化鋁屬脆性材料,沖擊韌性較低;彈性模量和骨相差大,陶瓷的高彈性模量,可能引起骨組織的應(yīng)力,從而引起骨組織的萎縮和關(guān)節(jié)松動(dòng),在使用過(guò)程中,常出現(xiàn)脆性破壞和骨損傷。近年來(lái),國(guó)外有關(guān)學(xué)者在氧化鋁陶瓷增韌方面作了大量的工作,諸如改變材料的顯微結(jié)構(gòu);利用ZrO2 相變?cè)鲰g或微裂紋增韌,以及在瓷體中人為造成裂紋擴(kuò)散的障礙等,取得了顯著的效果。
在材料科學(xué)的發(fā)展中,生物材料科學(xué)是發(fā)展最快、最受人關(guān)注的學(xué)科之一。目前在美國(guó)、西歐和日本等國(guó)家,無(wú)機(jī)生物材料的研究已成為獨(dú)立的學(xué)科。其重要性在于它跨越了材料、醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)和現(xiàn)代高科技等諸多學(xué)科領(lǐng)域,并與人類自身發(fā)展息息相關(guān)。生物材料走過(guò)了18, 19 世紀(jì)漫長(zhǎng)的探索階段,而在剛過(guò)去的20 世紀(jì)得到飛速的發(fā)展并廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。隨著材料科學(xué)與生命科學(xué)的發(fā)展,生物材料的研究已從被動(dòng)地適應(yīng)生物環(huán)境發(fā)展到有目的地設(shè)計(jì)材料組分,以達(dá)到與生物組織的有機(jī)連接。|
生物材料工業(yè)的全球年?duì)I業(yè)額約為120 億美元,其中硬組織的修復(fù)和替換占了23 億[8],據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在世界范圍內(nèi),已有50 萬(wàn)例全髓置換,并且正以每年近10萬(wàn)例的數(shù)目增長(zhǎng)。
生物陶瓷材料雖然已成功地應(yīng)用到人類硬組織上,但仍存在各種問(wèn)題,為此對(duì)生物陶瓷材料的研究日益加強(qiáng)。
2.1 羥基磷灰石生物陶瓷材料
生物活性陶瓷中應(yīng)用最多的是羥基磷灰石(hydroxyapatite,簡(jiǎn)稱HA 或HAP)。羥基磷灰石是人體和動(dòng)物骨骼的主要無(wú)機(jī)成分,對(duì)于羥基磷灰石材料的研究成了國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的主要課題之一。羥基磷灰石具有良好的生物相容性,植入體內(nèi)不僅安全、無(wú)毒,還具有一定的骨傳導(dǎo)性。Poter 等人發(fā)現(xiàn)不同百分比的摻Si 的HA 的溶解速率是1.5wt%Si-HA>0.8wt%Si-HA>純HA[9],這表明Si 的引入可加速HA 的溶解,同時(shí)HA界面增加的Ca、P、Si 離子可加速骨磷灰石的沉淀及陶瓷表面的骨的形成,從而增加了HA 的生物活性。MarkT 等人評(píng)估了幾種HA 的溶解性和降解速率后發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)燒結(jié)的HA 由于高的結(jié)晶性以及沒(méi)有可置換的離子,所以其溶解度較其它HA 更低[9]。這表明結(jié)晶是影響HA降解的一個(gè)因素,且高結(jié)晶的HA 比貧晶的HA 更穩(wěn)定而不易降解。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn),顆粒越大,其溶解度和降解率越低。
就羥基磷灰石生物陶瓷來(lái)說(shuō),目前從致密向多孔發(fā)展是一個(gè)引人矚目的課題[10]。針對(duì)HA 生物陶瓷力學(xué)性能差的特點(diǎn),人們首先進(jìn)行的是致密HAP 陶瓷的研究。致密HA 的表面顯氣孔率較小,經(jīng)電鏡觀察孔徑為80μm,有較好的機(jī)械性能。致密HA 具有一定的可加工生物陶瓷材料及其發(fā)展動(dòng)態(tài)性,在臨床使用中極為方便,但因其植入人體內(nèi)后,只能在表面形成骨質(zhì),缺乏誘導(dǎo)骨形成的能力,僅可作為骨形成的支架,主要用于人工齒根種植體。
近10 年來(lái),多孔羥基磷灰石陶瓷受到重視,其宏觀多孔生物材料的興起,更加引起了材料工作者的極大興趣,取得了相應(yīng)的科研成果[11-13]。如果植入骨基質(zhì)的替換物為骨單位提供支持框架,則骨單位可以此為依托生長(zhǎng),骨缺陷可以重建和修復(fù),如果為骨缺陷提供骨基質(zhì)替換物在孔隙結(jié)構(gòu)上與骨單位及脈管連接方式相一致,則植入材料會(huì)促進(jìn)骨組織的重建。因此,植入體( 生物陶瓷) 應(yīng)當(dāng)模仿骨結(jié)構(gòu),在充分研究骨結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,應(yīng)加快設(shè)計(jì)生物陶瓷種植體的形狀及結(jié)構(gòu)。
對(duì)于多孔生物陶瓷種植體而言,孔徑、氣孔率及孔的內(nèi)部連通性是骨長(zhǎng)入方式和數(shù)量的決定因素??紫兜拇笮?yīng)滿足骨單位和骨細(xì)胞生長(zhǎng)所需的空間,當(dāng)種植體內(nèi)部連通氣孔和孔徑為5-40μm 時(shí)允許纖維組織長(zhǎng)入;孔徑為40-100μm 時(shí)允許非礦化的骨樣組織長(zhǎng)入;孔徑大于150μm 時(shí)能為骨組織的長(zhǎng)入提供理想場(chǎng)所;孔徑大于200μm 是骨傳導(dǎo)的基本要求;孔徑為200-400μm 最有利于新骨生長(zhǎng)。
多孔HA 具有誘導(dǎo)骨形成的作用和能力,研究表明,多孔HA 植入人體后能使界面的軟硬組織都長(zhǎng)入孔隙內(nèi),形成纖維組織和新生骨組織交叉結(jié)合狀態(tài),能保持正常的代謝關(guān)系。多孔HA 生物陶瓷因其強(qiáng)度較低,只能用于一些強(qiáng)度相對(duì)低的部位,在口腔醫(yī)療中主要用于頜骨的置換及修補(bǔ),在外科醫(yī)療主要用于整容。
2.2 磷酸鈣生物陶瓷材料
目前廣泛應(yīng)用的生物降解陶瓷為β- 磷酸三鈣( 簡(jiǎn)稱β-TCP),屬三方晶系,鈣磷原子比為1.5,是磷酸鈣的一種高溫相。β-TCP 的最大優(yōu)勢(shì)就是生物相容性好,植入機(jī)體后與骨直接融合,無(wú)任何局部炎性反應(yīng)及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性導(dǎo)致的低疲勞強(qiáng)度,較高剛性和脆性使其難以加工成型或固定鉆孔。
基于仿生原理,制備類似于自然組織的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理想生物陶瓷,應(yīng)該是生物陶瓷的一個(gè)發(fā)展方向。磷酸鈣鹽生物陶瓷人工骨,雖然與骨鹽的組成相同,但不同部位的骨性質(zhì)是不盡相同的,為此組成和結(jié)構(gòu)類似于骨骼連續(xù)變化的多孔磷酸鈣陶瓷的研究是正在進(jìn)行的非常有價(jià)值的課題。
對(duì)于可生物降解的磷酸鈣生物陶瓷而言,磷酸鈣陶瓷在體內(nèi)從無(wú)生命到有生命的轉(zhuǎn)變過(guò)程,即無(wú)機(jī)物的鈣磷是如何轉(zhuǎn)變成為生物體內(nèi)的有機(jī)鈣磷,其中是否存在一個(gè)晶型轉(zhuǎn)變或晶型轉(zhuǎn)變的過(guò)程是如何進(jìn)行的;材料降解后其產(chǎn)物在體內(nèi)的分布和代謝途徑以及各分支的量的關(guān)系等等也應(yīng)引起材料工作者的高度重視。
鈣磷比在決定體內(nèi)溶解性和吸收趨勢(shì)上起著重要作用,所以和HA 相比,TCP 更易于在體內(nèi)溶解,其溶解度約比HA 高10-20 倍。β-TCP 的降解速率與其表面構(gòu)造、結(jié)晶類型、孔隙率及植入動(dòng)物的不同有關(guān)。例如,隨表面積增大,結(jié)晶度降低、晶體結(jié)晶完整性下降、晶粒減小以及CO32- 、F-、Mg2+ 等離子取代而使降解加快。為此控制β-TCP 的微觀結(jié)構(gòu)及組成,可以制備出不同降解速度的材料。
Jorg Handschel 等人研究發(fā)現(xiàn)在無(wú)負(fù)重骨處沒(méi)有直接和TCP 相連的骨,同樣在界面處也沒(méi)有造骨細(xì)胞,而這部分是由于TCP 降解后導(dǎo)致介質(zhì)酸化所造成的[9]。這同樣也證明了介質(zhì)的pH 值不會(huì)隨所使用的TCP 顆粒的濃度而改變,它取決于造骨細(xì)胞和顆粒直接的相互作用,包括造骨細(xì)胞功能的減弱。Inone 等人研究發(fā)現(xiàn),TCP 從
第三周起開(kāi)始降解,同時(shí)從第三周起骨開(kāi)始形成,他們還比較了空隙率分別為50%、60%、75% 的TCP 的性能,發(fā)現(xiàn)75% 的TCP 是較好的骨替代物,但機(jī)械強(qiáng)度不高,只能用于無(wú)負(fù)重處或與固定裝置結(jié)合[9]。此外,用Si 穩(wěn)定TCP 可以增加其骨傳導(dǎo)性和骨組織的修復(fù)。
磷酸鈣陶瓷的主要缺點(diǎn)是其脆性。致密磷酸鈣陶瓷可以通過(guò)添加增強(qiáng)相提高它的斷裂韌性,多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長(zhǎng)入而極大增強(qiáng),但是在再建骨完全形成之前,為及早代行其功能,也必須對(duì)它進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)。磷酸鈣陶瓷基復(fù)合材料,已經(jīng)成為磷酸鈣生物陶瓷的發(fā)展方向之一[14]。
2.3 復(fù)合生物陶瓷材料
復(fù)合生物陶瓷是指生物用復(fù)相陶瓷的總稱。由多種組分構(gòu)成,含有多相的生物用陶瓷材料。
生物陶瓷的強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的指標(biāo),為了提高生物陶瓷的強(qiáng)度,許多材料工作者進(jìn)行了深入的探討
Ivanchenko 等人[9] 用硅硼酸鈉玻璃來(lái)增強(qiáng)HA,當(dāng)玻璃相為59%、燒結(jié)溫度小于1000℃、孔隙率為33% 時(shí),得到HA 的機(jī)械強(qiáng)度為47MPa。Towler 運(yùn)用納米ZrO2在低溫下燒結(jié)制備了高致密度的HA-ZrO2 復(fù)合生物陶瓷。該技術(shù)由于使用了納米ZrO2,故降低了燒結(jié)溫度。因HA 分解常發(fā)生在燒結(jié)過(guò)程中,但在1200℃燒結(jié)時(shí),因燒結(jié)溫度較低,故避免了HA 的分解,使主晶相仍為HA,且復(fù)合材料的強(qiáng)度高于純HA[15]。黃傳勇等[16] 采用化學(xué)共沉淀法制備了羥基磷灰石和二氧化鋯超細(xì)粉,并以此為原料,通過(guò)不同材料的優(yōu)化組合,用燒結(jié)法制備了HA-ZrO2 二元體系復(fù)合生物陶瓷材料,其抗折強(qiáng)度達(dá)到120MPa, 斷裂韌性值為l.74MPa·m-1/2, 幾乎為純HA的兩倍,接近骨組織(致密骨的抗折強(qiáng)度為160MPa,斷裂韌性值為2.2 MPa·m-1/2)。
研究結(jié)果表明,復(fù)合生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性,是一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合生物陶瓷材料[13,22,23]?,F(xiàn)在國(guó)外已制備出含有ZrO2 的納米羥基磷灰石復(fù)合材料,其強(qiáng)度和韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過(guò)致密骨骼的相應(yīng)性能。另,通過(guò)調(diào)節(jié)ZrO2 與HA 含量,可使該納米復(fù)合人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性。Silva 等[17] 研究了機(jī)體HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料的生物學(xué)反應(yīng),發(fā)現(xiàn)該材料的相容性符合植入材料的要求。
Kim 等[18] 采用多孔的ZrO2 骨支架,表面采用羥基磷灰石涂層,在二氧化鋯和羥基磷灰石之間噴涂氟磷灰石(氟磷灰石在高溫下比較穩(wěn)定,可阻止羥磷灰石與二氧化鋯的反應(yīng)。因?yàn)榱u基磷灰石和二氧化鋯的反應(yīng)不僅使材料的機(jī)械性能降低,而且會(huì)使材料的生物相容性降低),制備出了符合要求的生物陶瓷材料。Kim 等[19] 采用在二氧化鋯和羥基磷灰石復(fù)合粉體間加入氟化鈣,然后燒結(jié)成型制成復(fù)合生物陶瓷材料。研究發(fā)現(xiàn)氟化鈣可以有效地阻止兩者反應(yīng),可獲得良好的HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料。
Li 等[20] 用SPS 方法在高壓下快速燒結(jié)制備HA/ZrO2 復(fù)合生物陶瓷材料,減少了兩者之間的反應(yīng)。而Lee 等[21] 研究的結(jié)果顯示,作為涂層HA/ZrO2 材料的生物相容性比HA 要差,沒(méi)有觀察到HA/ZrO2 與骨結(jié)合。生物相容性由于ZrO2 的加入受到了影響,這可能是由于噴涂的工藝使兩者發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致的。為此,為了既考慮要增強(qiáng)材料的力學(xué)性能,而又不影響材料的生物相容性,就必須阻止ZrO2 與HA 反應(yīng)。
2.4 涂層生物陶瓷材料
在諸多生物骨科材料中,生物陶瓷涂層材料由于將金屬( 或合金) 基材優(yōu)良的機(jī)械性能和生物陶瓷涂層良好的生物學(xué)性能結(jié)合在一起,成為臨床上廣泛應(yīng)用的生物骨科材料之一[24]。
作為生物陶瓷涂層材料的基體一般要求為具有高強(qiáng)度、高韌性、低密度的金屬及其合金,如不銹鋼、鈦及合金、鈷鉻鉬合金、鈷鉻合金等,其中鈦及其合金應(yīng)用最為廣泛。制備生物陶瓷涂層的方法主要有:熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠- 凝膠法、電化學(xué)、水熱反應(yīng)、玻璃粘附燒結(jié)和高分子復(fù)合樹(shù)脂粘結(jié)劑法等。此外,還有金屬表面改性,如氮化、碳化以及熔燒、電鍍等工藝技術(shù)等。
近幾年日本的T.kokubo 開(kāi)展了用化學(xué)方法( 如用NaOH 溶液) 處理純鈦的研究,通過(guò)處理使其表面活化,經(jīng)模擬體液(SBF) 浸泡獲得表面鈣磷涂層,其結(jié)合強(qiáng)度較高?;罨蟮募冣伇砻嫔闪薚iO2 凝膠,其具有誘導(dǎo)鈣磷沉積的能力,即使在表面誘導(dǎo)沉積鈣磷層溶解后,露出的TiO2 基體仍具有骨骼結(jié)合能力。此方法是否適用于鈦合金還有待于進(jìn)一步的研究,因?yàn)榛瘜W(xué)處理可能造成有害元素釩(V) 的活化,加速釩離子從鈦合金表面溶出。其可能的方法是在鈦合金表面鍍鈦,或者將鈦合金表面凈化,去除表層區(qū)域的釩元素。
涂層的厚度對(duì)涂層與骨骼的結(jié)合有一定的影響[25]。一方面需要有一定的厚度,以保證涂層在體液作用下存在足夠的時(shí)間,促進(jìn)植入物與骨骼組織的結(jié)合;另一方面,隨著涂層厚度的增加,涂層殘余應(yīng)力增大,涂層材料本身的性質(zhì)也容易表現(xiàn)出來(lái),植入生物體內(nèi)后,將影響材料與骨骼的結(jié)合。近年來(lái)的研究表明,理想的涂層厚度在50μm 左右(30 ~90μm)。在涂層厚度一定的前提下,涂層結(jié)晶度和相組成是決定涂層在體液作用下保留時(shí)間的重要因素。高結(jié)晶度的涂層(>90%),比較穩(wěn)定,溶解較少;較低的結(jié)晶度(60%~70%) 則容易發(fā)生溶解及降解。一般認(rèn)為,涂層的結(jié)晶度與涂層和基體的結(jié)合狀況成反比,具有較低結(jié)晶度的涂層有著較好的結(jié)合力。涂層晶粒越小,涂層與基體的潤(rùn)濕性越好,涂層與基體的結(jié)合性就會(huì)越牢固。
人造羥基磷灰石雖然化學(xué)組成與生物組織很相似,但其結(jié)晶程度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要比自然骨骼中的羥基磷灰石晶體高,因此植入生物體后長(zhǎng)期不易降解,始終作為一種異質(zhì)體殘留在骨骼缺損組織中。在涂層中摻人少量固溶雜質(zhì)元素,可以改善材料生物活性和生物降解率。陳德敏等[26] 采用液相反應(yīng)法,即在氫氧化鍶和氫氧化鈣懸濁液中不斷滴入稀硫酸,通過(guò)控制pH 值反應(yīng)合成摻鍶羥基磷灰石固溶體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用鍶元素?fù)诫s于羥基磷灰石結(jié)構(gòu)中,形成的摻鍶羥基磷灰石比純的羥基磷灰石具有更好的骨骼缺損修復(fù)能力。摻雜還可以增強(qiáng)生物陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。張亞平等[27] 在鈦合金表面用激光涂覆生物陶瓷涂層時(shí),在一定配比的CaHPO4·2H2O和CaCO3 中摻人少量Y2O3 粉末, 發(fā)現(xiàn)少量Y2O3 有利于激光化學(xué)反應(yīng)合成HA,并增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,使涂層組織成為具有一定擇優(yōu)取向的細(xì)小的不規(guī)則的多邊形晶體。其原理是:激光涂覆時(shí),化學(xué)位與濃度梯度是熔體內(nèi)傳質(zhì)擴(kuò)散的推動(dòng)力,而少量Y2O3 能使上述兩種梯度差增大,促進(jìn)HA 的生成。
2.5 氧化鋁生物陶瓷材料
1933 年Rock 首先建議將Al2O3 陶瓷用于臨床;1963 年由Smith 用于矯形外科[28]。70 年代至80 年代中期,世界許多國(guó)家如美國(guó)、日本、瑞士等國(guó)家,都對(duì)氧化物陶瓷,特別是氧化鋁生物陶瓷進(jìn)行了廣泛的研究和應(yīng)用。由于氧化鋁陶瓷植入人體后表面生成極薄的纖維膜,界面無(wú)化學(xué)反應(yīng),多用于全臀復(fù)位修復(fù)術(shù)及股骨和髖骨部連接。通過(guò)火焰熔融法制造的單晶氧化鋁,強(qiáng)度很高,耐磨性好,可精細(xì)加工,制成人工牙根、骨折固定器等。多晶氧化鋁,即剛玉,強(qiáng)度大,用于制作雙杯式人工髖關(guān)節(jié)、人工骨、人工牙根和關(guān)節(jié)。
Boutint 在1972 年首先報(bào)道了用氧化鋁陶瓷制作的人體髖關(guān)節(jié)在生理和摩擦學(xué)方面的優(yōu)越性極其在臨床上的應(yīng)用[23]。高純氧化鋁陶瓷化學(xué)性能穩(wěn)定,生物相容性好,呈生物惰性;由于其硬度高,耐磨性能好,因此磨損率比其它材料至少小1 ~2 個(gè)數(shù)量級(jí)[29]。
單晶氧化鋁陶瓷的機(jī)械性能更優(yōu)于多晶氧化鋁,適用于負(fù)重大、耐磨要求高的部位,但其不足之處在于加工困難。中國(guó)陶瓷在實(shí)驗(yàn)室研究水準(zhǔn)上完全可達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn),但用于臨床仍有一定差距,材料未達(dá)到ISO 標(biāo)準(zhǔn),另外氧化鋁屬脆性材料,沖擊韌性較低;彈性模量和骨相差大,陶瓷的高彈性模量,可能引起骨組織的應(yīng)力,從而引起骨組織的萎縮和關(guān)節(jié)松動(dòng),在使用過(guò)程中,常出現(xiàn)脆性破壞和骨損傷。近年來(lái),國(guó)外有關(guān)學(xué)者在氧化鋁陶瓷增韌方面作了大量的工作,諸如改變材料的顯微結(jié)構(gòu);利用ZrO2 相變?cè)鲰g或微裂紋增韌,以及在瓷體中人為造成裂紋擴(kuò)散的障礙等,取得了顯著的效果。
在材料科學(xué)的發(fā)展中,生物材料科學(xué)是發(fā)展最快、最受人關(guān)注的學(xué)科之一。在美國(guó)、西歐和日本等國(guó)家,無(wú)機(jī)生物材料的研究已成為獨(dú)立的學(xué)科。其重要性在于它跨越了材料、醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)和現(xiàn)代高科技等諸多學(xué)科領(lǐng)域,并與人類自身發(fā)展息息相關(guān)。生物材料走過(guò)了18, 19 世紀(jì)漫長(zhǎng)的探索階段,而在剛過(guò)去的20 世紀(jì)得到飛速的發(fā)展并廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。隨著材料科學(xué)與生命科學(xué)的發(fā)展,生物材料的研究已從被動(dòng)地適應(yīng)生物環(huán)境發(fā)展到有目的地設(shè)計(jì)材料組分,以達(dá)到與生物組織的有機(jī)連接。|
多孔β-TCP生物陶瓷人工骨制備工藝進(jìn)展
生物陶瓷熱敷袋的使用經(jīng)驗(yàn)
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生物陶瓷熱敷袋的使用經(jīng)驗(yàn)
《陶瓷材料概論》較全面地對(duì)陶瓷材料涉及的各種基本問(wèn)題以及對(duì)先進(jìn)陶瓷材料的諸多研究方面作了介紹,共分16章,第1~4章主要介紹陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特性,第5~8章介紹陶瓷材料的熱力學(xué)問(wèn)題和制備方法,第9~16章在穿插敘述陶瓷材料物理性能的同時(shí),介紹兩類重要的陶瓷:工程結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料?!短沾刹牧细耪摗妨η髲奈锢怼⒒瘜W(xué)和晶體學(xué)的基本問(wèn)題出發(fā),緊扣陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特性與物理性能的關(guān)系,以理解陶瓷結(jié)構(gòu)多變性及結(jié)構(gòu)變化對(duì)提升材料物理性能的重要作用。
《陶瓷材料概論》適合材料及相關(guān)專業(yè)的本科性、研究生和從事材料研究的科學(xué)技術(shù)人員系統(tǒng)學(xué)習(xí)或參考使用。
陶瓷材料簡(jiǎn)析
陶瓷材料中已崛起了精細(xì)陶瓷,它以抗高溫、超強(qiáng)度、多功能等優(yōu)良性能在新材料世界獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。精細(xì)陶瓷是指以精制的高純度人工合成的無(wú)機(jī)化合物為原料,采用精密控制工藝燒結(jié)的高性能陶瓷,因此又稱先進(jìn)陶瓷或新型陶瓷。精細(xì)陶瓷有許多種,它們大致可分成三類。
(一)結(jié)構(gòu)陶瓷。
這種陶瓷主要用于制作結(jié)構(gòu)零件。機(jī)械工業(yè)中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經(jīng)受摩擦而易磨損的零件,用金屬和合金制造有時(shí)也是使用不了多久就會(huì)損壞,而先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷零件就能經(jīng)受住這種“磨難”。
(二)電子陶瓷
指用來(lái)生產(chǎn)電子元器件和電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零部件的功能性陶瓷。這些陶瓷除了具有高硬度等力學(xué)性能外,對(duì)周圍環(huán)境的變化能“無(wú)動(dòng)于衷”,即具有極好的穩(wěn)定性,這對(duì)電子元件是很重要的性能,另外就是能耐高溫。
(三)生物陶瓷
生物陶瓷是用于制造人體“骨骼一肌肉”系統(tǒng),以修復(fù)或替換人體器官或組織的一種陶瓷材料。
精細(xì)陶瓷是新型材料特別值中得注意的一種,它有廣闊的發(fā)展前途。這種具有優(yōu)良性能的精細(xì)陶瓷,有可能在很大的范圍內(nèi)代替鋼鐵以及其他金屬而得到廣泛應(yīng)用,達(dá)到節(jié)約能源、提高效率、降低成本的目的;精細(xì)陶瓷和高分子合成材料相結(jié)合.可以使交通運(yùn)輸工具輕量化、小型化和高效化。
深圳方泰新材料技術(shù)有限公司是一家在先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域集研發(fā)、制造與銷售為一體的現(xiàn)代化企業(yè),總部位于香港,工廠設(shè)立在廣東省深圳市。 我們致力于為國(guó)內(nèi)外客戶提供耐磨損、耐腐蝕材料和微波陶瓷應(yīng)用等行業(yè)應(yīng)用解決方案。主要產(chǎn)品有氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅等材質(zhì)的陶瓷柱塞和各類精密結(jié)構(gòu)件。

中文名: 功能陶瓷材料
作者: 曲遠(yuǎn)方
資源格式: PDF
版本: 掃描版
出版社: 化學(xué)工業(yè)出版社
發(fā)行時(shí)間: 2003年06月
地區(qū): 大陸
語(yǔ)言: 簡(jiǎn)體中文