《生物医用陶瓷》PPT课件.ppt

2012年10月17日 生物医用陶瓷 姓名： 班级：09级生物医学工程 学号： 报告内容 相关介绍 特征与分类 几种医用陶瓷 陶瓷？ 陶瓷是指用天然或人工合成的粉状化合物经过成型和高温烧结制 成的、由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料。 陶瓷可分为传统陶瓷(普通陶瓷)和近代陶瓷(特种陶瓷)。传统的陶 瓷都是以由构成地壳的硅、铝、氧三种主要元素形成的天然硅酸 盐矿物为主要原料(如粘土、长石、硅石)制成的材料为区别当 今大量研究开发的不含硅酸盐成份的近代陶瓷(如氧化物陶瓷、氮 化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷等)。欧美各国习惯上把硅 酸盐材料通称为“陶瓷”，而把近代陶瓷称为“新型陶瓷”(New Ceramics)或“精细陶瓷”(Fine Ceramics)。 生物陶瓷材料作为生物医学材料始于l8世纪初。 1808年初成功制成了用于镶牙的陶齿 1871年，羟基磷灰石被人工合成。 l894年，熟石膏作为骨替换材料口。 1926年，Bassett用X 射线衍射分析发现骨和牙的矿物质与羟基磷灰石的X 射线谱相似。 1928年，Leriche和Policard开始研究和应用磷酸钙作为骨替换材料。 1930年，NaraySzabo和Mehmel独立地应用X ray衍射分析确定了氟磷灰石 的结构。 1963年Smith报告发展了一种陶瓷骨替代材料。 1971年羟基磷灰石被成功研制并扩大到临床应用的报道。 1974年，Hench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。 中国20世纪70年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。 医用陶瓷发家史 陶瓷特性 a)生物相容性非常优良。 b)化学性能稳定，耐腐蚀性良好：长期使用表面 也不易变质和变性。 c)硬度高，耐磨性好；但破坏韧性值低，耐冲击 性差，脆性大。 d)耐热性好，热的良好绝缘体。 e)加工成形困难。 生物陶瓷的分类 l 人体相关的陶瓷(种植类陶瓷) 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。根据种植材料与生 物体组织的反应程度又可分为： 生物惰性(Bioinert)陶瓷 生物活性(Bioactive)陶瓷 生物吸收性 (Biodegradable)陶瓷 l 生化学相关的陶瓷(生物工程类陶瓷) 与人体组织不直接接触 氧化铝生物陶瓷材料 l 1933年Rock首先建议将Al2O3 陶瓷用于临床； l 1963年由Smith用于矫形外科。 l 70年代至80年代中期，世界许多国家如美国、日本、 瑞士等国家，都对氧化物陶瓷，特别是氧化铝生物陶 瓷进行了广泛的研究和应用。 l 由于氧化铝陶瓷植入人体后表面生成极薄的纤维膜， 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。通过火焰熔融法制造的单晶氧化铝，强度 很高，耐磨性好，可精细加工，制成人工牙根、骨折 固定器等。多晶氧化铝，即刚玉，强度大，用于制作 双杯式人工髋关节、人工骨、人工牙根和关节。 羟基磷灰石生物陶瓷材料 l 生物活性陶瓷中应用最多的是羟基磷灰石(hydroxyapatite，简称HA 或HAP)，。羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要无机成。羟基磷 灰石具有良好的生物相容性，植人体内不仅安全、无毒，还具有一 定的骨传导性。 l 致密HA具有一定的可加工性，在临床使用中极为方便，但因其植 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，主要用于人工齿根种植体。 l 多孔HA具有诱导骨形成的作用和能力，研究表明，多孔HA植入人 体后能使界面的软硬组织都长入孔隙内，形成纤维组织和新生骨组 织交叉结合状态，能保持正常的代谢关系。多孔 HA生物陶瓷因其 强度较低，只能用于一些强度相对低的部位，在口腔医疗中主要用 于颌骨的置换及修补，在外科医疗主要用于整容。 磷酸钙生物陶瓷材料 目前广泛应用的生物降解陶瓷为p一磷酸三钙(简 称pTCP)，属三方晶系，钙磷原子比为15，是磷酸钙 的一种高温相。BTCP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。 磷酸钙主要以结晶态的磷灰石相构成了人体硬组织的主 体，从骨的结构上看，骨是由尺寸小于100nm的磷酸钙盐 晶体弥散分布在胶原蛋白以及其他生物聚合物中构成的连 续多相复合体，因此磷酸钙盐陶瓷具有与骨骼矿化物类似 的成分和表面及体相结构,与人体组织有良好的生物相容性 ，可和自然骨形成牢固的骨性结合。 磷酸钙陶瓷的主要缺点是其脆性，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.磷酸钙陶 瓷基复合材料，已经成为磷酸钙生物陶瓷的发展方向之一 复合生物陶瓷材料 复合生物陶瓷是指生物用复相陶瓷的总称。由多种组 分构成，含有多相的生物用陶瓷材料。 研究结果表明，复合生物陶瓷材料具有较好的力学性 能、化学稳定性和生物相容性，是一种很有应用前景 的复合生物陶瓷材料。 涂层生物陶瓷材料 在诸多生物骨科材料中，生物陶瓷涂层材料由于将金属(或合 金)基材优良的机械性能和生物陶瓷涂层良好的生物学性能结 合在一起，成为临床上广泛应用的生物骨科材料之一。 作为生物陶瓷涂层材料的基体一般要求为具有高强度、高韧 性、低密度的金属及其合金，如不锈钢、钛及合金、铬钼合 金、钴铬合金等，其中钛及其合金应用最为广泛。 生物陶瓷发展的热点 1.仿生材料 近20年来，试图仿制天然生物材料、利用生物学原 理设计和制造仿生物的材料，已成为生物材料研究领域 极为活跃的前沿研究方向。 2.纳米技术的应用 纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿等硬组织替代 材料制造及临床应用领域有广阔的应用前景。英国的 Bonfield成功地合成了模拟骨骼亚结构的纳米物质，该 物质有望取代目前骨科常用的合金材料，而且不易骨折， 并能与正常骨组织连接紧密。 由于纳米陶瓷晶粒尺寸很小，材料中的内在气孔和 缺陷尺寸大大减少，材料不易造成穿晶断裂，有利于提高 材料的韧性和强度，而随着晶粒尺寸变小同时又使晶界 数量大大增加，有助于晶粒问的移动，这使纳米陶瓷表现 出独特的超塑性。 3.复合材料 生物医用复合材料根据应用需要进行设计，由基体 材料与增强材料或功能材料组成。 1. 焦永峰.赵磊.Jiao Yongfeng.Zhao Lei 生物陶瓷材料的研究进展期刊论 文-江苏陶瓷2008,41(2) 2. 陈德敏.Chen Demin 生物陶瓷材料(七)期刊论文-口腔材料器械杂志 2007,16(3) 3.钟锐等骨组织工程支架材料生物陶瓷的研究进展J】，医疗卫生装备 ，2005，26(4)：262