生物医用陶瓷材料发展现状概况.ppt

主讲：2015.3.12,生物医用陶瓷材料,生物陶瓷在人体上的某些应用,高致密HA：额面骨缺损修复,氧化铝、氧化锆陶瓷：人工骨,生物玻璃：耳小骨,氧化铝、氧化锆陶瓷关节,氧化锆：心脏瓣膜,氧化铝、氧化锆陶瓷牙根,生物医用陶瓷材料的基本条件与要求,生物陶瓷材料,生物陶瓷材料是指与人体工程有关的可用于人体组织修复的一类陶瓷材料,具有以下特点：,在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性材料的性能可通过成份设计进行控制容易成形，可按需要制成各种形状和尺寸容易着色，是较理想的口腔材料,内容概要：,CompanyLogo,1892年，Dreesman首次发表了利用硫酸钙(CaSO4H2O)修复骨缺损1920年，Albee发现磷酸三钙(Tricalciumphosphate,TCP)可以刺激骨形成1928年，Leriche和Policard就开始研究和应用磷酸钙作为骨替换材料，他们希望磷酸钙在体内能够释放一些钙、磷离子，促进骨的发生1969年,美国佛罗里达大学的Hench教授，成功地研究了一种生物玻璃，可用于人体硬组织的修复，能与生物体内的骨组织发生化学结合，从而开创了一个崭新的生物医用材料研究领域生物活性材料,生物活性陶瓷发展历程,CompanyLogo,生物活性陶瓷发展历程,1972年，Aoki和Jarcho成功烧结了羟基磷灰石，制得了羟基磷灰石陶瓷，并在随后的几年中发现，烧结羟基磷灰石具有良好的生物活性，从此开始了生物活性陶瓷发展的新纪元；1973年，Driskell等报道了-Ca3(PO4)2多孔陶瓷植入生物体后，能被迅速吸收，并发生了骨置换，称之为可吸收陶瓷(Absorbableceramics)，即生物可降解陶瓷；1976-1981年，Jarcho,Hench,Groot,Daculsi,Osborn等研究证明钙磷基骨替换材料不仅具有良好的生物相容性，而且具有骨传导性能，可与宿主骨直接形成骨键合，导致骨替换材料和骨之间的紧密结合,CompanyLogo,生物活性陶瓷发展历程,上世纪70年代，Hench教授提出“生物活性”的概念，从而开创了一个崭新的生物医用料研究领域生物活性材料，也改变了“任何人造植入体在人体内都将引发异体反应并在界面形成非黏附性疤痕组织”的观点HenchLL.JBiomedMaterRes1971;36:117-141“生物活性”材料是一种在材料与组织界面诱发特异性化学反应并形成材料-组织牢固键合的材料HenchLL.AnnalsofNewYorkAcadSci:NewYork.1988;523:54-65,生物活性陶瓷在生物体内与周围组织甚至软骨组织形成较强的化学键，用于骨组织修复,CompanyLogo,材料与组织的结合,生物陶瓷发展经历了三个阶段,生物陶瓷材料的分类,以及可降解陶瓷,生物陶瓷材料的分类,生物陶瓷分类惰性生物陶瓷,生物惰性陶瓷是一类暴露于生物环境中，与组织几乎不发生化学变化的材料，所引起的组织反应主要表现为材料周围会形成厚度不同的包裹性纤维膜,生物惰性陶瓷氧化铝陶瓷,生物医用氧化铝陶瓷由高纯Al2O3组成，主要晶相为刚玉（Al2O3）的陶瓷材料，有稳定的刚玉型结构，属于六方晶系，氧原子形成六方最紧密弄堆积，六个氧原子（离子半径为0.132nm）围成一个八面体，半径较小的铝原子离子半径为0.057nm）则处于八面体中心的空隙，单位晶胞是面心的菱面体,生物惰性陶瓷氧化铝陶瓷,1.化学组成和物理性能,生物惰性陶瓷氧化铝陶瓷,2.几个重要性能及要求,用于关节修复，牙根种植，制作骨折夹板与内固定器件,生物惰性陶瓷非氧化铝陶瓷,生物陶瓷分类惰性生物陶瓷,生物陶瓷材料分类活性陶瓷材料,生物活性陶瓷生物活性玻璃,“生物活性”材料是一种在材料与组织界面诱发特异性化学反应并形成材料-组织牢固键合的材料HenchLL.AnnalsofNewYorkAcadSci:NewYork.1988;523:54-65,活性陶瓷材料羟基磷灰石,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,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,生物陶瓷材料分类可吸收生物陶瓷材料,可吸收生物陶瓷在生物体内，被体液溶解吸收或被代谢系统排出体外，最终使缺损的部位完全被新生的骨组织取代,主要以-磷酸三钙（-TCP）及硫酸钙生物陶瓷为代表,生物陶瓷材料分类可吸收生物陶瓷材料,在生理环境下，致密的-TCP可保持稳定，而多孔形的-TCP则发生生物降解和吸收，并被新骨逐步取代,-TCP具有较好的生物相容性,植入体内后血液中的钙磷比保持正常，无明显毒性反应和副作用,生物陶瓷材料分类可吸收生物陶瓷材料,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,具体机制如下：,氧化铝陶瓷,致密的氧化铝生物陶瓷与机体之间会形成一种形态性结合，即依靠组织长入材料表面凹凸不平而实现机械锁合,多孔的氧化铝陶瓷，新生组织可长入空隙内，会提高生物陶瓷与机体组织之间的结合强度,用于关节修复，牙根种植，制作骨折夹板与内固定器件，最适用于人工关节头和臼等承受摩擦力作用的部位,HPA,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,双相生物陶瓷材料,羟基磷灰石陶瓷材料有着优良的生物相容性，能较快的引导骨再生，不通过中间介质直接与骨键合，然而由于烧结后的羟基磷灰石晶体结晶度提高，所以在体内很难降解,TCP比HAP有着更好的溶解性和降解性，但研究表明，TCP降解速度太快，不能形成良好的骨键合，且过快的降解速度不利于体内生物组织在材料上的