先进陶瓷材料－ch3生物材料

1、 1 生物材料及其发展历程生物材料及其发展历程 1.1 生物材料的定义 生物材料一般是指生物医学材料，在不同的历史 时期，生物材料被赋予了不同的意义，其定义是随着生命 科学和材料科学的不断发展而演变的。 （1）20世纪80年代末，美国大学生物材料顾问委 员会把生物材料定义为“与活体接合的人工非生命材料”。 （2）1992年美国教授定义生物材料为“用于取代、 修复活组织的天然或人造材料”。 （3）我国1994年出版的材料大词典把生物材 料定义为“用以和生物系统结合，以诊断、治疗或 替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料”。 生物医学材料是一类人工或天然的材料； 可以单独或与药物一起制成部件、器

2、件用于组织或器 官的治疗增强或替代； 在有效使用期内不会对宿主引起急性或慢性危害； 它是一类特殊的功能材料，利用它可以对有机体进行 修复、替代与再生。 1.2 1.2 生物材料的发展历程生物材料的发展历程 人类利用生物材料的历史与人类历史一样漫长。生物医学 材料是人类同疾病作斗争的有效工具之一。有的学者依据 生物医学材料的发展历史及材料本身的特点，将已有的材 料分为三代，它们各自都有自己明显的特点和发展时期， 代表了生物医学材料发展的不同水平。 (1)第一代生物材料 出现的时间：20世纪初、第一次世界大战以前所使用的 医用材料可 归于第一代生物医学材料，这一代的材料 大都被现代医学所淘汰。 出

3、现背景：该类材料是人类对医学、科学、技术工程 学都缺乏透彻了解的情况下使用的，多采用就地取材 和纯经验的方式对病人进行治疗。 主要材料：包括石膏、棉花、马鬃、木片、金属及天 然橡胶等。 研究人员的主体与材料来源：大多是由医生担任，以 被动探求和利用各种天然材料或从已有的材料中寻求 比较适合于人体组织的人工材料。 特点：第一代生物医学材料并不能与生物组织相配合 而发挥作用，而是始终为生物体的异己成分，植入人体 后最好的结果也就是在材料表面形成一层包被性纤维组 织，将材料与生物体组织隔离。这时尚未明确提出生物 相容性、生物安全性等概念，被植入的材料也大多由于 感染、排异或失效而失败。 （2）第二代

4、生物材料 时间： 由于战争中伤亡的人数逐渐增多，对各种生物材 料的需求也日益加大。 背景：科学技术的突飞猛进也为医学等科学的进一步发展 奠定了基础。第二代生物材料的发展是建立在医学、材料 科学（尤其是高分子材料学）、生物化学、物理学及大型 物理测试技术发展的基础之上的。 研究工作者：多由材料学家或主要由材料学家（与医生合 作）来承担。研究的主攻方向仍然是努力改善材料本身的 力学、生化性能，以使其能够在生理环境下有长期的替代、 模拟生物组织的功能。 主要材料包括：羟基磷灰石、磷酸三钙、聚羟基乙酸 、聚甲基丙烯酸羟乙基酯、胶原、多肽、纤维蛋白等。 特点：这类材料有良好的生物相容性和亲和性，能与 生

5、物体组织直接接触、结合并能够部分模仿、替代生物 组织的某些机能，但替代、修复的效果仍然很有限。此 时，人们能够详细分析和测定各种生物体物质的成分、 结构和性能，医学的研究也开始由宏观进入微观世界。 （3）第三代生物材料 时间：始于近一、二十年以来。 背景： 随着科技发展和医学、生物工程技术的进 步，人们开始逐渐加深了对生物体内各种细胞组 织、生长因子、生长抑素及生长机制等结构和性 能的了解研制第三代生物医学材料 特点：是一类具有促进人体自身修复和再生作用 的生物医学复合材料，它们一般是由具有生理 “活性”的组元及控制载体的“非活性”组元所 构成，具有比较理想的修复再生效果。 材料基本设计思想：

6、是通过材料之间的复合，材料与活细 胞的融合，人体材料和人工材料的杂交等手段，赋予材料 具有特异的靶向修复、治疗和促进作用，从而达到病变组 织主要、甚至全部由健康的再生组织所取代。 典型材料：bmp（bone morphogenetic protein）材料 是第三代生物医学材料中的代表材料。在该复合材料中， bmp具有诱导间叶细胞向成骨方向转化的积极作用，而载 体材料则控制bmp诱导成骨作用量、速度及位置以及设计 再生骨形状。材料植入后最终形成由自身天然骨或主要由 天然骨构成的新骨再建骨。骨形态发生蛋白（骨形态发生蛋白（bmpbmp）对骨对骨 细胞的增殖、分化和基质合成具有作用。迄今为止，己经

7、细胞的增殖、分化和基质合成具有作用。迄今为止，己经 克隆出克隆出1313种种bmpbmp的序列。的序列。 组组 成成报报 道道 时时 间间商商 品品 名名 ha（致密）致密） ha（多孔）多孔） 1971年年 1973年年 45s5玻璃玻璃1972年年bioglass 微微 晶晶 化化 g+a g+a+p g+a+w 1973年年 1982年年 1982年年 ceravital bioverit 涂涂 层层 金属基体金属基体+al2o3涂层涂层 金属基体金属基体+ha涂层涂层 1976年年 1980年年 金属纤维金属纤维+生物活性玻璃生物活性玻璃 ha+pe 组织工程材料组织工程材料 1982

8、年年 1985年年 1995年以后年以后 表表1 典型生物陶瓷复合材料研究进展概况典型生物陶瓷复合材料研究进展概况 注：注：g生物活性玻璃生物活性玻璃 ha羟基磷灰石羟基磷灰石 p金云母金云母 w硅灰石硅灰石 pe聚乙烯聚乙烯 a磷灰石磷灰石 1.3目前生物材料的应用及价格情况目前生物材料的应用及价格情况 1986年1996年 数量价格 （美元） 市场 （百万美元） 数量 价格 （美元） 市场 （百万美元） 全股关节全股关节300000600180400000700280 全膝关节15000040060200000500100 踝/肘/肩关节5000050025700000600420 手指4

9、00000502560000010060 固定钉板1000000502012000006072 牙移植物牙移植物3000005001501500000250375 脊扩大1000002022000004080 脊修复25000010251500000020300 内眼镜片内眼镜片100000040040015000007501125 表表2 生物陶瓷的种类及其产值生物陶瓷的种类及其产值 目前生物材料的应用及价格情况 表表 2 生物陶瓷的种类及其产值生物陶瓷的种类及其产值 1986年1996年 数量价格 （美元） 市场 （百万美元） 数量 价格 （美元） 市场 （百万美元） 中耳修复300000

10、1504.5350002007 耳蜗修复500100051000010000100 缝合1750000023518000000236 脸增大60002001.21000002505 心脏博心脏博19000015002852000002000400 心脏瓣膜400002000806000025000150 其它- 全世界全世界35099435 目前，全世界生物材料产业的年交易额已达到目前，全世界生物材料产业的年交易额已达到 120亿美元，其中涉及硬组织修复和替代材料亿美元，其中涉及硬组织修复和替代材料 的约为的约为23亿美元。根据预测，未来生物材料在亿美元。根据预测，未来生物材料在 临床上的应用

11、将保持临床上的应用将保持7-12%的年增长速度。据的年增长速度。据 美国的估计，其国内每年涉及骨置换的外科治美国的估计，其国内每年涉及骨置换的外科治 疗已超过疗已超过100万人次。而对我国这样一个人口万人次。而对我国这样一个人口 众多的发展中国家，潜在的巨大需求是不言而众多的发展中国家，潜在的巨大需求是不言而 喻的喻的 2. 2.生物材料的分类及应用生物材料的分类及应用 生物材料种类繁多，到生物材料种类繁多，到目前为止，被详细研究过的为止，被详细研究过的 生物材料已经超过一千种，在医学临床上广泛应用的也生物材料已经超过一千种，在医学临床上广泛应用的也 有几十种，涉及材料学科各个领域。依据不同的

12、分类标有几十种，涉及材料学科各个领域。依据不同的分类标 准，可以分为不同的类型：准，可以分为不同的类型： 生 物 材 料 生物惰性材料 生物降解材料 生物复合材料 生物活性材料 以材料的属性 为分类标准 氧化物陶瓷 玻璃陶瓷 si3n4陶瓷 医用碳素材料 医用金属材料 生物医用金属材料 生物医用高分子材料 生物医用无机非金属材料 生物医用复合材料 生物衍生材料 以材料的属性 为分类标准 羟基磷灰石 磷酸钙生物活性材料 磁性材料 生物玻璃 生物惰性材料：生物惰性材料：生物惰性材料（bioinert materials） 是指一类在生物环境中能保持稳定，不发生活仅发生微 弱化学反应的生物医学材料。

13、实际上，完全惰性的材料 是没有的，生物惰性材料在机体内基本上不发生化学反 应。它所引起的组织反应是围绕其表面形成一薄层包被 性纤维薄膜，与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不 平的表面所形成一种机械嵌联 氧化物陶瓷：主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷。主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷。 氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人 工骨为主，具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节；纯刚工骨为主，具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节；纯刚 玉玉金属复合型人工股骨头；纯刚玉金属复合型人工股骨头；纯刚玉聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸 酯酯钴铬钼合金铰链式膝关节；其他人工骨、人工牙

14、钴铬钼合金铰链式膝关节；其他人工骨、人工牙 根等。根等。 玻璃陶瓷：该材料主要用来制作人工关节，动物实该材料主要用来制作人工关节，动物实 验及临床应用表明，该材料生物相容性良好。验及临床应用表明，该材料生物相容性良好。 si3n4陶瓷：陶瓷：该类材料主要用来制作一些作为替代用的该类材料主要用来制作一些作为替代用的 人工骨。人工骨。 医用碳素材料：它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工 脏器以及人工关节等方面的材料 医用金属材料：医用金属材料：该类材料是目前人体承重材料中应用最 广泛的材料，在其表面喷涂上活性生物材料后可增加它与 人体环境的相容性。同时它还能制作各类其他人体骨的替 代物。 生物降解材

15、料：生物降解材料：所谓可降解生物材料是指那些在被 植入人体以后，能够不断的发生分解，分解产物能够 被生物体所吸收或排出体外的一类材料。主要包括 tcp生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类。前 者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所 致缺损；而后者主要用作微药库型载体，可根据要求 制成一定形状和大小的中空结构，用于各种骨科疾病 生物活性材料生物活性材料（bioactive materialsbioactive materials）：是一类 能诱出或调节生物活性的生物医学材料4。但是， 也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生 的性质。现在，生物活性材料的概念已建立了牢固 的基础，其应用

16、范围也大大扩充。一些生物医用高 分子材料，特别是某些天然高分子材料及合成高分 子材料，都被视为生物活性材料。羟基磷灰石是一 种典型的生物活性材料。 羟基磷灰石：羟基磷灰石：是目前研究最多的生物活性材料之一，羟 基磷灰石ca10(po4)6(oh)2是脊椎动物骨和齿的主要无机 成分，结构也非常相近，与动物体组织的相容性好、无毒 副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用 碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材 料，如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换 等多个方面。另外，在ha生物陶瓷中耳通气引流管、颌 面骨、鼻梁、假眼球以及填充用ha颗粒和抑制癌细胞用 ha微晶粉方

17、面也有广泛的应用。又因为该材料受到本身 脆性高、抗折强度低的限制，因此在承重材料应用方面受 到了限制。现在该材料已引起世界各国学者的广泛关注 磷酸钙生物活性材料：主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸 钙陶瓷纤维两类。前者是一种广泛用于骨修补和固定关 节的新型材料，有望部分取代传统的pmma有机骨水泥。 国内研究抗压强度已达60mpa以上。后者具有一定机械 强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制备有机 与无机复合型植入材料。 生物磁性陶瓷材料：主要为治疗癌症用磁性材料，它 属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内 ，在外部交变磁场作用下，产生磁滞热效应，导致磁性 材料区域内局部温度升高，借以杀

18、死肿瘤细胞，抑制肿 瘤的发展。动物实验效果良好。 生物玻璃：主要指微晶玻璃，包括生物活性微晶 玻璃和可加工生物活性微晶玻璃两类。 生物医用金属材料：用作生物医学材料的金属或 合金，又称外科用金属材料（surgical metal）或 医用金属材料，是一类惰性材料。这类材料具有高 的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承 力植入材料，广泛应用，遍及硬组织、软组织、人 工器官和外科辅助器材等各个方面。 存在主要问题是生理环境腐蚀造成金属离子向 周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可 能导致毒副作用，后者导致植入的失败。 已用于临床的主要有不锈钢、钴基合金和钛基 合金等三大类。此外，还有形

19、状记忆合金、贵金属 以及纯金属钽、铌、锆等。 医用高分子材料：是生物医学材料中发展最早、 应用最广泛、用量最大的材料，也是一个正在迅速 发展的领域。生物医用高分子材料可来自天然产物， 也可人工合成。 医用高分子材料按性质可分为非降解型和可生 物降解型两类。 降解型材料降解型材料可在生物环境作用下发生结构破坏和性 能蜕变，要求其降解产物能通过正常的新陈代谢或被 机体吸收利用或被排出体外，主要用于药物释放和送 达载体及非永久性植入装置。可降解型高分子材料包 括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基 酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。 非降解型材料非降解型材料要求其在生物环境中能长期保持稳定 ，不发生

20、降解、交联或物理磨损等，并具有良好的物 理机械性能。主要用于人体软、硬组织修复体、人工 器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品 等方面。这类材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯 酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。 生物医用非金属材料，又称生物陶瓷。包括陶瓷、 玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳 定，具有良好的生物相容性。 生物陶瓷主要包括：惰性生物陶瓷 ，活性生物 陶瓷 ，以及功能活性生物陶瓷 。其中，功能活性生 物陶瓷中又包括模拟人体硬组织成分和结构的生物陶 瓷材料 和带有治疗功能的生物陶瓷复合材料两类。 临床应用中，生物陶瓷存在的主要问题是强度 和韧性较差。 生物医用复

21、合材料是由两种或两种以上不同材料复合生物医用复合材料是由两种或两种以上不同材料复合 而成的生物医学材料。主要用于修复或替换人体组织、而成的生物医学材料。主要用于修复或替换人体组织、 器官或增进其功能以及人工器官的制造。器官或增进其功能以及人工器官的制造。 生物医学复合材料除应具有预期的物理化学性质之生物医学复合材料除应具有预期的物理化学性质之 外，还必须满足生物相容性的要求外，还必须满足生物相容性的要求 ，而且复合之后不允，而且复合之后不允 许出现有损材料生物学性能的性质。许出现有损材料生物学性能的性质。 医用高分子材料、医用金属和医用生物陶瓷都 可作为生物医学复合材料的基材，又可作为增强体

22、或填料，它们相互搭配或组合形成了大量性质各异 的生物医学复合材料。利用生物技术，一些活体组 织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物 医学材料，大大改善了其生物学性能，并可使其具 有药物治疗功能，已成为生物医学材料的一个十分 重要的发展方向。 生物衍生材料：是由经过特殊处理的天然生物组织 形成的生物医用材料，也称为生物再生材料。 生物组织可取自同种或异种动物体的组织。特殊处 理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除 抗原性的轻微处理，以及拆散原有构型、重建新的物 理形态的强烈处理。 如经戊二醛处理固定的猪心瓣膜、牛心包、人脐动 脉以及冻干的骨片、羊膜、胚胎皮等都属于前一种情 况。而用

23、再生的胶原、弹性蛋白、透明质酸及壳聚糖 等构成的粉体、纤维、膜和海绵体等都属于后一种情 况。 生物衍生材料是无生命力的材料。 但是由于它或是 具有类似于自然组织的构型和功能，或是其组成类似 于自然组织，在维持人体动态过程的修复和替换中具 有重要作用。 主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜 、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体 、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等。 3 生物材料的评价方法简介生物材料的评价方法简介 目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物 相容性方面。因为生物相容性是生物材料研究中始终贯 穿的主题。它是指生命体组织对生物材料产生反应的一 种性能，该材料既能是非

24、活性的又能是活性的。一般是 指材料与宿主之间的相容性，包括组织相容性和血液相 容性。现在普遍认为，生物相容性包括两大原则，一是 生物安全性原则，二是生物功能性原则 。 生生 物物 相相 容容 性性 评评 价价 生物安全 性原则 体外细胞毒性试验体外细胞毒性试验 遗传性和致癌试验遗传性和致癌试验 血液相容性评价方法血液相容性评价方法 mtt法（四甲基 偶氮唑盐微量酶 反应比色法） dna合成检测方 法 细胞膜完整定性 测定 生物功能 性原则 对细胞功能的影响对细胞功能的影响 对细胞功能影响的对细胞功能影响的 分子生物学评价分子生物学评价 3.1 3.1 生物安全性原则生物安全性原则 生物安全性是

25、植入体内的生物材料要满足的首 要性能，是材料与宿主之间能否结合完好的关键。 关于生物材料生物学评价标准的研究始于20世 纪70年代，目前形成了从细胞水平到整体动物的较 完整的评价框架。国际标准化组织（iso）以 10993编号发布了17个相关标准，同时对生物学评 价方法也进行了标准化 体外细胞毒性试验 试验标准10993-5 ，其中推荐了琼脂覆盖法和分子扩散 法。近年来的发展主要是从形态学方法检测细胞损伤、细 胞损伤测定、细胞生长测定和细胞代谢特性测定等角度提 出了试验方法，并从定性评价向定量评价发展。 mtt法（四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法） 该方法的原理是线粒体琥珀酸脱氢酶能催化四甲基

26、偶氮唑盐形成兰色甲，形成数目的多少与活细胞数目和 功能状态呈正相关。该法简便、敏感性高，可作定量评 价。但还需进一步研究 dna合成检测方法 体外未融合状态下的细胞在dna合成之前进行有丝 分裂。进入对数生长期的细胞能够用标记的核苷酸封闭 其dna。目前主要用无放射性的示踪物brdu，它的摄入 量能够通过测定结合了荧光燃料的抗brdu单克隆抗体而 得出。通过这种方法可以知道暴露于材料的细胞的增殖 能力是否降低 细胞膜完整定性测定 该方法主要是通过测定细胞膜是否完整来测试材料 对细胞的毒性作用。它通过将细胞与乙酰乙酸荧光素 （fda）和溴化乙锭（eb）一起培养，fda能够被完 整的细胞摄取并被细

27、胞内的酯酶转化为荧光素，荧光 素保留于胞浆内，在适当的激发波长下发出绿色荧光 。eb不能穿过完整的细胞膜，但如果细胞膜已经被破 坏，eb就能进入细胞并且与核酸尤其是细胞核内的 dna紧密结合，这时看到的是橘红或红色的光。 遗传性和致癌试验 该类试验在生物材料中最为复杂和麻烦。原先在 体外检测法中常用ames试验。由于该试验可靠性的 降低，现在多把它与体外染色体畸变试验和微核试验 相结合，以便相互补充，对遗传毒性作出科学的评价 血液相容性评价方法 血液相容性评价研究对于用于心血管体系的生物 材料发展有着非常重要的作用，但由于血凝机理和体内 环境的复杂性及多变性，迄今为止还没有一套相关的评 价标准

28、，在iso10993-4中也只给出了一个评价方向的 基本要求。它要求通过体外和体内试验从凝血、血小板 、血栓形成、免疫学或血液学其他方面对生物材料的作 用进行评价，具体评价方法和指标都未统一，更没有标 准化。 3.2 生物功能性原则 指所植入的生物材料对生物体内的组织是否有功 能方面的影响。关于生物功能性的原则是提出不久的 一个新的生物材料的评价方面，它必将随着研究的不 断深入而向前发展 对细胞功能的影响 在该项研究中，主要研究生物材料对细胞粘附、 细胞扩散、细胞增殖和细胞生物合成功能等方面的影 响。它们各自都有一套相应的评价方法。通过对这些 方面的测试来评价该材料对细胞究竟有何种影响 对细胞

29、功能影响的分子生物学评价 该方面的研究主要是从分子生物学的角度，从更微 观的范围内来探讨生物材料对生物功能的影响情况。研 究的主要内容有细胞粘附分子（cmc）、细胞因子和 生长因子以及dna转录翻译与信号传导等方面。通过 这些方面的研究可以从更深层次上揭示生物材料对生物 功能的影响 4典型生物材料及其发展趋势典型生物材料及其发展趋势 4.1 骨水泥材料的研究进展骨水泥材料的研究进展 分类：有机骨水泥（pmma），水化时产生热 无机骨水泥：磷酸钙类骨水泥，水化热很少 特点：致密多孔ha陶瓷板加工工艺复杂，术中准确 打磨成形比较困难，且费时，骨引导作用也较差。 -tcp骨水泥化学成分与人体骨组织的

30、主要成分 极为相似，生物相容性良好，同时操作性能优良，能 调配成膏状体，按骨缺损的形状准确塑形，并在数分 钟内固化，固形体的物理性能良好，水化过程中放热 慢、升温小，不会造成局部过热，而且在人体体液的 ph值下，水化产物为ha 。相容性实验表明植入体内 能与周围组织良好共存，无明显排斥反应，具有良好 的成骨活性、降解活性及固化过程的等温性等，但是, 骨水泥的耐压强度一般都在3040mpa 。 4.1.1 4.1.1 快凝骨水泥快凝骨水泥（fast-setting cpc,fscpc） 普通骨水泥的硬化时间为30-60分钟 快速凝固生物骨水泥硬化时间：5-7分钟 快凝剂：磷酸氢钠和磷酸二氢钠组成

31、的中性调和液 4.1.2 抗水型快凝骨水泥抗水型快凝骨水泥 主要用于可注射骨水泥（injectable fscpc ） 由于手术时cpc容易被出血冲走，科学家因此研究抗 水型骨水泥（antiwashout type fscpc) 抗水剂：海藻酸钠 原理：海藻酸钠与溶解的钙离子形成，藻酸钙凝胶， 从而阻止水对的浸泡与侵蚀。 cem-ostetictm人工骨浆修复骨缺损 cem-ostetictm人工骨浆是美国伯克利先进生物 材料公司生产，2001年3月取得欧盟ec证书，并已在 欧洲、东南亚、中国台湾地区广泛应用，2002年4月取 得美国fda上市证书，美国本土应用情况良好。国内于 2003年12

32、月年临床试用国内于2003年12月年临床试用， 临床试用cem-ostetictm人工骨浆获得满意效果，初 步临床应用体会：安全无毒，使用方便，固化快，可以 任意塑形或注射，生物相容性好，能在体内降解吸收 4.2.生物陶瓷涂层材料 生物陶瓷涂层材料由于将金属（或合金）基材与陶瓷 涂层组合而成，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、钴铬钼合金、钴铬合金等，其中钛及其合金应用 最为广泛。 4.2.1 制备生物陶瓷涂层的方法 热喷涂、物

33、理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、 电化学、水热反应、玻璃粘附烧结和高分子复合树脂 粘结剂法等。此外，还有金属表面改性，如氮化、碳 化以及熔烧、电镀等工艺技术等。由于生物陶瓷涂层 材料通常有较高的熔点，其涂层的制备方法大多采用 热喷涂、气相沉积和高温熔烧等高温工艺。其中等离 子喷涂技术以其工艺简单，易于产业化而成为应用较 为广泛的生物陶瓷涂层制备方法。 4.2.24.2.2生物陶瓷涂层材料的组织附着类型生物陶瓷涂层材料的组织附着类型 一、生物惰性涂层 特点：机械固定结合、耐腐蚀、耐磨损、不降解、不变 质，种植体与生物机体之间形成一定厚度的纤维组织。 涂层材料：氧化铝涂层、氧化锆涂层、钛涂

34、层等 二、生物活性涂层 特点：骨性结合、在体内有一定的溶解，部分参与体内 的新陈代谢，对骨细胞生长有一定的引导诱发作用，能 促进缺损骨组织的修复。 涂层材料：生物玻璃涂层、ha涂层等 4.2.3 ha4.2.3 ha生物涂层生物涂层 ha生物涂层的制备方法主要有：等离子喷涂、浸 渍法、电化学沉积、水热合成法、化学法等。然而， 这些方法制备的ha生物涂层在临床应用上都存在一些 共同问题：涂层与基体附着强度不高、受力条件下稳 定性相对较弱，导致种植体在植入人体内一段时间后 发生剥落和降解，从而在很大程度上制约了对骨缺损 的修复 4.3骨组织工程材料 骨组织工程：融汇材料科学、生物技术和生命科学的

35、最新进展而诞生的新兴交叉学科 骨组织工程的三个关键要素 信号分子（骨生长因子、骨诱导因子）、骨组织工程 支架材料或者是基体材料、靶细胞。骨组织工程支架 材料一方面作为信号分子的载体，将其运送至缺损位 置，另一方面提供新骨生长的支架。 骨诱导因子的靶细胞是一些血管周围游走的、未 分化的间充质细胞，其具有多向分化的特性，可分 化形成肌组织、纤维组织、脂肪组织或骨组织，在 骨诱导因子的作用下，将不可逆的向软骨细胞、骨 细胞的方向分化，从而增补成骨性细胞，满足修复 大范围缺损的需要。骨生长因子则可以刺激成骨性 细胞的有丝分裂，从而形成大量新骨。这种成骨的 方式称为“诱导成骨” 4.3.1 4.3.1

36、骨组织工程的发展趋势骨组织工程的发展趋势 骨组织工程的基本出发点是以“诱导成骨”的方 式而不是单纯以“爬行替代”的方式实现骨的修复和 再生。组织工程骨有望成为最早实现的组织工程产品。 近几年来，人们逐渐认识到基体材料在组织工程中占 有的重要地位。骨组织工程材料既是信号分子或细胞 的载体，也是新生组织生长的支架。寻找适宜的骨组 织工程材料，研究其与骨组织和骨细胞的相互作用， 探索信号分子、细胞与载体的组装模式，是骨组织工 程研究的一个重要内容。 4.3.2 4.3.2 理想的骨组织工程材料的条件理想的骨组织工程材料的条件 植入体内不引起免疫排斥反应， 手术中易于修整， 必要时材料本身可提供机械支

37、持， 植入物应能以相对较低剂量的诱导因子引起最优的成 骨活动， 可促使血管及间充质细胞迅速侵入材料并与吸引在其 上的诱导因子接触, 此外，在新骨的生长过程中，材料应逐渐被吸收（降 解），最终从植入部位消失。 4.3.4.3.3 3 目前常用骨组织工程材料目前常用骨组织工程材料 4.3.3.1钙磷陶瓷人工骨 磷酸三钙tricalciumphosphate,ca3(po4)2，tcp和 羟基磷灰石hydroxyapatite, ca10(p04)6(oh)2， ha是钙磷陶瓷人工骨的两种主要材料 优点：它们在组成、结构上与天然骨矿类似。有很好 的生物相容性、骨传导性和与骨结合的能力，加上无 毒副作用，被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料。 可分为致密型和多孔型两种。致密型内仅有微孔，多 孔型内除有微孔外还有许多大孔 4.3.3.2 多聚体类 种