生物陶瓷在骨组织中的应用与展望

《生物陶瓷在骨组织中的应用与展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、生物陶瓷在骨组织中的应用与展望(南京工业大学材料学院材物0801刘发付冯岩张文斌仇月东左辉)摘要:综述了生物陶瓷材料在骨科中的应用研究进展.人体骨骼中有机物占干质量约33%，而无机物占干骨质量的65%~75%，其中又有质量分数95%为固体钙及磷。在此基础上，人们研究了生物陶瓷,并在骨组织方面得到了应用，且取得了一定成就，但是并没有达到真正的相容活性陶瓷.展望了生物陶瓷在骨科中的前景.关键词：无机材料；生物陶瓷；综述；骨科；活陶瓷生物医用材料的研究与开发，对人类有重要意义。人们对健康和长寿的追求将推动生物医用材料的

2、发展。它在世界经济中的地位己经可以和信息及汽车产业相比，目前以每年超过20%的速度增长，其材料及制品市场会达到药品市场规模，将成为21世纪的支柱产业。2004年，美国在卫生与人类服务部(DepartmentofHealth&HumanServices)建立了医学创新特别组［1］，其任务是促进新医学技术的创新及发展。中国的骨质疏松病人近亿，美国每年约有15万例的髋关节及约30万例膝关节的置换，但人工关节多采用金属或陶瓷构成，会引起炎症，甚至几年后还需再通过手术进行矫正，给病人带来痛苦。人们希望有耐能参与生命组织活动

3、的人工骨。1生物陶瓷材料在骨科中的应用研究进展目前，对羟基磷灰石材料的研究重点是克服羟基磷灰石生物陶瓷材料的脆性和在生理环境中的疲劳破坏，使其能用作承力的骨替换材料，因此研究人员正试图利用纳米的微尺寸效应来研究纳米羟基磷灰石对提高材料强韧性以及对生物相容性的影响。有资料报道［13-15］，羟基磷灰石材料近十年来受到临床重视，它的种植体模仿了骨基质的结构，具有骨诱导性，能为新生骨组织的长入提供支架和通道，孔径、孔率和孔内部的连通行是骨长入方式和数量的决定性因素。研究表明［16］,当种植体内部连通气孔的孔径为5~40

4、um时，允许纤维组织长入；当孔径为40~100um时，允许非矿化的骨样组织长入；当孔径在150~200pm时，能为骨组织的长入提供理想的场所；当孔径超过200um时，是骨传导的基本要求；当孔径在200~400Mm时，最有利于新骨生长。陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶须或纤维等増强体而获得的一类复合材料。目前生物陶瓷基复合材料尚未达到大规模临床应用阶段，其研究还主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。AI203、Zr02等生物惰性材料自20世纪70年代初在临床

5、应用研究中得到应用，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基体，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物物陶瓷优良力学性能的基础上还具有一定的生物活性和骨结合能力。为满足骨科临床对生物学性能和力学性能的要求，人们开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石和磷酸三钙复合材料的研究也日益增多［17,18-22］。30%羟基磷灰石与70%磷钙陶瓷，研究发现羟基磷灰石-磷酸三钙致密复合材料的断

6、裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。羟基磷灰石-磷酸三钙多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于（3-磷酸三钙，而后具有羟基磷灰石的特性，通过调整羟基磷灰石与磷酸三钙的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与羟基磷灰石制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa,比纯羟基磷灰石陶瓷有明显的提高。生物陶瓷材料尤其在湿生理环境中的力学性能较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。生物陶瓷的增强方式

7、主要有颗粒增强、晶须或纤维增强、相变增韧和层状复合增强等［16，23-29］。例如当羟基磷灰石粉末中添加10%〜70%的Zr02粉末时，材料经1300〜1350°C热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加。纳米SiC增强羟基磷灰石复合材料比纯羟基磷灰石陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，SiG晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，成为可靠性最高的

8、生物陶瓷基复合材料。羟基磷灰石晶须增韧羟基磷灰石复合材料的增韧补强效果同复合材料的气孔率有关，当复合材料相对密度达92%〜95%时复合材料的断裂韧性可提高40%。目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC，Si3N4，A1203,Zr02,羟基磷灰石纤维或晶须以及碳纤维等。2生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷材料的物理机械性能及功能特性与人体组织相匹配，与组织接触不产生炎症或凝血