生物惰性陶瓷的改性与临床应用研究进展

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1、生物惰性陶瓷的改性与临床应用研究进【摘要】生物惰性陶瓷由于具有良好的力学性能、优秀的耐磨损能力以及化学（化学论文）稳定性，是一类重要的替代型人体硬组织修复材料。本文对氧化铝陶瓷和氧化错陶瓷这两种最常见的生物惰性陶瓷材料及它们的改性和临床应用研究进展进行了综述性介绍。【关键词】生物惰性陶瓷、氧化铝，氧化错，增韧，生物活性0引言生物惰性医用陶瓷材料包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、玻璃陶瓷等，它们化学性质稳定，生物相容性好，力学性能较好，在体内耐腐蚀、不降解，与人体组织不产生化学结合。临床上常用的生物惰性陶瓷有氧化铝陶瓷、氧化错陶瓷、氧化错增韧氧化铝

2、陶瓷等。生物惰性陶瓷一般具有较高的强度和耐磨性能，在医疗上主要用于制作人工关节、人工骨、口腔植入体、全瓷牙和牙冠等方面。本文对氧化铝和氧化错这两种最常见的生物惰性陶瓷材料的改性和临床应用研究的进展进行综述性介绍。1生物惰性陶瓷的特性生物陶瓷材料根据与组织的结合情况可分为生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。两者的根本区别在于，植入体内后，植入体是否能够与活组织形成化学键合。生物惰性陶瓷材料在植入体内后，不能与活组织形成化学键合，而是被纤维结缔组织膜所包绕。纤维结缔组织膜将植入体与修复部位的正常组织分隔开，植入体以异物的形式永久存留于体内。尽管生

3、物惰性陶瓷材料不能与人体组织发生化学键合，但由于其良好的力学性能、优秀的耐磨损能力和化学稳定性，生物惰性陶瓷材料仍然是一类重要的替代型硬组织修复材料。如果提高生物惰性陶瓷材料的断裂韧性，克服其脆性，以及引入生物活性成分改善其与人体组织的结合，是生物惰性陶瓷材料研究的主要内容。2氧化铝生物陶瓷的改性与临床应用氧化铝陶瓷的结构与性能氧化铝有多种晶型，其中高温晶型Q-AI2O3的热稳定性和化学稳定性最好。Q-AI2O3的密度为，轻于不锈钢、钛及钛合金等常见的生物医用金属材料。a-AI203属于离子键为主的晶体力较强，使得AI2O3具有高的熔点（20

4、50°CX硬度、耐化学腐蚀性和弹性模量。多晶氧化铝陶瓷的力学性能主要取决于瓷体的氧化铝含量、致密度和晶粒大小。Q-AI2O3含量越高、晶粒越细小、致密度越大，材料的强度就越高。氧化铝陶瓷烧结制品的抗弯强度通常在250~450MPa熱压产品可达500MPa以上，弹性模量约为300〜380GPa,断裂韧性在4~5MPa・m1/2。与氧化错陶瓷相比，其强度和断裂韧性较低。氧化铝陶瓷作为生物医用材料使用，其性能需要满足一定的要求。根据国际标准ISO6474［1］,在人体中使用时，纯AI2O3生物陶瓷的性能须符合：密度达以上、SiO2和碱金属氧化物杂质

5、含量S%、平均晶粒尺寸不超过7pm、室温抗压强度达4000MPa以上、室温抗弯强度达4OOMPa以上、室温杨氏模量达380GPa、室温抗冲击韧性达4000J/m2、耐磨性和耐腐蚀性符合ISO规范试验要求。氧化铝陶瓷的增韧脆性是氧化铝陶瓷的致命缺点。人们研究了多种提高氧化铝陶瓷断裂韧性和强度的方法，通过改变材料的显微结构（如细晶化）和设置有附加能量消耗的韧性相（如ZrO2）,可显著提高其断裂韧性。目前研究较多的增韧方法有：相变增韧［2］、晶须和碳纳米管增韧［3］、颗粒弥散增韧［4］、纳米增韧［2］、原位自增韧［5］等。其中相变增韧是氧化铝陶瓷增

6、韧效果最好的方法之一，而且制备工艺简单，成本较低。通过在氧化铝中加入用氧化轮或氧化肺稳定的氧化错作为增韧剂，将可相变的ZrO2粒子均匀分散在氧化铝陶瓷基体中，可制成氧化错增韧氧化铝陶瓷（zirconiatoughenedalumina,ZTA）,通过相变增韧提高氧化铝陶瓷的强度和断裂韧性，改善其在实际应用中的可靠性。这种材料由于具有很高的强度、韧性和热稳定性，可以适应临床应用多方面的需要，在矫形外科应用方面比单独的氧化铝或氧化错陶瓷具有更高的可靠性和耐磨性。氧化铝陶瓷生物学性能的改善氧化铝陶瓷是一种生物惰性材料，与人体组织之间不产生化学键合。

7、为了改善氧化铝植入体与组织之间的界面结合，人们对氧化铝陶瓷引入生物活性进行了各种尝试,当前主要通过表面改性的方法赋予氧化铝陶瓷生物活性。FicherH等⑹用氢氧化钠溶液在10CTC下处理氧化铝陶瓷24h，然后清洗、干燥。红外光谱分析表明，经过处理后样品表面形成轻基。细胞生物学分析表明，经过氢氧化钠溶液处理的样品在细胞黏附和增殖以及骨钙素分泌方面要优于未经处理的氧化铝陶瓷，改善了氧化铝陶瓷的生物活性。UchidaM等［7］将ZrO2/AI2O3纳米复合材料分别用磷酸、硫酸、盐酸和氢氧化钠溶液中处理，使其表面形成大量的Zr-OH基团，从而提高了Z

8、rO2/AI2O3纳米复合材料表面形成磷灰石的能力。PierriJ等［8］通过将氧化错增韧氧化铝陶瓷先浸泡在硅酸钠溶液中生成晶核剂，再浸泡到模拟体液中矿化生成碳酸轻