生物陶瓷与仿生技术.doc

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1、生物陶瓷与仿生技术Ap0708301蔡文来摘要：21世纪的今天，生物材料科学已经成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘科学。生物材料是用以和生物系统相结合，以诊断、治疗或机体中的组织、器官或其功能的材料。生物陶瓷材料作为无机非金属生物医学材料，没有毒副作用，与生物组织有生好的食物相容性、耐腐蚀性等优点，越来越受到人们的重视。本文综述了生物陶瓷的发展过程、分类,并对其仿生的性能在一些方面的应用前景进行了展望。关键词：生物陶瓷仿生技术医疗技术%1.生物陶瓷的发展历程传统的陶瓷很容易破碎，限制了可塑性

2、很强的金属和高分子材料的竞争，但是人类的骨骼中占质量的43%的物质就是陶瓷无机物羟基磷灰石。因此，利用陶瓷修复人骨损伤甚至代替人骨植入人体，具有更好的融合性。随着陶瓷加工技术的发展，已经能够生产出韧性很好的陶瓷产品，因此大大的增强了陶瓷材料在生物医学上的应用⑴。第一个得到广泛应用的生物陶瓷是普通的熟石膏(2CaS04・H20)。19世纪末就有人用它来修复骨头的损伤，一直延伸到2。世纪5。年代。书和四个的优点在于只有很小甚至没有不利的组织反应，同时，它在人体中被新的机体组织置换的速度和人体生理系统吸收的

3、速度惊人的相似。而它的缺点是在被吸收的过程中强度衰减较快。生物陶瓷的新时代是以smith1963年成功研制：“Cerosium”开始的，它是一种人骨的陶瓷代用品，由多孔铝酸盐陶瓷灌注环氧树脂而制成。陶瓷的孔控制在40%左右，与天然人骨的数值相当，它的物理性质与人骨的非常接近，在20世纪六七十年代临床使用，取得了很大的成功。在此期I'ii]Huibert等令人信服地证明了氧化物陶瓷的生物兼容性，对生物陶瓷的发展起了很大的作用，在这同时,Bench等还开创了用表面活性材料象玻璃陶瓷的研究工作⑵。20世纪7

4、0年代末以后，生物陶瓷的研制工作有些停滞，最近几年又有新的进展，其标志是券基磷灰石陶瓷的成功应用，例如，利用镀膜技术在移植件表面镀一层HA材料膜，使整个股股移植修复手术更加完善，有利于股骨的固定，也可以利用HA做基质的制备复合材料，修复更大的股损伤。%1.生物陶瓷的分类按照其生物性能来分，生物陶瓷可以分为3类叫(1)近于生物惰性陶瓷，如氧化铝、氧化错以及医用碳素材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键合力较强，而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。(2)生物活性陶瓷，如羟基磷灰石、生物活性

5、玻璃等等。在生理环境中可以通过其表面发生地生物化学反应与生物体组织形成化学键结合，可降解吸收陶瓷,如石膏、磷峻三钙陶瓷，可以被逐步降解和吸收，并随之为新的组织所代替，从而达到修复或替代组织的目的。（3）生物吸收性陶瓷，如磷酸三钙、可溶性钙铝系、低结晶度羟基磷灰石等等。%1.几种常见的生物陶瓷材料的应用1.带有治疗功能的生物陶瓷复合材料该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点，使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合，在进行骨置换的同时，利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长

6、。具体来说，由于肿瘤中血管供氧不足，当局部被加热到43-45°C时，癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将顺磁性或超顺磁性的纳米铁氧体纳米颗粒与生物活性陶瓷复合，填充在因肿瘤而产生的股损伤部位，利用外加交变磁场，充填因磁滞损耗而产生局部发热，杀死癌细胞，又不影响周围的正常组织⑶。2.具有力学性能促进组织生长的功能陶瓷。[Cam（PO4）6（OH）2]（简称HA）生物活性人工骨是一种新型骨和牙齿的修复和替代材料，属高技术陶瓷材料领域〔句。20世纪70年代初在国际上开始得到重视，20世纪80年代中后期研究工

7、作进入高潮，一些制品正式投入临床使用。这类材料无毒，无刺激，不致畸，不致癌，而且植入人体后可以与原来的骨头结合成一体，形成牢固的骨性结合，在强力的作用下，不在“界面”上与骨分离，即使偶然破裂，也能在体内自行愈合。因此，被称为生物活性材料。3.具有生物体组织结构的复合材料。由于传统的人工器官（如人工肾，肝等）不具备生物功能（如代谢，合成等），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的人工器官组织工程已经在全世界引起了广泛的重视。构建组织工程人工器官需要三个要素：种子细胞，支架材料，细胞生长因子。最近，

8、由干细胞具有分化能力强的特点，讲作为种子细胞进行构建人工器官成为热点。已经在人工皮肤，人工软骨，人工神经，人工肝等方面取得了一些突破性的成果。其主要任务是实现受损组织或器官的修复与再建，延长寿命和提高健康水平。四：生物陶瓷的应用前景展望在医用方面。生物陶瓷已经成为生物材料的一个重要领域，生物陶瓷有着不可估量的医用前景【5-6]1.人工陶瓷关节人们正在研制开发机械强度高，韧性好，硬度及化学稳定性优良，臼盖和骨头的吻合性能更好，而且容易制作的陶瓷材料，更理想