生物陶瓷_可编辑.pptVIP

第二节生物陶瓷一生物陶瓷的发展概况及结构特点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：①在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性；②材料的性能可通过成分设计进行控制；③容易成形，可按需要制成各种形状和尺寸；④容易着色，是较理想的口腔材料。经过近20年的研究和发展，医用生物陶瓷材料经历了三个发展阶段：生物隋性材料、生物活性及可吸收材料可再生组织的生物活性材料。结构鸡蛋壳就是活的生物陶瓷。蛋壳是由活细胞所构成，其中就有类似陶瓷的晶粒及晶界结构黑色或灰色为无机晶粒(长约1.0μm，宽0.3μm)，属方解石晶体(CaCO3)，有时为磷酸钙，它们构成骨架，在晶粒之间为晶界，是有机生命物质。二生物陶瓷材料的分类按其生物性能,生物陶瓷可分为3类如表1所示：三典型的生物陶瓷材料1.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（α-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堆积，六个氧离子（离子半径为0.132nm）围成一个八面体，半径较小的铝离子（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1.2.氧化铝陶瓷的性能A化学组成和物理性能B医用氧化铝陶瓷的几个重要性能及要求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的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。措施：采用多孔氧化铝把氧化铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物与骨头的良好结合。2医用碳材料优点：质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性；弹性模量和致密度与人骨大致相同；生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋白质和酶的活性。在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好，耐蚀，对人体组织的力学刺激小。2.1热解碳热解碳优良的力学特性和生物相容性是由于其有独特的结构,而含一定量硅的各向同性热解碳被证明耐久性更好,生物稳定性更好。制备：将甲烷、丙烷等碳氢化合物通入硫化床中，以惰性气体为载气（N2）在1000-2400℃热解、沉积而得。沉积层的厚度一般为1mm。2.2低温气相沉积碳(ULTI碳)：2.3碳纤维GB8718-88对碳纤维的定义：含碳量不低于93%的纤维状材料。属于有机物转化而成的过渡态碳的一种结构：以乱层石墨结构形式存在具有碳素材料的特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀性（二）生物活性陶瓷—HAP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。HAP是人体内骨和齿的重要组成部分,如人骨成分中HA的质量分数约65%,人的牙齿釉质中HA的质量分数则在95%以上,具有优秀的生物相容性。HAP生物陶瓷脆性大，在生理环境中抗疲劳性能差，不用于人体承力部位的修复。多孔HAP陶瓷人体的骨组织就是一种多孔的组织，以适应一定范围内应力的变化，多孔羟基磷灰石的设计就是出于模拟人体骨组织结构的想法。多孔生物陶瓷种植体而言,决定骨长入方式和数量的因素有：孔径、孔率及孔的内部连通性孔隙的大小应当满足骨单位和骨细胞生长所需的空间,孔尺寸大于200μm,是骨传导的基本要求;200～400μm最有利于新骨生长。当孔隙率超过30%后,孔隙可以相互连通,新骨组织可以从人工骨表面长入内部贯通性孔隙，孔隙率越高，越有利于新骨的长入，为满足临床应用对力学性能的要求,一般种植体孔隙率在45%～55%之间HAP陶瓷与骨键合的机制：HAP陶瓷植入骨内后由成骨细胞在其表面直接分化形成骨基质，产生一个宽为3～5μm的无定形电子密度带，胶原纤维束长入此区域和细胞之间，骨盐结晶在这个无定形带中发生。随着矿化的进行，无定形带缩小至0.05～0.2μm，HAP植入体和骨的键合就是通过这个很窄的键合带实现的。HAP与骨形成键合的表现为：在光学显微镜下，新骨和HAP植入体在界面上直接接触，其间无纤维组织存在；HAP植入体-骨界面的结合强度等于甚至超过植入体或骨自身的结合强度（三）可吸收生物陶瓷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