生物活性陶瓷材料.pdfVIP

生物活性陶瓷材料--第1页

生物活性陶瓷材料

生物活性陶瓷包括表面活性玻璃、表面活性玻璃陶瓷和羟基磷灰石3种类

型。它们的共同特点是：它们与原骨相结合时，在界面处无纤维状的组织，它们的

表面可与生理换进发生选择性的化学反应，所形成的界面能保护移植物而防止降

解。特别要指出的是它们的化学成分与动物的骨头和牙齿等硬组织相似，这类材料

的组成中含有能够通过人体正常的新陈代谢途径进行置换的钙、磷等元素，或含有

能与人体组织发生键合的羟基等基团。它们的表面同人体组织可通过键的结合达到

完全的亲和；它们之间具有良好的化学亲和性。这类材料对动物体无毒、无害、无

作用，生物相容性极佳。

1生物活性玻璃

玻璃是熔融、冷却、固化的非晶态无机物，具有良好的耐腐蚀、耐热和电

学、光学性质，能够用多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品，亦可调整

化学组成改变其性能，以适应不同的使用要求。作为生物活性玻璃，主要是指含有

氧化钙和五氧化二磷的磷酸盐玻璃。

Hench研制的Na2O-CaO-SiO2-P2O5系生物玻璃组成及其与骨结合过程。

CaO-SiO2-P2O5系玻璃水泥硬化及羟基磷灰石的形成机理。

生物玻璃的活性控制

Kokubo研制的A-W生物活性玻璃陶瓷具有较高的力学强度，其与骨键合的界

面结合强度均高于材料本身或者骨组织的强度。

表1生物活性玻璃陶瓷的应用

生物活性陶瓷材料--第1页

生物活性陶瓷材料--第2页

材料应用

Bioglass人工耳小骨，颚骨填充材料

Ceravital人工耳小骨

人工椎体，人工椎间板，人工肋骨，骨填充材料，人

A-W微晶玻璃

工牙根

Ilmaplant颚骨，头盖骨修复材料

Bioglass涂覆Fe-Co-Cr-Ni

人工牙根

合金

TiO2增强微晶玻璃人工牙根

SiC晶须微晶玻璃人工牙根

ZrO2离子增强微晶玻璃人工牙根

2磷灰石

磷灰石是骨骼、牙本质和牙釉质等硬组织的主要成分。骨的成分中约65%是

羟基磷灰石，其余成分为纤维蛋白胶原。研究表明，骨的纳米结构的主要基本单元

是针状和柱状的磷灰石晶体，它们或定向和卷曲排列，或相互缠结，构成多种织

构，不同的织构形成了骨在纳米尺寸上的功能单元，如束状结构和团聚结构适合于

承受高强度，而卷曲和疏状交织结构具有很好的韧性，并有利于营养物的传递。

磷灰石的结构

可将磷灰石归为一大类，磷灰石所代表的物质具有广泛的化学组成，用化学

分子式可以表示为：A10(MO4)6X2，A是1价、2价、3价的阳离子，如Ca、Ba、

Mg、Sr、Pb、Cd、Zn、Ni、Fe、Al、La等M是P、As、V、S、Si等；X是F、OH、

Cl、O、CO3等。

生物活性陶瓷材料--第2页

生物活性陶瓷材料--第3页

羟基磷灰石HA是磷灰石的一种，其分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，

Ca/P=1.67。HA晶体为六方晶系，属L6PC对称型和P63空间群，其结构为六角柱

体，与c轴垂直的面是一个六边形，a、b轴夹角120°。

以莫氏硬度计测得羟基磷灰石硬度为5，介于最硬的金刚石硬度10与最软的