正文 1.2生物陶瓷材料(1 / 2)

一、生物陶瓷材料的分類

隨著人們對生物材料研究的深入,植入到人體內的材料與生物體間複雜的相互作用成為生物材料植入是否成功的關鍵因素。所以研究者以材料的生物學性能為分類標準,按照植入材料與宿主(hosttissue)之間的相互作用關係將生物陶瓷劃分為生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解陶瓷和生物複合材料。

1、生物惰性陶瓷(NearlyInertBioceramics)

生物惰性陶瓷是指植入的陶瓷材料在生理環境中能保持穩定的結構;在宿主體內能維持其物理、化學和力學性能,並長期維持其生物功能;與宿主不發生或僅發生微弱化學反應;生物相容性良好的陶瓷材料。

由於實際上不存在完全惰性的材料,因此生物惰性陶瓷在機體內也隻是基本上不發生化學反應。主要用作結構—支撐植入體,如:骨板、骨螺釘、股骨頭、髖關節或其部件,也廣泛用於牙科修複材料。生物惰性陶瓷主要包括氧化鋁、氧化鋯及玻璃陶瓷。氧化鋁陶瓷表麵具有親水性,且具有極低的表麵粗糙度和極高的表麵能,導致材料表麵快速、強烈吸附水分子,形成一層類液態吸附層,阻止材料與接觸麵的直接接觸。因而氧化鋁陶瓷具有較低的摩擦係數,主要應用於人工關節。每年至少有10萬人用氧化鋁球形件置換壞死的股骨;加上髖關節置換(始於1971年)、膝關節置換(1982年)、牙科種植(1975年)及其他應用,每年使用氧化鋁修複人體器官或組織的人達數百萬。氧化鋯主要用於人工髖關節;近幾年,掀起了研究氧化鋯生物陶瓷的熱潮,人們開始研究探討氧化鋯作為齒科修複材料的可能性。

2、生物活性陶瓷(BioactiveCeramics)

生物活性材料是一類能在材料與組織界麵上誘發出特殊生物反應的材料,這種反應導致組織與材料之間形成鍵合;能誘出或調節組織的生物活性的生物醫學材料。生物活性是指能增進生物細胞活性或促進生物組織再生的性質。生物活性陶瓷的組成中含有能夠通過人體正常新陳代謝途徑進行置換的鈣、磷等元素;或含有能與人體組織發生鍵合的羥基等基團,它們的表麵同人體組織間可通過形成強的化學鍵(chemicalbonding)達到完全親和。這種鍵合主要由羥基磷灰石在界麵處的沉積實現,界麵結合強度隨著時間的增長而增強。生物活性陶瓷也可製備成多孔陶瓷作為組織滲入或取代的支架和空位填補體,還可作為金屬修複體的塗層增強與生物組織的結合。

其中45S5Bioglass生物活性玻璃主晶相為玻璃相,應用於中耳小骨置換、頜骨缺損修複、牙周缺損修複、骨脊維護植入體。Ceravital生物活性玻璃陶瓷,含有的晶化相為磷灰石,可作為中耳外科手術置換件。A-WCerabone磷灰石-矽鈣石活性玻璃陶瓷已成功應用於數萬名患者脊椎假體、胸、額骨修複、骨缺損修複。Bioverit可切削生物活性玻璃陶瓷含有磷灰石相、層狀結構的金雲母相及玻璃相,因此具有優良的可加工性及骨結合性,用於頜麵、脊椎、牙槽硬組織修複、口腔修複。

生物活性玻璃植入生物體後,Na+首先溶出,在植入體表麵產生無定形SiO2表麵凝膠層,厚度約80-100nm,與成熟骨中構成水泥線(cementline)結構類似。成骨細胞通過膠原纖維鋪置到這層無定形表麵凝膠層上;隨後Ca2+及P5+從玻璃中溶出,在膠原網絡中發生礦化,形成羥基磷灰石晶體;生長的羥基磷灰石晶體橋聯入植入體和成熟骨間的界麵空間,使兩者之間產生結合。動物試驗表明生物活性玻璃與骨的鍵合機製為界麵處以膠原和羥基磷灰石的混合型鍵合結合和羥基磷灰石外延生長鍵合兩種方式。