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生物陶瓷:科技引领医疗新纪元

生物陶瓷:科技引领医疗新纪元 CERADIR先进陶瓷在线
2025-09-18
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#生物陶瓷#


随着社会的进步,陶瓷因其独特的特性,已经从简单的容器向结构材料、功能材料的方向发展;从人们的生活,到社会的各个方面,甚至是前沿的技术。尤其是在人造牙齿,人造骨,人造关节等方面有着广阔的应用前景。这种主要应用在人类体内的陶瓷被称作"生物陶瓷",它是一项在全球范围内都能产生很大的社会效益和经济效益的课题。

01

出现

生物陶瓷作为一种新型材料,其在生产生活中的地位日益提高,其应用也日益广泛。

18世纪,生物陶瓷被首次应用于临床,1808年首次制备出用于牙齿镶嵌的陶齿,1871年,羟基磷灰石被人工合成,1971年羟基磷灰石被成功研制并作为陶瓷骨替代材料推广至临床。目前,生物陶瓷的发展还在持续进行中。

作为牙齿镶嵌材料的陶齿是国际上首次将生物陶瓷用于临床,它的诞生标志着生物陶瓷的诞生,并伴随着科学技术的进步,从最初的用于替代破损的牙齿,到现在的与生物化学有关的生物陶瓷,已经成为一种有别于传统陶瓷的新材料。

02

材料性质

生物陶瓷是一种新的和生物化学有关的新型陶瓷材料。包括精细陶瓷,多孔陶瓷,一些玻璃,以及单晶。生物陶瓷按用途可划分为生物植入陶瓷和生物工艺学陶瓷。前者是一种植入生物体内用于修复、提高机体功能的生物陶瓷,是一种与机体直接接触的生物陶瓷。后者它是一种不与生物体直接接触的生物陶瓷,可用于酶的固定、细菌、病毒的分离和生化反应的催化。

性能

目前,大多数生物陶瓷材料都是用来替代受损的组织,对于替代人类组织的生物陶瓷,必须具备良好的生物相容性、机械相容性、物理和化学稳定性、与生物组织的亲和力、抗血栓、杀菌等性能。

亲和长效

对生物体的亲和性好,就是所植陶瓷材料的腐蚀分解产物无毒,不会引起生物细胞的突变和坏死,不会导致炎症,不会生长肉芽等。具有长效作用,具有较高的体内稳定性。也就是说,在10-20年的长寿命内,其强度不会下降,表面不会变质,也不会对生物产生致癌效应。成型速度快,加工速度快。

灭菌耐热

更易杀菌,与金属相比,陶瓷材料具有较强的共价键性质,在复杂的生物环境中仍能保持较好的化学稳定性、较低的排异速率和较高的长期使用性能。与有机高分子材料相比,生物陶瓷具有更好的耐热性能,便于高压杀菌。

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发展历程 

01

发展

在生物陶瓷领域,已经有很长一段时间的探索和研究了。早在十八世纪以前,人类已开始使用像柳条,木头,麻和象牙这样的自然物质来修补骨骼;19世纪前,随着冶金和陶瓷制造技术的发展,人们开始使用纯金、纯银、铂等贵重金属来进行牙齿和骨缺损的修复;在二十世纪中期之前,随着冶炼工艺的发展,钴铬铝合金、纯钛、钛合金等开始在人造骨上使用,有机玻璃等高分子材料也已进入临床;20世纪60年代初期,随着新科技革命的到来,材料科学得到了迅猛的发展,新材料的发现与合成得到了广泛的关注,而生物陶瓷和高分子材料的研究更是成为了一个热点。

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历程

生物陶瓷从诞生到现在,只有60多年的历史,从最开始的单晶氧化铝陶瓷,到后来的多晶氧化铝,再到表面呈珊瑚状的氧化铝等。随后的研究重点又放在了生物活性陶瓷材料上,包括生物玻璃,羟基磷灰石和玻璃陶瓷类,生物玻璃具有优良的生物相容性,可与骨结合,但强度不高,经过多年来的不断研究与完善,如今的生物玻璃陶瓷,它在保持良好的生物学性能的前提下,提高了机械强度和化学稳定性,成为新一代颇有前途的生物材料。

03

前景

目前,全球生物材料行业的年交易额约120亿美元,而对硬组织进行修复与替代的费用就高达23亿美元,目前全世界已经有超过50万例的全髓置换,而且每年以近10万例的数目还在不断增加。尽管生物陶瓷已经在人体硬组织中得到了很好的应用,但是仍然面临着诸多问题,因此人们对其进行的研究还在日益加强。


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材料种类

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氧化锆陶瓷

氧化锆陶瓷具有良好的生物相容性、耐磨性和耐腐蚀性,广泛应用于口腔修复、骨修复等领域,随着纳米技术的不断发展,纳米氧化锆陶瓷在生物陶瓷材料中的应用前景广阔,其优异的性能有望在更多领域得到应用。

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磷酸钙陶瓷

磷酸钙陶瓷具有良好的生物降解性和生物相容性,是骨修复材料中的重要组成部分。目前,磷酸钙陶瓷的研究主要集中在提高其生物降解速度和力学性能,以满足临床需求。

03

硅酸钙陶瓷

硅酸钙陶瓷具有良好的生物相容性和生物降解性,在组织工程和骨修复领域具有广泛的应用前景。近年来,硅酸钙陶瓷的研究重点是如何提高其力学性能和生物活性◇以满足临床应用需求。

04

碳酸钙陶瓷

碳酸钙陶瓷具有良好的生物相容性和生物降解性,在骨修复和组织工程领域具有潜在的应用价值。目前,碳酸钙陶瓷的研究主要集中在提高其力学性能和生物活性,以适应临床需求。

05

生物玻璃陶瓷

生物玻璃陶瓷是一种新型生物陶瓷材料,具有良好的生物相容性、生物降解性和力学性能,在临床应用中,生物玻璃陶瓷主要用于骨修复和组织工程,具有良好的发展前景。

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复合生物陶瓷 

复合生物陶瓷材料是将两种或两种以上的生物陶瓷材料进行复合,以提高材料的综合性能。目前,复合生物陶瓷材料的研究主要集中在寻找合适的复合材料和优化复合工艺,以满足临床需求。随着材料科学和生物医学的不断发展,复合生物陶瓷材料有望在更多领域得到应用。


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我国生物陶瓷发展

中国是一个陶瓷大国,早在七十年代就已经开展了生物陶瓷的研究,并将其应用于临床。1974年,开始研制人造关节用的微晶玻璃,1977年,氧化铝陶瓷被投入临床,1979年,高纯度氧化铝单晶被投入临床,随后,一批新的生物陶瓷材料相继问世,并投入临床。中国上海硅酸盐研究所,华南理工大学,北京市口腔医学研究所等单位均已开展了大量的研究工作。

图片

早在2017年,我国自主研发的等离子喷涂生物陶瓷人造骨及关节技术已经成熟。植入假体的临床应用使用寿命已经超过了25年。在临床医学、生物工程、机械制造等"三位一体"协作模式下,我们已完成了生物陶瓷人工骨与人工骨的动物实验与力学性能测试,并获得成功。


本文来源于公众号“科邦新材
版权归原作者所有

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