生物陶瓷的簡概生物硬組織代用材料有體骨、動物骨，后來發(fā)展到采用不銹鋼和塑料，由于這些生物材料在生物體中使用，不銹鋼存在溶析、腐蝕和疲勞問題，塑料存在穩(wěn)定性差和強(qiáng)度低的問題。目前世界各國相繼發(fā)展了生物陶瓷材料，它不僅具有不銹鋼塑料所具有的特性，而且具有親水性、能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性。因此生物陶瓷具有廣闊的發(fā)展前景。
生物陶瓷除用于測量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料�？捎糜诠强啤⒄瓮饪�、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。生物陶瓷作為硬組織的代用材料來說，主要分為生物惰性和生物活性兩大類。
一、生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相溶性好的陶瓷材料。這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力較強(qiáng)，而且都具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性，它主要有氧化鋁陶瓷、單晶陶瓷、氧化鋯陶瓷、玻璃陶瓷等。
二、生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點(diǎn)是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。
1、 玻璃生物陶瓷 玻璃陶瓷也稱微晶玻璃或微晶陶瓷。
（1）玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝過程為： 配料制備→配料熔融→成型→加工→晶化熱處理→再加工 玻璃陶瓷生產(chǎn)過程的關(guān)鍵在晶化熱處理階段：第一階段為成核階段，第二階段為晶核生長階段，這兩個階段有密切的聯(lián)系，在A階段必須充分成核，在B階段控制晶核的成長。玻璃陶瓷的析晶過程由三個因素決定。第一個因素為晶核形成速度；第二個因素為晶體生長速度；第三個因素為玻璃的粘度。這三個因素都與溫度有關(guān)。玻璃陶瓷的結(jié)晶速度不宜過小，也不宜過大，有利于對析晶過程進(jìn)行控制。為了促進(jìn)成核，一般要加入成核劑。一種成核劑為貴金屬如金、銀、鉑等離子，但價格較貴，另一種是普通的成核劑，有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。
（2）玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能及臨床應(yīng)用
玻璃陶瓷是由結(jié)晶相和玻璃相組成的，無氣孔，不同于玻璃，也不同于陶瓷。其結(jié)晶相含量一般為50%-90%，玻璃相含量一般為5%-50%，結(jié)晶相細(xì)小，一般小于1-2/μm，且分布均勻。因此，玻璃陶瓷一般具有機(jī)械強(qiáng)度高，熱性能好，耐酸、堿性強(qiáng)等特點(diǎn)。國內(nèi)外就SiO2-Na2O-CaO-P2O5系統(tǒng)玻璃陶瓷，Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃陶瓷，SiO2-Al2O3-MgO-TiO2-CaF系統(tǒng)玻璃陶瓷等進(jìn)行了生物臨床應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)它們具有良好的生物相溶性，沒有異物反應(yīng)。此外生物硬組織代用材料還有碳質(zhì)材料，二氧化鈦陶瓷，二氧化鋯陶瓷材料等多種。
2、 單晶生物陶瓷 單晶生物陶瓷是一種新型的生物陶瓷材料，屬氧化鋁單晶。氧化鋁單晶也稱寶石，添加劑不同，制得單晶材料顏色不同，如紅寶石、藍(lán)寶石等。氧化鋁單晶有許多特性，如機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性都優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷，其生物相溶性、安定性、耐磨性也優(yōu)于多晶氧化鋁陶瓷。
（1）氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝
氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝有提拉法、導(dǎo)模法、氣相化學(xué)沉積生長法、焰熔法等。
a. 提拉法 即是把原料裝入坩堝內(nèi)，將坩堝置于單晶爐內(nèi)，加熱使原料完全熔化，把裝在籽晶桿上的籽晶浸漬到熔體中與液面接觸，精密地控制和調(diào)整溫度，緩緩地向上提拉籽晶桿，并以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使結(jié)晶過程在固液界面上連續(xù)地進(jìn)行，直到晶體生長達(dá)到預(yù)定長度為止。提拉籽晶桿的速度1.0-4mm/min 坩堝的轉(zhuǎn)速為10r/min，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為25r/min
b. 導(dǎo)模法 簡稱EFG法。在擬定生長的單晶物質(zhì)熔體中，放頂面下所擬生長的晶體截面形狀相同的空心模子即導(dǎo)模，模子用材料應(yīng)能使熔體充分潤濕，而又不發(fā)生反應(yīng)。由于毛細(xì)管的現(xiàn)象，熔體上升，到模子的頂端面形成一層薄的熔體面。將晶種浸漬到基中，便可提拉出截面與模子頂端截面形狀相同的晶體。
c. 氣相化學(xué)沉積生長法 將金屬的氫氧化物、鹵化物或金屬有機(jī)物蒸發(fā)成氣相，或用適當(dāng)?shù)臍怏w做載體，輸送到使其凝聚的較低溫度帶內(nèi)，通過化學(xué)反應(yīng)，在一定的襯底上沉積形成薄膜晶體。
d. 焰熔法 將原料裝在料斗內(nèi)，下降通過倒裝的氫氧焰噴嘴，將其熔化后沉積在保溫爐內(nèi)的耐火材料托柱上，形成一層熔化層，邊下降托柱邊進(jìn)行結(jié)晶。用這種方法晶體生長速度快、工藝較簡單，不需要昂貴的銥金坩堝和容器，因此較經(jīng)濟(jì)。
e. 單晶氧化鋁臨床應(yīng)用。 它用作人工關(guān)節(jié)柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺釘，比用金屬材料制成的人工骨螺釘強(qiáng)度高。可以加工成各種齒用的尺寸小、強(qiáng)度大的牙根，由于氧化鋁單晶與人體蛋白質(zhì)有良好的親合性能，結(jié)合力強(qiáng)，因此有利于牙齦粘膜與異齒材料的附著。
3、 羥基磷灰石生物陶瓷
（1）羥基磷灰石陶瓷的制造工藝 a. 固相反應(yīng)法 這種方法與普通陶瓷的制造方法基本相同，根據(jù)配方將原料磨細(xì)混合，在高溫下進(jìn)行合成：
1000-1300℃ 6CaHPO4·2H2O+4CaCO3 Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2O b.水熱反應(yīng)法 將CaHPO4與CaCO3按6：4摩爾比進(jìn)行配料，然后進(jìn)行24h濕法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在80-100℃恒溫情況下進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完畢后，放置沉淀得到白色的羥基磷灰石沉淀物，其反應(yīng)式如下： 6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2O c. 沉淀反應(yīng)法 此法用Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進(jìn)行反應(yīng)，得到白色的羥基磷灰石沉淀。其反應(yīng)如下： 10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3·H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O 此外，還有其它方法可制成羥基磷灰石。
（2）羥基磷灰石陶瓷的性能應(yīng)用 合成的羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)與生物骨組織相似，因此合成羥基磷灰石具有與生物體硬組織相同的性能。如Ca：P≈1.67，密度≈3.14，機(jī)械強(qiáng)度大于10MPa，對生物無毒，無刺激，生物相溶性好，不被吸收，能誘發(fā)新有的生長。 目前國內(nèi)外已將羥基磷灰石用牙槽、骨缺損、腦外科手術(shù)的修補(bǔ)、填充等，用于制造耳聽骨鏈和整形整容的材料。此外，它還可以制成人工骨核治療骨結(jié)核。
