生物陶瓷材料(精选)
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生物陶瓷材料摘要:本文论述了生物学性能评价的发展和它在生物医学材料研究开发中的应用,以及生物陶瓷的研究、发展和应用,以及其制品的研究现状和发展前景。
关键词:生物陶瓷材料复合生物陶瓷研究现状发展前言:生物陶瓷从广义上讲包括主要构成成分为无机非金属物质的材料及其制品。
与金属和高分子材料相比, 生物陶瓷在人体内极其稳定, 压缩强度高, 和人体组织的亲和性良好, 几乎看不到腐蚀和与人体组织的排斥反应,由于生物陶瓷的这些优点, 近年来国内外对生物陶瓷的研究取得了很大的进展, 并有部分产品广泛应用于临床,作为一种新型功能材料, 直接应用于人体, 取代或是修复人体某些损伤的器官和组织, 因此,我们必须增加对这种材料的认识, 以避免因认识不足而造成临床上出现的一些由材料毒付作用引起的医疗事故。
正文:1、生物学性能评价的发展和意义由于生物医用材料的种类和使用部位不同, 对其评价也应不同, 而且人体极其复杂, 有些反应在短期内无法观察, 因此这种生物学性能的评价标准也在不断地进行修改和完善。
我国在七十年代后期开始研究生物材料和人工器官的生物学评价。
中国药品生物制品检定所奚廷斐等人在这方面做了大量工作[1-2]。
四川生物医学材料监测中心提出经基磷灰石生物学性能评价的一套程序和方法[3], 在我国, 这都是对生物陶瓷材料进行生物学性能评价的第一次尝试。
武汉工业大学生物中心最近备案的有关生物陶瓷系列制品的标准里也提出了一整套生物学性能评价的程序和方法。
随着生物医用材料的发展和广泛应用, 相应地其生物学评价也会逐步完善。
2、生物陶瓷发展热点(1)、复合材料:为提高生物陶瓷材料的力学性能、稳定性和生物相容性,许多材料工作者在复合生物陶瓷材料方面做了大量的研究,并取得了较大进步。
目前,常用的基体材料有生物高分子材料、碳素材料、生物玻璃、磷酸钙基生物陶瓷等材料,增强材料有碳纤维、不锈钢或钴基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体,另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
生物陶瓷材料的研究Study on Bio-ceramic Materials学院名称:专业班级:姓名、学号:指导教师:二O一二年一月目录摘要 (4)1. 生物陶瓷材料的特性及介绍 (4)1.1 生物陶瓷材料的概念 (4)1.1.1 生物材料 (4)1.1.2 生物陶瓷 (4)1.2 生物陶瓷的发展历程 (5)1.3 生物陶瓷的分类 (6)1.3.1 生物陶瓷根据其用途分类 (6)1.3.2 生物陶瓷根据其与生物组织的作用机理分类 (7)1.4 生物陶瓷具备的性能 (8)1.4.1与生物组织有良好的相容性 (9)1.4.2有适当的生物力学和生物学性能 (9)1.4.3具有良好的加工性和临床操作性 (9)1.4.4具有耐消毒灭菌性能 (9)1.5 生物陶瓷材料的优点 (9)2. 生物惰性陶瓷 (10)2.1单晶、多晶和多孔氧化铝 (10)2.1.1单晶、多晶和多孔氧化铝 (10)2.1.2 氧化铝单晶的生产工艺 (11)2.2氧化锆陶瓷 (11)2.3碳素类陶瓷 (12)3. 生物活性陶瓷 (12)3.1生物玻璃陶瓷 (13)3.1.1 生物玻璃陶瓷 (13)3.1.2 玻璃陶瓷的生产工艺过程 (13)3.2羟基磷灰石陶瓷 (13)3.2.1 羟基磷灰石陶瓷 (13)3.2.2 羟基磷灰石陶瓷的制造工艺 (14)3.3磷酸三钙 (14)4. 生物陶瓷材料的应用实例 (15)4.1 生物陶瓷材料在骨科中的应用研究进展 (15)4.2带有治疗功能的生物陶瓷复合材料 (16)4.3 具有力学性能促进组织生长的功能材料 (16)4.4 具有生物体组织结构的复合材料 (17)4.5 医用碳素材料 (17)4.6 陶瓷膜的生物污染控制及其抑菌改性 (17)4.7 医用复合生物陶瓷材料的研究 (18)5.生物陶瓷的发展前景及所存在的问题 (18)5.1 生物陶瓷的发展前景 (18)5.1.1 人工陶瓷关节 (18)5.1.2骨骼填充陶瓷材料 (18)5.1.3临床可以成形的人工骨 (19)5.1.4用作放射疗法治疗癌症的陶瓷 (19)5.1.5热疗治癌的陶瓷 (19)5.2 生物陶瓷材料的发展热点 (19)5.3 生物陶瓷需要解决的问题 (20)参考文献 (21)生物陶瓷材料的研究摘要:生物陶瓷是一种具有与生物体或生物化学有关的区别于传统陶瓷材料的新型材料,生物陶瓷有着传统陶瓷所不具备的特殊功能。
生物陶瓷Jame1、羟基磷灰石的发展趋势羟基磷灰石有着勿庸置疑的优点,如良好的相容性,并能与骨组织形成骨性结合等,但它的缺点也是明显的,针对此缺陷而研制的羟基磷灰石生物复合材料集中多种组分的性能优点,使材料具备综合性能优势, 在当今社会必然有着广阔的研究和应用前景。
(1)仿骨结构羟基磷灰石多相复合生物陶瓷的发展。
羟基磷灰石生物陶瓷材料虽然在加工和适应骨缺损方面存在较多问题,但是它的力学性能却优于其它的结构形式,因此更有希望适应承重及大面积的骨修复的要求。
多相协同增强陶瓷复合材料显示超出单相增强加和的效果,仿骨结构复合轻基磷灰石陶瓷在单相增强的基础上,多相复合势必将进一步提高强度、断裂韧性,力学性能显著提高。
(2)羟基磷灰石骨水泥复合生物材料的发展。
羟基磷灰石骨水泥的可塑性及自固化性方便了临床操作,但是力学性能差同样限制了它的广泛应用,发展羟基磷灰石为主体的骨水泥复合材料,并综合固相组份及调和液方面获得的增强成果,羟基磷灰石骨水泥复合生物材料有望在骨缺损修复、整形外科等多方面获得大面积的推广应用。
(3)功能羟基磷灰石复合生物材料的发展通过在羟基磷灰石中添加少量的特殊物质,得到的复合材料呈现出某种预期的功能,这为临床解决诸多的疑难病症提供了新的途径,随着新材料及材料新性能的不断研究和发现,功能羟基磷灰石复合生物材料种类与功能将会得到不断的完善和发展。
2、结语对于纳米级HA的合成,采用固相合成时,合成工艺简单,操作方便,污染少,但是该方法研磨条件苛刻,采用微波辅助是一个很好的思路,目前仅限于实验室研究,如果用于大规模工业化生产,微波固相法还需要设计特殊的微波反应容器。
相比之下,液相合成法研究比较广泛。
沉淀法工艺简单,制造成本低,但是要制备粒径均匀的粉体需要加入分散剂,并且控制沉淀速度,因其具体合成过程中的条件因素复杂,所以需要进一步研究各种影响因素的规律;水热法制备的HA结晶度好,但是设备昂贵,工艺条件非常苛刻;溶胶-凝胶法制备的HA化学均匀性好、纯度高、颗粒细,但是结晶度较差,烧结性也不好。
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、无致癌作用,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。
压电生物陶瓷
压电生物陶瓷是一种特殊类型的陶瓷材料,具有压电效应。
压电效应是指某些材料在受到力或压力作用时可以产生电荷,或者在施加电场时可以发生形变或振动。
压电生物陶瓷通常是由钛酸锆钠(PZT)等压电陶瓷材料制成。
这些陶瓷材料在生物医学领域中具有广泛的应用,例如:
1. 超声成像:压电生物陶瓷可以用作超声探头中的压电晶体,将电能转换为声能,从而产生超声波。
这些超声波可以用于医学成像,如超声心动图和超声检查。
2. 聆听设备:压电生物陶瓷也可用于人工耳蜗和听力辅助设备中。
它们可以将声音信号转换为电信号,然后传输到听神经中,使听力受损的人能够感知声音。
3. 骨科修复:压电生物陶瓷可以用于骨科修复和骨折治疗。
它们可以作为骨植入物,通过施加电场刺激骨细胞的生长和修复,促进骨骼愈合。
4. 神经刺激:压电生物陶瓷可以用于神经刺激和神经调控。
通过施加电场刺激神经组织,它们可以用于治疗神经性疾病、缓解疼痛和恢复神经功能。
压电生物陶瓷的优点包括其稳定性、可靠性和生物相容性。
它们可以根据特定应用的需求进行制备和形状设计,并且在医学和生物领域中具有广泛的应用潜力。
生物陶瓷的应用
一、简介
生物陶瓷是一种新型的结构材料,它具有重量轻、耐腐蚀、抗菌、界面活性等优点,广泛用于生物医学工程的材料。
本文将讨论生物陶瓷的应用,目的是为了更好地了解这种新型结构材料,以及它的可能应用。
二、原理
生物陶瓷是一种纳米复合材料,其结构涉及多种元素,其中包括金属、陶瓷等。
它的结构可分为两部分:一部分是金属成分,可以是钛、钴或铁等;另一部分是陶瓷成分,它可以是一种特定介质,例如氧化物、碳化物、氧化硅,也可以是一种综合材料,如氧化铝钛酸钙等。
金属成分可以提供结构的强度和密度,而陶瓷成分可以提供结构的柔韧性和耐磨性。
三、应用
生物陶瓷的应用非常广泛,主要包括:
1.生物医学工程:生物陶瓷可以用于生物医学工程,如心脏介入治疗、骨髓移植等方面。
由于其质量轻、耐腐蚀、抗菌、界面活性以及对生物体不具有毒性,所以在生物医学工程领域非常有用。
2.能源:由于生物陶瓷具有高热稳定性,可以用于制备热力学变压器。
此外,生物陶瓷还可以用于电池、太阳能电池等能源设备中。
3.环境和水:生物陶瓷具有良好的耐腐蚀性,可以用于水处理和空气净化等环境应用中,有助于消除有害的物质。
4.机械工程:生物陶瓷具有很好的抗冲击性,可以用于制造机械设备,如飞机发动机、汽车发动机以及液压制动系统等。
四、结论
生物陶瓷是一种新型纳米复合材料,它具有重量轻、耐腐蚀、抗菌和界面活性等特性,因此在生物医学工程、能源、机械工程以及环境和水处理方面都有广泛的应用。
生物材料的种类及其在医学中的应用随着计算机技术和各种新材料的发展,人类的医疗水平也在不断提升。
其中,生物材料的应用越来越广泛,其中包括人造骨骼、组织工程材料和生物医用材料等。
本文将探讨生物材料的种类及其在医学中的应用。
一、生物陶瓷材料生物陶瓷材料广泛应用于人体中,因其为人体提供了合适的表面、生物相容性和生长环境。
其适用于人造骨骼、牙科修复和人工关节。
生物陶瓷的种类包括氧化铝、钛酸锆、磷酸钙和羟基磷灰石等。
生物陶瓷具有良好的生物活性,可促进新骨组织生长。
此外,它们的耐磨性和化学稳定性也很高,使得它们能够承受复杂的力学负荷和各种环境的化学反应。
举例来说,氧化铝作为生物陶瓷,可用于人造髋关节和牙科修复。
由于其硬度高,可以承受较大的负荷。
与此同时,其表面组织活性可促进新骨的生长,从而使得新骨组织和陶瓷之间形成良好的结合。
二、生物高分子材料生物高分子材料常用于组织工程、药物传递和医疗用途。
主要组成成分是蛋白质、多糖和脂质。
此外,还包括纤维蛋白、胶原蛋白和明胶等材料。
生物高分子材料的应用范围广泛,涉及心血管、神经、肌肉和皮肤等多个方面。
生物高分子材料具有天然和人工两种来源。
例如,明胶材料通常从动物骨骼、鱼类皮肤、海绵和软体动物中提取。
组织工程领域是生物高分子材料最广泛应用领域之一。
药物传递方面,生物高分子材料广泛用于缓解药物释放,并提高其生物利用度。
在生产过程中,还可通过改变材料的物化属性,调控药物生物可用性。
三、金属和合金生物医用金属材料主要是钛和其合金,应用于人造关节、体内矫形器和牙科修复。
冷轧钛和其合金、不锈钢和镍钛合金是常用的金属材料。
钛和其合金具有优异的抗腐蚀性、生物相容性和生物与力学稳定性。
与其他金属材料相比,其比重更轻、更容易成形和可加工性强,能够回收再利用。
钛及其合金在人造关节中广泛应用,广泛为医生、患者和康复人员所接受。
例如,人工切膝关节及人造髋关节等医疗设备,均采用钛及其合金材料。
四、生物降解材料生物降解材料可被人体代谢掉,因此具有甚至是最安全的医疗设备。
生物陶瓷材料的制备和应用生物陶瓷材料是一种用于医疗领域的材料,它具有良好的生物相容性、耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性等特点。
在医疗技术领域,生物陶瓷材料被广泛应用于骨科、牙科、耳鼻喉科等各个领域。
生物陶瓷材料的制备主要分为两种方式:物理的制备方式和化学的制备方式。
一、物理的制备方式物理的制备方式是通过加工原材料来制备生物陶瓷材料。
生物陶瓷材料的原材料通常由氧化铝、二氧化硅、氧化锆等无机化合物构成。
制备方式一般为气相沉积法和溶胶-凝胶法。
气相沉积法是利用热化学反应使原材料变成气态,然后在高温高压的环境下在基材上沉积,最后形成陶瓷层。
溶胶-凝胶法是将无机化合物溶解在水中,然后加入有机物制成凝胶,并在高温环境下进行烧结,最后形成陶瓷材料。
二、化学的制备方式化学的制备方式是在化学反应中得到生物陶瓷材料。
其中包括有溶胶-凝胶法、杯花状沉淀法、高温反应法和水热法等方法。
其中溶胶-凝胶法是最常用的方法。
它在溶胶中加入蓝宝石、氧化锆等原料,然后经过凝胶制备完成,再经过煅烧处理得到生物锆瓷材料。
高温反应法是将锆粉加入到金属粉和有机溶剂中,然后在高温环境下反应生成锆金属。
溶液沉积法则是利用化学反应使一溶液沉积成涂层或材料,并形成高附着力的涂层与基材相结合。
三、生物陶瓷材料的应用生物陶瓷材料的应用领域非常广泛。
它主要应用于骨科、牙科、人工关节、人工眼球、耳鼻喉科等领域。
在骨科领域,生物陶瓷材料主要用于骨植入物、骨胶原修复和替代等方面。
在牙科领域,生物陶瓷材料主要用于牙髓替换、牙根封堵等方面。
在人工关节方面,生物陶瓷材料主要用于人工髋关节、人工膝关节等部分置换。
在人工眼球方面,生物陶瓷材料主要用于眼球塑形和修补。
在耳鼻喉科领域,生物陶瓷材料还被用于制造人工耳蜗等医疗器械。
四、生物陶瓷材料的优缺点生物陶瓷材料具有良好的生物相容性、抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性等特点。
与传统的金属材料相比,生物陶瓷材料具有优异的生物相容性和耐腐蚀性,可以有效地降低人体对佩戴材料的排斥反应,大大减少了术后感染的风险。
陶瓷羟基磷灰石标准
陶瓷羟基磷灰石(HA)是一种生物陶瓷材料,具有良好的生物
相容性和生物活性,被广泛应用于医疗领域,如骨修复和植入物。
关于陶瓷羟基磷灰石的标准,通常涉及其化学成分、物理性能、生
物相容性、生物活性等方面。
首先,化学成分方面的标准通常涉及羟基磷灰石的主要成分,
如磷酸三钙(Ca3(PO4)2)和氢氧化钙(Ca(OH)2)的含量、晶体结
构等。
这些标准可以帮助确保羟基磷灰石材料的成分符合医疗器械
或植入物的要求,以及在制备过程中保持一致性。
其次,物理性能方面的标准涉及羟基磷灰石材料的密度、孔隙率、力学性能(如抗压强度、弹性模量)、热稳定性等。
这些标准
有助于评估材料的力学强度、稳定性和可加工性,从而确保其在医
疗应用中的可靠性和耐久性。
此外,生物相容性和生物活性方面的标准也至关重要。
这些标
准涉及材料与生物体的相互作用,包括细胞毒性测试、组织相容性
评价、生物降解性能等。
这些标准可以确保羟基磷灰石材料在植入
体内不会引起过敏反应或排斥反应,并能促进骨组织的生长和修复。
总的来说,陶瓷羟基磷灰石的标准涵盖了化学成分、物理性能、生物相容性和生物活性等多个方面,这些标准的制定和遵循对于确
保羟基磷灰石材料的质量和安全性具有重要意义,也有助于其在医
疗领域的应用得到规范和推广。
新型生物陶瓷材料的制备与性能研究近年来,随着生物工程和医疗技术的快速发展,人们对生物陶瓷材料的需求也日益增加。
生物陶瓷作为一种具有优异生物相容性和生物活性的材料,在医学领域中有着广泛的应用前景。
本文将介绍新型生物陶瓷材料的制备方法及其性能研究。
首先,让我们来了解一下生物陶瓷材料的特点。
生物陶瓷材料是指以氧化锆、氧化铝、氧化钛等无机物为主要成分的材料。
与传统金属和塑料材料相比,生物陶瓷材料具有更好的抗腐蚀性和更低的摩擦系数,可以有效降低人体对材料的刺激和损伤。
此外,生物陶瓷材料还具有较好的生物相容性和生物活性,能与人体组织紧密结合并促进骨细胞的生长和再生。
接下来,我们将重点介绍几种常见的生物陶瓷材料制备方法。
首先是传统的烧结法。
该方法通过将粉末原料进行混合、成型和烧结,最终得到致密的陶瓷材料。
这种方法操作简单,成本较低,适用于制备较大块体材料。
然而,烧结法容易产生裂纹和孔隙,降低材料的力学性能和生物相容性。
为了解决这一问题,一些研究人员引入了凝胶注模法和沉积法等新的制备方法。
凝胶注模法将溶胶和凝胶固化为无定形体,然后通过烧结进行结晶形成陶瓷。
沉积法则是利用溶液中的金属离子在基底表面上逐层沉积成陶瓷材料。
这两种方法制备的材料具有更高的致密度和更好的生物相容性,但制备过程较为复杂且成本较高。
在了解了制备方法后,我们来了解一下生物陶瓷材料的性能研究。
首先是生物陶瓷材料的力学性能研究。
通过测试陶瓷材料的硬度、强度、韧性等力学性能指标,可以评估材料在不同应力条件下的耐用性和机械可靠性。
其次是生物相容性研究。
生物陶瓷材料应用于人体内,必然需要与人体组织相容,不能产生毒性和免疫反应。
因此,通过体内外实验,评估生物陶瓷材料的细胞相容性、组织相容性和安全性非常重要。
此外,生物活性也是衡量生物陶瓷材料性能的重要指标。
生物活性是指材料与生物体接触时能够促进骨细胞的生长和再生。
因此,研究人员通过体外钙离子释放实验、细胞活力评估等方法来探究生物陶瓷材料的生物活性。
生物陶瓷生物硬组织代用材料有体骨、动物骨,后来发展到采用不锈钢和塑料,由于这些生物材料在生物体中使用,不锈钢存在溶析、腐蚀和疲劳问题,塑料存在稳定性差和强度低的问题。
目前世界各国相继发展了生物陶瓷材料,它不仅具有不锈钢塑料所具有的特性,而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。
因此生物陶瓷具有广阔的发展前景。
生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外,主要是用作生物硬组织的代用材料。
可用于骨科、整形外科、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。
生物陶瓷作为硬组织的代用材料来说,主要分为生物惰性和生物活性两大类。
1、生物惰性陶瓷材料生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定,生物相溶性好的陶瓷材料。
这类陶瓷材料的结构都比较稳定,分子中的键力较强,而且都具有较高的机械强度,耐磨性以及化学稳定性,它主要有氧化铝陶瓷、单晶陶瓷、氧化锆陶瓷、玻璃陶瓷等。
2、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羟基,还可做成多孔性,生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合;生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收,在生物体内能诱发新生骨的生长。
生物活性陶瓷有生物活性玻璃(磷酸钙系),羟基磷灰和陶瓷,磷酸三钙陶瓷等几种。
1、玻璃生物陶瓷玻璃陶瓷也称微晶玻璃或微晶陶瓷。
1、玻璃陶瓷的生产工艺过程为:配料制备→配料熔融→成型→加工→晶化热处理→再加工玻璃陶瓷生产过程的关键在晶化热处理阶段:第一阶段为成核阶段,第二阶段为晶核生长阶段,这两个阶段有密切的联系,在A阶段必须充分成核,在B阶段控制晶核的成长。
玻璃陶瓷的析晶过程由三个因素决定。
第一个因素为晶核形成速度;第二个因素为晶体生长速度;第三个因素为玻璃的粘度。
这三个因素都与温度有关。
玻璃陶瓷的结晶速度不宜过小,也不宜过大,有利于对析晶过程进行控制。
为了促进成核,一般要加入成核剂。
一种成核剂为贵金属如金、银、铂等离子,但价格较贵,另一种是普通的成核剂,有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。