生物陶瓷材料的分類與應用

2021-02-18 先進陶瓷展

生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用於人體或與人體相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。生物陶瓷是經高溫處理工藝所成的無機非金屬材料，具有金屬、高分子材料無法比擬的優點：

（1）良好的機械強度、硬度、壓縮強度高，極其穩定，在體內難於溶解，不易氧化，不易腐蝕變質，便於加熱消毒、耐磨，和人體組織的親和性好，因此能滿足種植學要求；

（2） 陶瓷的組成範圍比較寬，可根據實際應用的要求設計組成，控制性能的變化。例如可降解生物陶瓷在體內不同部位的使用中，希望能針對被置換骨的生長特點獲得具有不同降解速度的陶瓷。否則，當降解速度超過骨生長速度時，就會產生「死區「，影響修復。如果向此類材料中添加適當比例的非降解性生物陶瓷，就能調整降解速度，滿足臨床要求。

（3）陶瓷容易成型，可根據需要製成各種形態和尺寸，如顆粒形、柱形、管形、緻密型或多孔型，也可製成骨螺釘、骨夾板、製成牙根、關節、長骨、顱骨等。採用特殊的工藝還可以得到尺寸精密的人工骨製品。

（4）後加工方便，易於著色。

根據種植材料與生物體組織的反應程度，可將種植類陶瓷分為兩類：生物惰性陶瓷材料和生物活性陶瓷材料。


生物惰性陶瓷材料

生物惰性陶瓷主要是指化學性能穩定，生物相容性好，在生物體內與組織幾乎不發生反應或反應很小。如氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷等。這類陶瓷材料的結構都比較穩定，分子中的鍵力較強，而且都具有較高的機械強度、耐磨性以及化學穩定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷組成，其中，以Al、Mg、Ti、Zr的氧化物應用最為廣泛。

多晶氧化鋁陶瓷對包括生物環境在內的任何環境都呈現惰性及其優越的耐磨損性和高抗壓強度，使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應用的生物惰性陶瓷材料，目前已應用於人造骨、人工關節及人造齒根的製作方面。氧化鋁陶瓷植入人體後，體內軟組織在其表面生成極薄的纖維組織包膜，在體內可見纖維細胞增生，界面無化學反應，多用於全臀復位修復術及股骨和髖骨部連接。

陶瓷骨假體

但由於氧化鋁屬脆性材料，衝擊韌性較低，且彈性模量和人骨相差較大，在使用過程中常出現脆性破壞和骨損傷，且不能直接與骨結合。目前，國內外相關學者通過各類方法，使氧化鋁陶瓷在韌性和相容性方面取得了顯著提高，如在陶瓷表面土下骨親和性高的陶瓷，特別是能和骨發生化學結合的磷灰石，已經製造出更加先進的人工關節。通過相變或微裂等增韌方法，也可以提高材料的韌性。近年來，氧化鋯陶瓷由於其優良的力學性能，尤其是其遠高於氧化鋁的斷裂韌性，使其作為增強增韌第二相材料在人體硬組織修復體方面取得了較大的研究進展。


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，生物組織可長入並同其表面發生牢固的鍵合。生物吸收性陶瓷的特點是：能部分吸收或全部吸收，在生物體內能誘發新生骨的生長。生物活性陶瓷有：生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰石陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。

羥基磷灰石，簡稱HAP，屬表面活性材料，由於生物體硬組織（牙齒、骨）的主要成分是羥基磷灰石，因此也將羥基磷灰石陶瓷稱為「人工骨「。具有生物活性和生物相容性好、無毒、無排斥反應、不致癌、可降解、可與骨直接結合等特點，是一種臨床應用價值很高的生物活性陶瓷材料。

主要生物醫用磷灰石材料

羥基磷灰石的主要缺點在於本身的力學性能較差、強度低、脆性大，這一缺點影響了它在醫學臨床的廣泛應用，同時也促使人們研究HAP系列的各種複合材料，以期獲得力學性能優良、生物活性好的生物醫學複合材料，如羥基磷灰石與金屬相結合、羥基磷灰石與惰性生物陶瓷材料相複合與羥基磷灰石與有機物相複合等。

HAP生物陶瓷聽小骨置換假體

隨著陶瓷研究進一步發展，生物陶瓷材料也在向提高現有生物陶瓷的可靠性，提高其強度，降低楊氏模量，改善韌性方向發展，如製成各類複合材料，如金屬-陶瓷複合，陶瓷纖維增強生物陶瓷，聚合物-陶瓷複合，骨膠原-生物陶瓷複合等。

聲      明：文章內容轉自高純超細無機粉體，僅作分享，不代表本號立場，如有侵權，請聯繫小編刪除，謝謝！

【聯繫我們】新之聯伊麗斯

公司電話：4000 778 909/020-8327 6369

電郵：uniris@unirischina.com

相關焦點

  • 生物陶瓷材料的應用及其發展前景
    本文介紹生物陶瓷的分類、生物學特性及其在醫用領域的應用，並展望其未來十年發展方向。生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用於人體或與人體直接相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。作為生物陶瓷材料，需具備如下條件:生物相容性，力學相容性，與生物組織有優異的親和性，抗血栓，滅菌性並具有很好的物理、化學穩定性。
  • 陶瓷材料分類與應用
    而新型陶瓷則採用人工合成的高純度無機化合物為原料，在嚴格控制的條件下經成型、燒結和其他處理而製成具有微細結晶組織的無機材料。它具有一系列優越的物理、化學和生物性能，其應用範圍是傳統陶瓷遠遠不能相比的，這類陶瓷又稱為特種陶瓷或精細陶瓷。
  • 生物陶瓷的概念與應用
    生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如緻密羥基磷灰石，生物活性玻璃等)。生物惰性陶瓷主要是指化學性能穩定、生物相溶性好的陶瓷材料。如氧化鋁、氧化鋯以及醫用碳素材料等。這類陶瓷材料的結構都比較穩定，分子中的鍵合力較強，而且都具有較高的強度、耐磨性及化學穩定性。1．
  • 第三代生物材料——生物陶瓷
    ▪1963年在生物陶瓷發展史上也是重要的一年，該年Smith報告發展了一種陶瓷骨替代材料。由於技術方面的限制，直到1971年才有羥基磷灰石被成功研製並擴大到臨床應用的報導。▼1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應用。▼1979年高純氧化鋁單晶用於臨床，以後又有新型生物陶瓷材料不斷出現，並應用於臨床。中科院上海矽酸鹽研究所、華南理工大學、北京市口腔醫學研究所等單位對生物陶瓷都進行了深入的研究。
  • 陶瓷材料解析:新型陶瓷的分類—功能陶瓷的分類
    氧化鋁絕緣陶瓷片絕緣陶瓷的分類，一般可按化學組成和相成份來劃分，主要有以下幾種：鎂質瓷；氧化鋁瓷；莫來石陶瓷；改性碳化矽陶瓷；氮化矽陶瓷；氮化鋁陶瓷；硼酸鉛玻璃陶瓷；硼酸錫鋇陶瓷；氧化鈹陶瓷。現代絕緣陶瓷材料的成分與普通電瓷有著本質的區別。絕緣陶瓷的性能應符合如下要求：1）滿足使用技術要求的介電常數。
  • 陶瓷材料的分類及發展前景
    1.3納米陶瓷納米陶瓷又稱納米結構材料，納米複合材料是21世紀開發的新材料。它的研究是從微米複合向納米複合方向發展，納米陶瓷材料不僅能在低溫條件下像金屬材料那樣任意彎曲而不產生裂紋，而且能夠像金屬材料那樣進行機械切削加工，甚至可以做成陶瓷彈簧。
  • 【材料課堂】陶瓷材料的分類及發展前景
    納米陶瓷可作防護材料、高溫材料、人工器官的製造、臨床應用、以碳化矽為吸收劑的吸收材料、以陶瓷粉末為吸收劑的吸收材料以及壓電性能的應用。它的應用領域為微包覆、超級過濾、吸附、除臭、觸媒、固定氧、傳感器、光學功能元件、電磁功能元件等。 4.
  • 生物陶瓷之惰性陶瓷材料篇
    生物陶瓷（Bioceramics）是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用於人體或與人體相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。廣義講，凡屬生物工程的陶瓷材料統稱為生物陶瓷。生物陶瓷材料根據與組織的結合情況分為生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。
  • 新型陶瓷材料的發展與應用
    陶瓷與金屬材料、高分子材料是當今社會應用最廣泛的三大材料。陶瓷製品分為普通陶瓷與先進陶瓷兩大類，先進陶瓷按其特性和用途可分為結構陶瓷與功能陶瓷。其中，結構陶瓷主要是基於其力學性能和耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能等而應用的陶瓷材料；功能陶瓷主要是基於其電、熱、聲、光、磁等特性而應用的陶瓷材料。
  • 先進陶瓷材料的應用
    1.1   先進陶瓷定義      先進陶瓷，又稱為高性能陶瓷、精細陶瓷、高技術陶瓷等，是指採用高純度、超細人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成、精密的製造加工技術和結構設計，並具有優異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷。
  • 一文了解新型結構陶瓷材料及其應用
    功能陶瓷主要基於材料的特殊功能，具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點，主要包括絕緣和介質陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體及其敏感陶瓷等;結構陶瓷主要基於材料的力學和結構用途，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點，主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。
  • 膠粘劑在陶瓷材料上的應用
    二、陶瓷膠粘劑陶瓷膠粘劑與古代陶瓷的興起、與用黏土製成陶器並存，是最古老的的膠粘劑。而自四十年代以來航空、航天技術的急速發展，迫切需要具有塑料無能為力的耐高溫性能的、新的非金屬材料，於是促成了新一代無機材料的發展。
  • 材料系列科普3:先進陶瓷材料發展及應用
    材料性能 由於如上各點不同，導致傳統陶瓷和先進陶瓷性能上有著極大的差異，先進陶瓷豐富了陶瓷材料的應用範疇。其中，美國對先進陶瓷在航空航天、核能等領域的應用處於領先地位，日本在先進陶瓷材料的產業化、民用領域方面佔據領先地位，並佔有世界先進陶瓷約一半的市場份額；歐盟在先進陶瓷部分細分應用領域和機械裝備領域處於領先地位；俄羅斯、烏克蘭在結構陶瓷和陶瓷基複合材料方面實力雄厚。
  • 生物醫用材料市場概況及其在3D列印中的應用
    同時，生物再生材料產業作為材料科學、生物技術、臨床醫學的前沿和重點發展領域，以及整個生物醫學工程的基礎，已發展為整個經濟體系中最具活力的產業之一。一、定義與分類生物醫用材料是一類用於診斷、治療、修復、替換人體組織、器官或增進其功能的新型高科技材料。根據中國生物醫學工程學會的定義與分類，生物醫用材料可根據材料的性質、來源、用途等不同維度進行分類。
  • 微電子器件封裝材料有哪些分類?金屬\陶瓷\塑料封裝的應用與工藝
    其中，金屬封裝材料具有熱導率富，易加工成型能好等優點，但由於金屬與巧片熱膨脹係數差異大、密度大、成本高等劣勢，限制了金屬封裝在某些領域的應用；塑料封裝材料雖然有熱導率低，熱膨脹係數不匹配，但成本低、密度較小，常用於對封裝性能要求不高的應用當中；陶瓷封裝材料的密度較小，熱導率較高，膨脹係數匹配，是一種綜合性較好的封裝材料，但成本高，製作加工較複雜，更適用於高級微電子器件的封裝如航空航天及軍事領域。
  • 無機納米/零維-三維材料等材料的介紹分類
    無機納米西安齊嶽生物科技有限公司將從零維/一維/二維/三維四個分類來提供幾十個產品分類和幾千種納米材料產品，材料的材質包含金屬納米材料和非金屬納米材料以及他們的氧化物或碳化物及複合定製材料等等，產品粒徑從5納米-2000納米均可選擇。
  • 新材料界定與分類-科技頻道-和訊網
    新材料的界定與分類是如何界定和分類的呢，先看新材料的界定：　　新材料是指那些新出現或已在發展中的、具有傳統材料所不具備的優異性能和特殊功能的材料。同傳統材料一樣，新材料可以從結構組成、功能和應用領域等多種不同角度對其進行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應用領域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領域：　　電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進複合材料、先進陶瓷材料、生態環境材料、新型功能材料（含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等）、生物醫用材料、高性能結構材料、智能材料、新型建築及化工新材料等
  • 新型材料,無論是高分子,金屬材料,還是陶瓷,塑料等材料
    包括特殊材料學（如生物相容性，陶瓷/高分子複合材料，纖維化學相容性），無機非金屬材料學（原子性質及物理特性，導電/導熱/隔熱/高分子失水/高分子粘結強度，納米材料）以及自然科學材料學（氣候科學，太陽能熱/太陽能電池）等等。
  • 乾貨—陶瓷的分類、歷史由來及未來發展方向
    陶瓷材料從廣義上說就是無機非金屬材料，包括水泥、玻璃、搪瓷、磚、瓦等。它們是利用無機非金屬為主要原料製成的。狹義上來說，陶瓷材料只包括普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷是以黏土類、長石類、石英類等天然礦物為原料，經粉碎混合、磨細、成型、施釉、乾燥、燒成等工序製成的產品。
  • 一種新型無機非金屬材料:玻璃陶瓷
    甚至當今多數功能玻璃材料早已摒棄了傳統的矽酸鹽或石英，轉向氟化物、磷酸鹽、硫族化合物、重氧化物等方向，許多功能陶瓷材料也與矽酸鹽不沾邊。玻璃陶瓷作為一種經過高溫融化、成型、熱處理而製成的一類晶相與玻璃相的複合材料，一般都是由玻璃再加工製成的，又稱微晶玻璃，同時兼容玻璃和陶瓷的性能，具有機械強度高、熱膨脹係數可調、耐熱衝擊、耐化學腐蝕、低介電損耗、低導電率等優越性能，市場應用空間非常廣泛。