生物陶瓷之活性陶瓷材料篇

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。本文主要對生物活性陶瓷材料進行簡略介紹。

生物活性陶瓷

生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物降解陶瓷，這類材料的組成中含有能夠通過人體正常的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（OH-）等基團，它們的表面同人體組織可通過鍵的結合達到完全的親和；或者部分或完全被人體吸收和取代，因此，生物陶瓷可以作為身體組成滲入或取代的支架和空位填補體，但這類生物活性陶瓷在吸收的過程中強度嚴重下降，尤其是可完全吸收的生物陶瓷更為嚴重，所以，必須認真考慮機械設計因素，使身體組織同生物活性陶瓷在癒合的中間階段不至於破裂。

生物活性陶瓷材料的分類

羥基磷灰石

羥基磷灰石（hydroxyapatite），簡稱HAP，化學式為（Ca10(PO4)6(OH)2），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，因此有人也把羥基磷灰石陶瓷稱之為人工骨。

優點：與人體骨骼晶體成分，結構基本一致，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，用作骨缺損的填充材料，能為新骨的形成提供支架，發揮骨傳導作用，是理想的硬組織替代材料。

應用舉例：

圖1.HAP塗層鈦基牙種植體

圖2.HAP生物陶瓷聽小骨置換假體

其中，圖二所展示的HAP生物陶瓷聽小骨置換假體，是一種安全、方便的聽小骨缺損替代品，適用於因炎症（如慢性化膿性中耳炎）或外傷等病症造成聽小骨缺損、畸形的患者作聽小骨置換手術。

缺點：本身強度低、脆性高；抗折強度低，韌性和力學性能差等缺陷的限制，影響了它在醫學臨床的廣泛應用。但這不並影響人們研究HAP系列的各種複合材料，由此來獲得力學性能優良、生物活性好的生物醫學複合材料，例如：①羥基磷灰石與金屬相結合。②羥基磷灰石與惰性生物陶瓷材料相複合。③羥基磷灰石與有機物相複合。

生物活性玻璃

1969年，美國佛羅裡達大學的Hench教授首先研製出生物活性玻璃（bioactive glass，BG），並首次將其應用於生物醫學領域，開創了一個嶄新的生物材料研究領域——生物活性玻璃和生物活性玻璃陶瓷。

生物活性玻璃作為一種具有特殊組成和結構的矽酸鹽玻璃材料， BG具有與天然骨類似的組成，生物相容性好，可與生物組織產生直接的化學結合，植入人體後可參加新陳代謝使骨組織生長，是一類很好的人工骨（齒）材料。

優點：生物相容性好，可形成骨性結合；與骨結合強度大於HAP和金屬植入物；成骨較快，有利於種植體的早期固位；孔隙度可根據適用目標而選擇。

缺點：與人體骨相比生物活性玻璃脆性大，尤其是抗彎強度不足，嚴重限制了該類材料的使用範圍。並且它是在1400℃左右熔化後經一系列後續加工而成，製備工藝複雜，高溫揮發和汙染可導致產品的組成出現波動及性能不穩定。

應用領域：①骨骼修復②口腔治療：髓室穿孔的覆蓋修復材料、牙科植入材料③創口癒合④藥物載體⑤癌症治療

磷酸三鈣陶瓷材料

磷酸三鈣（calcium phosphate），分子式Ca3(PO4)2，簡稱TCP，其鈣磷比為1.5，與正常骨組織的鈣磷比很相近，生物相容性良好，與骨結合無排異反應。目前廣泛應用的生物降解陶瓷為β-磷酸三鈣（簡稱β-TCP），屬於磷酸鈣的一種高溫相。

優點：與HAP相比，TCP最大的優點在於更易於在體內溶解，植入機體後與骨直接融合而被骨組織吸收，是一種骨的重建材料。可根據不同部位骨性質的不同及降解速率的要求，製成具有一定形狀和大小的中空結構構件，用於治療各種骨科疾病。

缺點：磷酸鈣陶瓷脆性較高，難以加工成型或固定鑽孔。但緻密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強相提高它的斷裂韌性，多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長入而極大增強，但是在再建骨完全形成之前，為及早代行其功能，也必須對它進行增韌補強。