生物惰性陶瓷的改性與臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

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1、生物惰性陶瓷的改性與臨床應(yīng)用研究進(jìn)【摘要】生物惰性陶瓷由于具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)秀的耐磨損能力以及化學(xué)（化學(xué)論文）穩(wěn)定性，是一類重要的替代型人體硬組織修復(fù)材料。本文對氧化鋁陶瓷和氧化錯陶瓷這兩種最常見的生物惰性陶瓷材料及它們的改性和臨床應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述性介紹?！娟P(guān)鍵詞】生物惰性陶瓷、氧化鋁，氧化錯，增韌，生物活性0引言生物惰性醫(yī)用陶瓷材料包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、玻璃陶瓷等，它們化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物相容性好，力學(xué)性能較好，在體內(nèi)耐腐蝕、不降解，與人體組織不產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。臨床上常用的生物惰性陶瓷有氧化鋁陶瓷、氧化錯陶瓷、氧化錯增韌氧化鋁

2、陶瓷等。生物惰性陶瓷一般具有較高的強(qiáng)度和耐磨性能，在醫(yī)療上主要用于制作人工關(guān)節(jié)、人工骨、口腔植入體、全瓷牙和牙冠等方面。本文對氧化鋁和氧化錯這兩種最常見的生物惰性陶瓷材料的改性和臨床應(yīng)用研究的進(jìn)展進(jìn)行綜述性介紹。1生物惰性陶瓷的特性生物陶瓷材料根據(jù)與組織的結(jié)合情況可分為生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。兩者的根本區(qū)別在于，植入體內(nèi)后，植入體是否能夠與活組織形成化學(xué)鍵合。生物惰性陶瓷材料在植入體內(nèi)后，不能與活組織形成化學(xué)鍵合，而是被纖維結(jié)締組織膜所包繞。纖維結(jié)締組織膜將植入體與修復(fù)部位的正常組織分隔開，植入體以異物的形式永久存留于體內(nèi)。盡管生

3、物惰性陶瓷材料不能與人體組織發(fā)生化學(xué)鍵合，但由于其良好的力學(xué)性能、優(yōu)秀的耐磨損能力和化學(xué)穩(wěn)定性，生物惰性陶瓷材料仍然是一類重要的替代型硬組織修復(fù)材料。如果提高生物惰性陶瓷材料的斷裂韌性，克服其脆性，以及引入生物活性成分改善其與人體組織的結(jié)合，是生物惰性陶瓷材料研究的主要內(nèi)容。2氧化鋁生物陶瓷的改性與臨床應(yīng)用氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能氧化鋁有多種晶型，其中高溫晶型Q-AI2O3的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性最好。Q-AI2O3的密度為，輕于不銹鋼、鈦及鈦合金等常見的生物醫(yī)用金屬材料。a-AI203屬于離子鍵為主的晶體力較強(qiáng)，使得AI2O3具有高的熔點(diǎn)（20

4、50°CX硬度、耐化學(xué)腐蝕性和彈性模量。多晶氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能主要取決于瓷體的氧化鋁含量、致密度和晶粒大小。Q-AI2O3含量越高、晶粒越細(xì)小、致密度越大，材料的強(qiáng)度就越高。氧化鋁陶瓷燒結(jié)制品的抗彎強(qiáng)度通常在250~450MPa熱壓產(chǎn)品可達(dá)500MPa以上，彈性模量約為300?380GPa,斷裂韌性在4~5MPa?m1/2。與氧化錯陶瓷相比，其強(qiáng)度和斷裂韌性較低。氧化鋁陶瓷作為生物醫(yī)用材料使用，其性能需要滿足一定的要求。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6474［1］,在人體中使用時，純AI2O3生物陶瓷的性能須符合：密度達(dá)以上、SiO2和堿金屬氧化物雜質(zhì)

5、含量S%、平均晶粒尺寸不超過7pm、室溫抗壓強(qiáng)度達(dá)4000MPa以上、室溫抗彎強(qiáng)度達(dá)4OOMPa以上、室溫楊氏模量達(dá)380GPa、室溫抗沖擊韌性達(dá)4000J/m2、耐磨性和耐腐蝕性符合ISO規(guī)范試驗(yàn)要求。氧化鋁陶瓷的增韌脆性是氧化鋁陶瓷的致命缺點(diǎn)。人們研究了多種提高氧化鋁陶瓷斷裂韌性和強(qiáng)度的方法，通過改變材料的顯微結(jié)構(gòu)（如細(xì)晶化）和設(shè)置有附加能量消耗的韌性相（如ZrO2）,可顯著提高其斷裂韌性。目前研究較多的增韌方法有：相變增韌［2］、晶須和碳納米管增韌［3］、顆粒彌散增韌［4］、納米增韌［2］、原位自增韌［5］等。其中相變增韌是氧化鋁陶瓷增

6、韌效果最好的方法之一，而且制備工藝簡單，成本較低。通過在氧化鋁中加入用氧化輪或氧化肺穩(wěn)定的氧化錯作為增韌劑，將可相變的ZrO2粒子均勻分散在氧化鋁陶瓷基體中，可制成氧化錯增韌氧化鋁陶瓷（zirconiatoughenedalumina,ZTA）,通過相變增韌提高氧化鋁陶瓷的強(qiáng)度和斷裂韌性，改善其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。這種材料由于具有很高的強(qiáng)度、韌性和熱穩(wěn)定性，可以適應(yīng)臨床應(yīng)用多方面的需要，在矯形外科應(yīng)用方面比單獨(dú)的氧化鋁或氧化錯陶瓷具有更高的可靠性和耐磨性。氧化鋁陶瓷生物學(xué)性能的改善氧化鋁陶瓷是一種生物惰性材料，與人體組織之間不產(chǎn)生化學(xué)鍵合。

7、為了改善氧化鋁植入體與組織之間的界面結(jié)合，人們對氧化鋁陶瓷引入生物活性進(jìn)行了各種嘗試,當(dāng)前主要通過表面改性的方法賦予氧化鋁陶瓷生物活性。FicherH等⑹用氫氧化鈉溶液在10CTC下處理氧化鋁陶瓷24h，然后清洗、干燥。紅外光譜分析表明，經(jīng)過處理后樣品表面形成輕基。細(xì)胞生物學(xué)分析表明，經(jīng)過氫氧化鈉溶液處理的樣品在細(xì)胞黏附和增殖以及骨鈣素分泌方面要優(yōu)于未經(jīng)處理的氧化鋁陶瓷，改善了氧化鋁陶瓷的生物活性。UchidaM等［7］將ZrO2/AI2O3納米復(fù)合材料分別用磷酸、硫酸、鹽酸和氫氧化鈉溶液中處理，使其表面形成大量的Zr-OH基團(tuán)，從而提高了Z

8、rO2/AI2O3納米復(fù)合材料表面形成磷灰石的能力。PierriJ等［8］通過將氧化錯增韌氧化鋁陶瓷先浸泡在硅酸鈉溶液中生成晶核劑，再浸泡到模擬體液中礦化生成碳酸輕