生物陶瓷(Biocramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料。或者說,生物陶瓷是指直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料,廣義講凡屬工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。
作為生物陶瓷材料應(yīng)具備如下功能:代替人體內(nèi)有病的或損傷的部分;作為人體先天性缺損部分的代用品;有助于人體內(nèi)組織的恢復(fù)。生物陶瓷材料按用途可分為:
①人工骨或人造關(guān)節(jié);
②運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的人工臟器(如心臟瓣膜)材料;
③形態(tài)修復(fù)和整形外科材料;
④人造牙根和假牙;
③人工肝臟內(nèi)的吸附材料(活性碳);
⑥固定酶載體(多孔玻璃);
⑦診斷儀器的溫度、氣體、離子傳感器等材料。
生物陶瓷除用于測(cè)量、診斷、治療外,主要是用作生物硬組織的代用材料,可應(yīng)用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳鼻喉科及普通外科等各個(gè)方面。由于它主要用于特殊修復(fù)功能或用于人工器官,因而要求生物陶瓷必須具備一系列優(yōu)良性能:
①對(duì)人體無害(無毒性、無組織刺激、無致癌作用、無血栓形成等);
②與人體生物相容性好(生物組織親和性好);
③與周圍的骨及其他組織結(jié)合性強(qiáng);
④抗張、抗折、抗壓及剪切強(qiáng)度比自然骨高,而且在體液中強(qiáng)度不發(fā)生明顯降低(抗腐蝕);
⑤耐磨損;
⑥硬度和彈性模量與自然骨接近;
⑦成型、加工容易,便于臨床操作。
以上①~③條是滿足生物學(xué)的條件,④~⑥條是滿足力學(xué)的條件,第⑦條則是便于操作、便于推廣應(yīng)用的條件。
作為人體硬組織代用的生物陶瓷,主要分為生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷兩大類。而生物活性陶瓷又可分為表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷(在生物機(jī)體內(nèi)被分解吸收并被生物組織置換)。
生物惰性陶瓷材料主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定、生物相容好的陶瓷材料。即陶瓷材料植人體內(nèi)后既不會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒副作用,機(jī)體也不會(huì)對(duì)材料起排斥作用。也即材料不會(huì)被組織細(xì)胞吞噬又不被排斥出體外,最后被人體組織包圍起來。這類材料主要有α-Al2O3、玻璃碳、熱解碳等。
生物活性陶瓷材料是指在生物環(huán)境中材料通過細(xì)胞活性部分或全部被溶解或吸收,并與骨置換而形成牢固結(jié)合的生物陶瓷材料。這類材料主要有:磷酸鈣系玻璃、羥基磷灰石和磷酸三鈣。
陶瓷作為用于人體內(nèi)的生物材料受到廣泛關(guān)注已有近30年的歷史。生物陶瓷這種具有一系列優(yōu)良性能、對(duì)人體無害的新材料,通過不斷地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,促進(jìn)了醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展,顯示出無限廣闊的應(yīng)用前景。
我國20世紀(jì)70年代初期開始研究生物陶瓷,并用于臨床。1974年開展微品玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究;1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用;1979年高純氧化鋁單品用于臨床,以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn),并應(yīng)用于臨床。
另外,隨著陶瓷材料和其他基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展,與生物陶瓷植入材料同步發(fā)展的功能陶瓷材料,也在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到發(fā)展,促進(jìn)理療設(shè)備、診斷醫(yī)療儀器及醫(yī)學(xué)計(jì)量儀器設(shè)備的迅速發(fā)展。
可以預(yù)料,隨著我國人民生活水平的日益提高,人們對(duì)醫(yī)療和康復(fù)醫(yī)學(xué)提出更高的要求,而陶瓷材料作為生物植入材料和醫(yī)用理療、診斷、計(jì)量儀器設(shè)備中的關(guān)鍵材料,將得到極大的發(fā)展,陶瓷材料將在生物工程領(lǐng)域中占有愈來愈重要的地位。