特种陶瓷课件66生物陶瓷.ppt
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1、 生物陶瓷生物陶瓷本章主要内容:本章主要内容:1引言引言2生物陶瓷的发展简始生物陶瓷的发展简始3生物陶瓷应具备的性能生物陶瓷应具备的性能4生物陶瓷的优点生物陶瓷的优点5生物陶瓷的种类生物陶瓷的种类6新型生物陶瓷及应用前景展望新型生物陶瓷及应用前景展望7生物陶瓷发展趋势生物陶瓷发展趋势1 引言引言n随着经济的发展和人口老龄化,以及工业、交通、体育等随着经济的发展和人口老龄化,以及工业、交通、体育等事故导致的创伤增加,人们对生物医用材料及其制品的需事故导致的创伤增加,人们对生物医用材料及其制品的需求量越来越大。近三十年来,生物医用材料的研究与开发求量越来越大。近三十年来,生物医用材料的研究与开发取
2、得了令人瞩目的成就,使数以百万计的患者获得康复,取得了令人瞩目的成就,使数以百万计的患者获得康复,大大提高了骨伤患者的生活质量。大大提高了骨伤患者的生活质量。n由于陶瓷可在相当大的范围内改变其成分和结构,并影响由于陶瓷可在相当大的范围内改变其成分和结构,并影响其理化性能,因此,陶瓷已由单一的器皿发展为结构材料、其理化性能,因此,陶瓷已由单一的器皿发展为结构材料、功能材料;由日常生活进人到各行各业,直到尖端科技领功能材料;由日常生活进人到各行各业,直到尖端科技领域,陶瓷在生物医学领域也有广泛应用,如人工牙、人工域,陶瓷在生物医学领域也有广泛应用,如人工牙、人工骨、人工关节等。骨、人工关节等。n以
3、人工关节为例以人工关节为例,目前国内人工关节置换手术平均,目前国内人工关节置换手术平均35 000例例/年,年销售额年,年销售额2.5亿人民币亿人民币/年。随着经济的稳定年。随着经济的稳定发展、健康观念的更新进步,关节置换率将以每年约发展、健康观念的更新进步,关节置换率将以每年约15%-20%的速度递增,将来有可能达到的速度递增,将来有可能达到100万例万例/年的水年的水平,也就是说,人工关节产品在中国有一个平,也就是说,人工关节产品在中国有一个80亿人民币亿人民币/年的潜在市场。年的潜在市场。n从医用角度来看,生物材料属于功能材料范围,其主要功从医用角度来看,生物材料属于功能材料范围,其主要
4、功能是:能是:(1)代替患病、缺损或衰老的骨组织;代替患病、缺损或衰老的骨组织;(2)矫治先天矫治先天畸形;畸形;(3)恢复硬组织的形态或功能;恢复硬组织的形态或功能;(4)美容、整容等。美容、整容等。这类人工骨材料伴随宿主一生,要经受复杂动态的生理环这类人工骨材料伴随宿主一生,要经受复杂动态的生理环境的长期考验。境的长期考验。2 生物陶瓷的发展简史生物陶瓷的发展简史 当当今今人人类类社社会会使使用用的的材材料料可可分分为为金金属属(及及其其合合金金)材材料料、有有机机材材料料和和无无机机非非金金属属材材料料三三大大类类。这这些些材材料料都都曾曾先先后后被被用用作作人人工工硬硬组组织织的的代代
5、替替物物,并并在在应应用用中中取取得得了了宝宝贵贵的的经经验验、教教训训。回回顾顾历历史史,可可分分为为几几个个阶段。阶段。2.1 人工骨研究的启蒙阶段人工骨研究的启蒙阶段 18世纪前,主要采用天然材料作为骨修复材料,如柳枝、世纪前,主要采用天然材料作为骨修复材料,如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等。木、麻、象牙及贵金属等。2.2 自然发展阶段自然发展阶段 约约19世纪前,由于冶金技术和陶瓷制备工艺的发展,开世纪前,由于冶金技术和陶瓷制备工艺的发展,开始用纯金、纯银、铂等贵金属。始用纯金、纯银、铂等贵金属。2.3 探索阶段探索阶段 本世纪中叶以前,由于冶金的进步,钴铬铝合金本世纪中叶以前,由于冶金
6、的进步,钴铬铝合金(1930年年)、纯钛和钛合金、纯钛和钛合金(1940年年)等被应用到人工骨领域,开始等被应用到人工骨领域,开始有目的地探索新材料,有机玻璃等高分子材料有目的地探索新材料,有机玻璃等高分子材料(1936年年)也开始应用临床,并在医学种植技术与病例选择方面积也开始应用临床,并在医学种植技术与病例选择方面积累了丰富经验。但基础理论的研究还很不深入。累了丰富经验。但基础理论的研究还很不深入。2.4 迅速发展阶段迅速发展阶段 u20世世纪纪60年年代代初初,在在新新技技术术革革命命浪浪潮潮推推动动下下,材材料料科科学学迅迅速速发发展展。人人们们开开始始有有目目的的、有有计计划划地地探
7、探索索、发发现现和和合合成成新新材材料料,其其中中最最有有代代表表性性的的生生物物陶陶瓷瓷的的研研究究和和应应用用获获得得了了突突飞猛进的发展。飞猛进的发展。u生生物物陶陶瓷瓷的的发发展展虽虽然然还还不不到到50年年,也也同同样样经经历历了了上上述述时时期期。起起初初以以单单晶晶氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷为为先先导导,随随后后是是多多晶晶氧氧化化铝铝、表表面面呈呈珊珊瑚瑚状状的的氧氧化化铝铝等等。其其后后是是生生物物活活性性陶陶瓷瓷,包包括括生生物物玻玻璃,羟基磷灰石和玻璃陶瓷类。璃,羟基磷灰石和玻璃陶瓷类。u自自20世世纪纪70年年代代起起,生生物物陶陶瓷瓷显显露露头头角角,世世界界各各国国相相继
8、继开开展了理论和应用研究,并且不断取得突破性进展。展了理论和应用研究,并且不断取得突破性进展。3 生物陶瓷应具备的性能生物陶瓷应具备的性能 与生物组织有良好的相容性与生物组织有良好的相容性 是是指指将将生生物物陶陶瓷瓷材材料料代代替替硬硬组组织织(牙牙齿齿、骨骨)植植入入人人体体内内后后,与与机机体体组组织织(软软组组织织、硬硬组组织织以以及及血血液液、组组织织液液)接接触触时时,具具有有良良好好的的亲亲和和性性能能。材材料料与与机机体体软软组组织织都都具具有有良良好好的的结结合合性性。此此外外,还还要要求求材材料料对对周周围围组组织织无无毒毒性性、无无刺刺激激性性、无无致致敏敏性性、无无免免
9、疫疫排斥性以及无致癌性。排斥性以及无致癌性。3.2 有适当的生物力学和生物学性能有适当的生物力学和生物学性能 材料的的力力学学性性能能与与机机体体组组织织的的生生物物力力学学性性能能相相一一致致,不不产产生对组织的损伤和破坏作用。生对组织的损伤和破坏作用。3.3 具有良好的加工性和临床操作性具有良好的加工性和临床操作性 生生物物陶陶瓷瓷植植入入的的目目的的,是是通通过过人人工工材材料料替替代代和和恢恢复复各各种种原原因因造造成成的的牙牙和和骨骨缺缺损损,就就要要求求植植入入的的生生物物陶陶瓷瓷具具有有良良好好的的加工成形性,且在临床冶疗过程中,操作简便,易于掌握。加工成形性,且在临床冶疗过程中
10、,操作简便,易于掌握。3.4 具有耐消毒灭菌性能具有耐消毒灭菌性能 生生物物陶陶瓷瓷材材料料是是长长期期植植入入体体内内的的材材料料,植植入入前前须须进进行行严严格格的的消消毒毒灭灭菌菌处处理理。因因此此,无无论论是是高高压压煮煮沸沸、液液体体浸浸泡泡、气气体体(环环氧氧乙乙烷烷)或或射射线线消消毒毒后后,材材料料均均不不能能因因此此而而产产生生变变性性,且且在在液液体体或或气气全全消消毒毒后后,不不能能含含有有残残留留的的消消毒毒物物质质,以保证对机体组织不产生危害。以保证对机体组织不产生危害。4 生物陶瓷的优点生物陶瓷的优点 (1)由于生物陶瓷是在高温下烧结制成,具有良好的由于生物陶瓷是在
11、高温下烧结制成,具有良好的机械强度、硬度;在体内难于溶解,不易氧化、不机械强度、硬度;在体内难于溶解,不易氧化、不易腐蚀变质,热稳定性好,便于加热消毒、耐磨,易腐蚀变质,热稳定性好,便于加热消毒、耐磨,有一定润滑性能,不易产生疲劳现象。有一定润滑性能,不易产生疲劳现象。(2)陶瓷的组成范围比较宽,可以根据实际应用的要陶瓷的组成范围比较宽,可以根据实际应用的要求设计组成,控制性能的变化。求设计组成,控制性能的变化。(3)陶瓷容易成型,可根据需要制成各种形态和尺寸,陶瓷容易成型,可根据需要制成各种形态和尺寸,如颗粒形、柱形、管形、致密型或多孔型,也可制如颗粒形、柱形、管形、致密型或多孔型,也可制成
12、骨螺钉、骨夹板、制成牙根、关节、长骨、领骨、成骨螺钉、骨夹板、制成牙根、关节、长骨、领骨、颅骨等。颅骨等。(4)后加工方便,现在陶瓷切割、研磨、抛光等已是后加工方便,现在陶瓷切割、研磨、抛光等已是成熟的工艺。近年来又发展了可用普通金属加工机成熟的工艺。近年来又发展了可用普通金属加工机床进行车、铣、刨、钻等可切削性生物陶瓷。利用床进行车、铣、刨、钻等可切削性生物陶瓷。利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性,可制成精密铸玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性,可制成精密铸造的玻璃陶瓷。造的玻璃陶瓷。(5)易于着色,如陶瓷牙可与天然牙媲美,利于整容、易于着色,如陶瓷牙可与天然牙媲美,利于整容、美容。美容。5 生
13、物陶瓷的种类生物陶瓷的种类 根据生物组织的作用机理,能植入体内的生物根据生物组织的作用机理,能植入体内的生物陶瓷大致可分为三类:陶瓷大致可分为三类:生物惰性陶瓷、生物活生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、可控表面活性陶瓷。性陶瓷、可控表面活性陶瓷。5.1 生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷 包包括括多多晶晶氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷、单单晶晶氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷、高高密密度度羟羟基基磷磷灰灰石石陶陶瓷瓷、碳碳素素陶陶瓷瓷、氧氧化化锆锆陶陶瓷瓷、氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷等等。它它们们植植入入生生物物体体组组织织内内不不与与生生物物体体组组织织形形成成化化学学结结合合,在在固固定定于于生生物物体体内内时时,这这类类材材料具有
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