陶瓷材料的性能及分类（生物陶瓷之活性陶瓷材料篇）

生物陶瓷材料根据与组织的结合情况分为生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。本文主要对生物活性陶瓷材料进行简略介绍。

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，这类材料的组成中含有能够通过人体正常的新陈代谢途径进行置换的钙、磷等元素；或含有能与人体组织发生键合的羟基（OH-）等基团，它们的表面同人体组织可通过键的结合达到完全的亲和；或者部分或完全被人体吸收和取代，因此，生物陶瓷可以作为身体组成渗入或取代的支架和空位填补体，但这类生物活性陶瓷在吸收的过程中强度严重下降，尤其是可完全吸收的生物陶瓷更为严重，所以，必须认真考虑机械设计因素，使身体组织同生物活性陶瓷在愈合的中间阶段不至于破裂。

生物活性陶瓷材料的分类

羟基磷灰石

羟基磷灰石（hydroxyapatite），简称HAP，化学式为（Ca10(PO4)6(OH)2），属表面活性材料，由于生物体硬组织（牙齿、骨）的主要成分是羟基磷灰石，因此有人也把羟基磷灰石陶瓷称之为人工骨。

优点：与人体骨骼晶体成分，结构基本一致，具有生物活性和生物相容性好、无毒、无排斥反应、不致癌、可降解、可与骨直接结合等特点，用作骨缺损的填充材料，能为新骨的形成提供支架，发挥骨传导作用，是理想的硬组织替代材料。

应用举例：

图1.HAP涂层钛基牙种植体

图2.HAP生物陶瓷听小骨置换假体

其中，图二所展示的HAP生物陶瓷听小骨置换假体，是一种安全、方便的听小骨缺损替代品，适用于因炎症（如慢性化脓性中耳炎）或外伤等病症造成听小骨缺损、畸形的患者作听小骨置换手术。

缺点：本身强度低、脆性高；抗折强度低，韧性和力学性能差等缺陷的限制，影响了它在医学临床的广泛应用。但这不并影响人们研究HAP系列的各种复合材料，由此来获得力学性能优良、生物活性好的生物医学复合材料，例如：①羟基磷灰石与金属相结合。②羟基磷灰石与惰性生物陶瓷材料相复合。③羟基磷灰石与有机物相复合。

生物活性玻璃

1969年，美国佛罗里达大学的Hench教授首先研制出生物活性玻璃（bioactive glass，BG），并首次将其应用于生物医学领域，开创了一个崭新的生物材料研究领域——生物活性玻璃和生物活性玻璃陶瓷。

生物活性玻璃作为一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料， BG具有与天然骨类似的组成，生物相容性好，可与生物组织产生直接的化学结合，植入人体后可参加新陈代谢使骨组织生长，是一类很好的人工骨（齿）材料。

优点：生物相容性好，可形成骨性结合；与骨结合强度大于HAP和金属植入物；成骨较快，有利于种植体的早期固位；孔隙度可根据适用目标而选择。

缺点：与人体骨相比生物活性玻璃脆性大，尤其是抗弯强度不足，严重限制了该类材料的使用范围。并且它是在1400℃左右熔化后经一系列后续加工而成，制备工艺复杂，高温挥发和污染可导致产品的组成出现波动及性能不稳定。

应用领域：①骨骼修复②口腔治疗：髓室穿孔的覆盖修复材料、牙科植入材料③创口愈合④药物载体⑤癌症治疗

磷酸三钙陶瓷材料

磷酸三钙（calcium phosphate），分子式Ca3(PO4)2，简称TCP，其钙磷比为1.5，与正常骨组织的钙磷比很相近，生物相容性良好，与骨结合无排异反应。目前广泛应用的生物降解陶瓷为β-磷酸三钙（简称β-TCP），属于磷酸钙的一种高温相。

优点：与HAP相比，TCP最大的优点在于更易于在体内溶解，植入机体后与骨直接融合而被骨组织吸收，是一种骨的重建材料。可根据不同部位骨性质的不同及降解速率的要求，制成具有一定形状和大小的中空结构构件，用于治疗各种骨科疾病。

缺点：磷酸钙陶瓷脆性较高，难以加工成型或固定钻孔。但致密磷酸钙陶瓷可以通过添加增强相提高它的断裂韧性，多孔磷酸钙陶瓷虽然可被新生骨长入而极大增强，但是在再建骨完全形成之前，为及早代行其功能，也必须对它进行增韧补强。