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?;蛘哒f,生物陶瓷是指直接用于人體或與人體相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料,廣義講凡屬工程的陶瓷材料統稱為生物陶瓷。
作為生物陶瓷材料應具備如下功能:代替人體內有病的或損傷的部分;作為人體先天性缺損部分的代用品;有助于人體內組織的恢復。生物陶瓷材料按用途可分為:
①人工骨或人造關節;
②運動系統的人工臟器(如心臟瓣膜)材料;
③形態修復和整形外科材料;
④人造牙根和假牙;
③人工肝臟內的吸附材料(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。
生物陶瓷除用于測量、診斷、治療外,主要是用作生物硬組織的代用材料,可應用在骨科、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方面。由于它主要用于特殊修復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良性能:
①對人體無害(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合性強;
④抗張、抗折、抗壓及剪切強度比自然骨高,而且在體液中強度不發生明顯降低(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條是滿足生物學的條件,④~⑥條是滿足力學的條件,第⑦條則是便于操作、便于推廣應用的條件。
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(在生物機體內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性能穩定、生物相容好的陶瓷材料。即陶瓷材料植人體內后既不會對機體產生毒副作用,機體也不會對材料起排斥作用。也即材料不會被組織細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境中材料通過細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的生物材料受到廣泛關注已有近30年的歷史。生物陶瓷這種具有一系列優良性能、對人體無害的新材料,通過不斷地應用于醫學領域,促進了醫學科學的發展,顯示出無限廣闊的應用前景。
我國20世紀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節的研究;1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應用;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,并應用于臨床。
另外,隨著陶瓷材料和其他基礎科學的發展,與生物陶瓷植入材料同步發展的功能陶瓷材料,也在醫學領域得到發展,促進理療設備、診斷醫療儀器及醫學計量儀器設備的迅速發展。
可以預料,隨著我國人民生活水平的日益提高,人們對醫療和康復醫學提出更高的要求,而陶瓷材料作為生物植入材料和醫用理療、診斷、計量儀器設備中的關鍵材料,將得到極大的發展,陶瓷材料將在生物工程領域中占有愈來愈重要的地位。