生物陶瓷材料的應用與發展前景范文

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摘要：生物陶瓷材料的主要優點體現在生物相容性和骨傳導性，可以與細胞等生物組織表現出良好的親和性，因此在醫藥領域具有非常重要的應用。但目前由于我國的研究力度較小，加上設備與技術都比較落后，導致生物陶瓷材料在發展中存在一定的問題。基于此，本文通過對生物陶瓷材料的介紹，重點闡述生物陶瓷材料的應用情況，同時對生物陶瓷材料的發展前景進行展望。

關鍵詞：生物陶瓷材料；應用情況；發展前景

生物材料在集體組織修復、替代以及再生的過程中具有非常重要的作用，因此生物陶瓷材料的研究已經成為我國生物醫學工程中的重要方向。生物陶瓷材料之前，在醫藥學領域應用最為廣泛的材料就是金屬材料和有機材料，但這兩種類型的材料都存在嚴重的缺點，金屬材料植入人體體內以后容易發生腐蝕，有機材料的強度較差，因此研究生物陶瓷材料具有重要應用價值。

一、生物陶瓷材料概述

生物陶瓷是材料工業發展中的新興領域，目前由于應用范圍不斷擴大，不斷受到世界各國的重視。生物陶瓷材料主要指的是用作特定生物或者生理功能的一類材料，可以直接用于人體或者與人體直接相關的生物、醫用以及生物化學的陶瓷材料。生物陶瓷材料兼具不銹鋼材料、塑料材料的特點，同時還具有較好的親水性，可以與生物體內的生物組織和細胞保持良好的親和性。當前生物陶瓷主要用于人體硬組織修復和重建的陶瓷材料，不同于傳統的陶瓷材料，不僅僅包括多晶體，還包括單晶體、非生物玻璃、微晶玻璃、梯度材料、無機材料以及復合材料。生物陶瓷材料的分類按照生物學的性能分類，具體可以分為生物活性陶瓷和生物惰性陶瓷。生物惰性陶瓷的化學性能穩定，生物相容性好，具體有氧化鋁、氧化鋯等，這類材料的物理機械性能以及功能特性與人體組織向匹配，主要特點是力學強度高，耐磨性較強。生物活性陶瓷具體由表面活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，具體有生物活性玻璃、磷酸三鈣等。通過生物陶瓷在生理環境中的化學活性，可以將生物陶瓷材料分為三種：近于惰性的生物陶瓷、表面活性的生物陶瓷以及可吸收生物陶瓷。同時將生物陶瓷與其他材料的復合材料通常被稱為第四類陶瓷材料。近于惰性的材料主要有氧化鋁，這種材料長期暴露在生理環境中不會發生或者非常微弱的化學反應，并能保持長期穩定。生物惰性陶瓷主要指的是氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃陶瓷、復合材料等。這類材料在生理環境中可以在其表面發生生物化學反應，并形成化學鍵進行結合。可吸收陶瓷主要包括羥基磷灰石以及磷酸鈣系統吸收材料，典型的材料有石膏，可以在生理環境中被逐步降解和吸收。

二、生物陶瓷材料的應用

（一）醫用生物陶瓷材料醫用生物陶瓷材料主要用于移植生物陶瓷以及具有粉刺及科學儀器的醫療設備。移植物陶瓷具體會用于牙齒和骨頭替換的醫療設備及移植體。生物陶瓷在生物構成的生物活性和金屬制造中形成多種符合材料，具體包括自然聚合物、碳纖維或者碳納米管，因此生物陶瓷材料在醫學移植材料中具有非常重要的應用。

（二）移植生物陶瓷材料生物陶瓷材料的耐磨性、與生物相容性等特點導致這種材料在許多醫療設備中具有較大的適用性。可以通過藥物傳遞到人工關節，刺激器和電子傳感器。比如氧化鋯和氧化鋁材料由于自身的化學穩定性較好，因此可以更好地承受人體的不友好環境。其中牙齒和骨代替是移植陶瓷的主要市場。牙科的診治具體包括膠合劑、粘合劑、牙髓、印模材料以及其他設備。當前對于牙齒材料以及市場競爭激烈，因此對技術和設備的要求較高，隨著人口老齡化程度的不斷加深，牙齒的移植安裝也將成為醫學領域中的重要內容，因此生物陶瓷材料的應用程度也會不斷加深。氧化鋁和氧化鋯材料在骨移植中具有重要地位，當前隨著相關技術的發展，該材料的穩定性研究力度不斷加大，同時通過對人體骨骼成分以及承受力的對比，發現該類材料在骨組織工程研究中可以發揮非常重要的作用。隨著生物陶瓷材料研究范圍的擴大，更加優質和穩定的材料也會不斷問世。

（三）生物醫療設備用陶瓷具體包括成像儀、醫學化驗設備、檢驗系統以及超聲波設備。醫療設備的數量和種類對機械技術以及材料技術有非常重要的依賴性，因此通過對當前醫療發展水平的研究，可以發現，在今后的醫療器械領域，生物陶瓷材料的應用價值也會不斷增加，同時市場對生物陶瓷材料的需求量也會大大增加。

（四）移植體陶瓷材料應用在牙齒保潔行業，由于牙齒的消耗情況不斷加大，牙科設備的更新換代也會不斷加快。當前社會中快節奏的生活方式，導致人們的生活工作壓力不斷增加，這種趨勢導致牙科醫院的受眾不斷增加，對設備和牙齒替代材料需求的數量也會大幅度增加。通過相關數據發現，牙齒用具設備數量不斷增加的原因主要有以下兩個方面：第一，人類老齡化程度不斷增加，導致老年人的數量不斷增加，牙齒更換率不斷增加；第二，年輕人的生活壓力工作壓力導致后槽牙磨損程度增加，因此更換情況也不斷變得嚴重。目前通過對生物陶瓷材料的研究和利用對于進一步降低生產周期和生產成本具有非常重要的意義。

三、生物陶瓷發展趨勢

生物陶瓷材料已經經歷了一定的發展，在醫學領域中表現出的價值非常明顯。今后生物陶瓷材料的發展趨勢主要體現在以下幾個方面：第一，通過研究與人體結構相似的有機無機復合材料，不斷改善生物陶瓷材料的可靠性、強度以及韌性，從而不斷改善材料的力學性能。第二，在人骨研究的理論基礎上，通過種植與軟組織結合的激勵，開發與人體組織適應性好，同時促進生長的生物陶瓷材料。第三，生物陶瓷材料由于自身的特點，大部分可以直接移植到人體內，但隨著應用領域的增加，應該積極研究材料的降解特點，可以在人體恢復過程中形成微型顆粒物質等。第四，由于移植陶瓷應用范圍不斷擴大，今后醫學領域中的人造血管和人造氣管也將成為重要的研究方向。四、結語綜上所述，隨著生產技術的不斷發展，生物陶瓷材料的加工精度不斷提高，各種復合材料的應用精確度也會有大的改善。生物陶瓷材料的應用價值不斷提高的同時，還應該重視理論與實踐的結合，對存在安全隱患的材料進行研究分析。

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作者：劉路路；萬輝；楚雪梅 單位：華北理工大學材料科學與工程學院