[科普中国]-生物活性陶瓷

生物活性陶瓷又叫生物降解陶瓷，包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。

结构特点生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸钙系），羟基磷灰和陶瓷，磷酸三钙陶瓷等几种。

能在材料界面上诱发特殊生物反应，从而在材料和组织间形成化学键结合的生物陶瓷。包括：

（1）羟基磷灰石生物活性陶瓷；

（2）生物玻璃或生物活性玻璃陶瓷，其表面可通过在生理环境中发生化学反应而形成羟基磷灰石覆盖层。

这两类材料和组织间的键接都是通过其表面的羟基磷灰石层发生的。另外，可吸收生物陶瓷如磷酸三钙等，由于在体内被逐步降解吸收并随之成新生组织所替代，所以也被认为是生活活性陶瓷1。

用途主要用于人工骨、人工关节、人工种植牙等。现已开发出具有较好组织相容性的羟基磷灰石陶瓷、活性氧化铝铡玉、β-磷酸三钙多孔陶瓷等材料，但对这类材料的生物活性表征及生物活性的可信赖机理、应力传递时弹性模量的不匹配效应、生物活性界面键合的长期稳定性等问题仍需进一步解决2。

产品分类1、水热法制备生物活性玻璃陶瓷

采用水热法合成了Ca-P-Si-Na生物活性玻璃陶瓷。实验首先将质量分数为49.6%SiO2，22.9%CaO，21.5%Na20，6.0%P2O5生料置于聚氨酯球磨罐里混合球磨5h，然后施以5～20MPa的压力压制成块，置于高压釜内在200～250%水热处理12～72h。样品检测采用体外实验（in vitro）方法，通过把样品在模拟体液里浸泡不同的时间，观察其表面反应特征；采用XRD分析产物的晶相和FTIR转换红外光谱表征其生物活性，以及采用SEM研究了材料的微观结构。结果表明：该生物活性玻璃陶瓷的主晶相是Na2CaSi3O8；玻璃陶瓷的生物活性基于磷灰石相的存在。

2、磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷

磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷是近年发展起来的优良骨修复支架材料,可为种子细胞提供良好的生长环境。但是细胞与载体的相互作用及变化机制尚未完全清楚。

目的：考察溶胶-凝胶法制备的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷对谷氨酸的吸附行为，探讨温度、溶液pH值、质量浓度对谷氨酸吸附量的影响。

设计、时间及地点：观察实验，于2008-03/09在四川大学材料科学与工程学院完成。材料:用溶胶-凝胶法制备的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷。

方法：将片状磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷浸泡于谷氨酸溶液中，改变谷氨酸溶液质量浓度、pH值、温度等吸附条件。主要观察指标:测量不同条件下的谷氨酸吸附量。

结果：

①磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷初次对谷氨酸吸附时，属于Freundlich型吸附，包括物理吸附和化学吸附。

②谷氨酸较适宜的吸附条件为pH3.4或者8，温度为37℃左右。

结论：磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷对谷氨酸的吸附受溶液pH值、温度、谷氨酸质量浓度等因素的影响，且存在一定的规律。

3、烧结法制备生物活性玻璃陶瓷

以氧化锆为成核剂，采用烧结法制备了基玻璃化学组成为49.6%（质量分数，下同）SiO2，21.7%CaO，22.7%Na2O，6.1% P2O5的生物活性玻璃陶瓷材料。通过XRD、TF-XRD、SEM等测试分析对其物相及生物活性进行了研究。结果表明：在基玻璃中引入适量的氧化锆,可获得物相组成良好的材料，且该材料具有较高的生物活性3。

生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷包括表面活性玻璃、表面活性玻璃陶瓷和羟基磷灰石3种类型。它们的共同特点是：它们与原骨相结合时，在界面处无纤维状的组织，它们的表面可与生理换进发生选择性的化学反应，所形成的界面能保护移植物而防止降解。特别要指出的是它们的化学成分与动物的骨头和牙齿等硬组织相似，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；它们之间具有良好的化学亲和性。这类材料对动物体无毒、无害、无致癌作用，生物相容性极佳1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学