生物陶瓷(Bioceramics)是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體直接相關的生物、醫用、生物化學等的陶瓷材料。生物陶瓷主要是用于人體硬組織修復和重建的陶瓷材料，與傳統的陶瓷材料不同，它不單指多晶體，而且包括單晶體、非晶體生物玻璃和微晶玻璃、涂層材料、梯度材料、無機與金屬的復合、無機與無機、無機與有機或生物材料的復合材料。它不是藥物，但它可作為藥物的緩釋載體；它們的生物相容性和磁性或放射性，能有效地治療腫瘤。在臨床上已用于髖、膝關節、人造牙根、牙嵴增高和加固、頜面重建、心臟瓣膜、中耳聽骨等，從而在材料科學和臨床醫學上確立了“生物陶瓷”這一術語。它涉及材料科學、生物物理、生物化學、臨床醫學等，是材料科學與臨床醫學的交叉學科。艾邦建有醫用陶瓷產業微信群，歡迎產業鏈上下游企業加入，長按識別下方二維碼即可加入。
作為生物陶瓷材料，需要具備如下條件：生物相容性，力學相容性，與生物組織有優異的親和性，抗血栓，滅菌性并具有很好的物理、化學穩定性。應用于臨床的生物陶瓷必須是安全無毒的，根據它們與組織的效應，分為三類:
(1) 惰性生物陶瓷，在生物體內與組織幾乎不發生反應或反應很小，例如氧化鋁陶瓷和藍寶石、碳、氧化鋯陶瓷，氮化硅瓷等。(2) 活性生物陶瓷，在生理環境下與組織界面發生作用，形成化學鏈結合，系骨性結合。如羥基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃，生物活性微晶玻璃。(3) 可被吸收的生物陶瓷，這類陶瓷在生物體內逐漸降解，被骨組織吸收，是一種骨的重建材料，例如磷酸三鈣等。圖? LithaBone HA 480材料3D 打印骨骼替代物，來源：Lithoz(1) 能承受負載的矯形材料，用于骨科、牙科及頜面外科的有：Al2O3陶瓷，穩定 ZrO2 陶瓷，PE-HA 復合材料，具有生物活性表面涂層 (HAP、生物活性玻璃、生物微晶玻璃) 的相應材料。(2) 種植齒：Al2O3?陶瓷，HAP 陶瓷， HAP-氟聚合物-金屬的復合材料，生物活性玻璃，活性涂層材料(HAP、生物玻璃)。(3) 牙槽增高：Al2O3陶瓷，HAP 與自身骨的復合材料，HAP-PLA 復合材料，生物活性玻璃，自固化磷酸鹽水泥和玻璃水泥。(4) 耳鼻喉科：Al2O3陶瓷，HAP陶瓷，生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃，磷酸鹽陶瓷。(6) 人工心臟瓣膜：熱解碳涂層(抗凝血，摩擦系數小)。(7) 可供組織長入的涂層(心血管、矯形、牙、頜面修復)：多孔Al2O3陶瓷。(8) 骨的充填料：磷酸鈣及磷酸鈣鹽粉末或顆粒，β-TCP 顆料。(9) 清除牙周袋：HAP 粉體，HAP-PLA 復合材料。(10) 重建頜面：Al2O3陶瓷，HAP陶瓷，HAP-PLA 復合材料，生物活性玻璃。(11) 徑皮端子(腹透)：生物活性微晶玻璃，生物活性玻璃，HAP 陶瓷。(12) 矯形固定器：PLA-碳纖維，PLA-以玻璃為基體的磷酸鹽復合材料。(14) 眼科(義眼)：生物玻璃，多孔羥基磷灰石。1、生物惰性陶瓷
生物惰性陶瓷通常具有良好的生物相容性與穩定的物理化學性能，植入生物體后不發生反應或產生極小反應。生物惰性陶瓷有氧化鋁、氧化鋯以及醫用碳素材料等。這類陶瓷材料的結構都比較穩定，分子中的鍵合力較強，具有較高的強度、耐磨性及化學穩定性。①氧化鋁
氧化鋁(Al2O3)是生物惰性陶瓷中具有代表性的。1933 年 Rock 首先建議將Al2O3陶瓷用于臨床醫學。1963 年由 Smith 用于矯形外科。自此以后，Al2O3陶瓷用于人造牙根、髖關節、膝關節、髁骨、中耳聽骨，在臨床上逐漸推廣應用，成為醫用生物陶瓷中的一種重要材料。生物陶瓷使用的是最為穩定的α-Al2O3相，其晶型結構為斜方六面體，在人體內能夠穩定存在，同時不與強酸強堿發生反應，具有高強度、低磨損率與良好的生物相容性。但隨著陶瓷材料自身所具有的脆性和自身裂紋擴展，患者失敗案例也有過報道，因此，氧化鋁陶瓷材料作為種植體的可靠性仍然需要不斷提高。通過在氧化鋁中添加增韌材料，可明顯改善這一現象。其中氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷被證明具有較好的增韌效果，將氧化鋁的穩定性和氧化鋯的強度相結合，一旦出現裂痕擴散，氧化鋯顆粒會產生氣囊效應，吸收外界應力，板狀晶體抑制裂紋擴展，從而增強強度和韌性。②氧化鋯
氧化鋯(ZrO2)是生物陶瓷的另一個代表，可以用于關節處替代物。在機械強度和斷裂韌性方面，氧化鋯陶瓷要比氧化鋁陶瓷更加優異。氧化鋯具有三種晶型，包括：單斜相、四方相與立方相。在低溫環境下，單斜相是最穩定的。在發生相變的過程中會產生體積變化，亞穩態四方相在轉變為單斜相時，會發生體積增大，這一現象會阻止裂紋進一步擴展。在氧化鋯三種晶型中，四方相具有較好的力學強度，能夠滿足生物陶瓷在力學強度的要求，所以在生物醫學材料領域得到廣泛應用。到目前，亞穩態氧化鋯由于其優越的韌性特性與力學強度，逐漸成為氧化鋁的代替材料。向氧化鋯中添加氧化釔，能夠形成穩定的四方相或者立方相，阻止其向單斜相的轉變。對于釔穩定氧化鋯生物陶瓷材料，植入患者體內后具有很好的斷裂韌性。氧化鋯骨科植入物的使用可以減少摩擦力和聚乙烯碎屑的出現，并且摩擦性能比氧化鋁更優越。生物吸收材料是一種暫時性的骨替代材料。植入體內后材料逐漸被吸收，同時新生骨逐漸長入而替代之。這種效應也稱之為降解效應。生物降解(可吸收)陶瓷在臨床上主要用作治療臉部和頜部的骨缺損，填補牙周的空洞及與有機或無機物復合制作人造肌腱及復合骨板，還可作為藥物的載體。最早應用的降解材料是石膏。1892 年Dreesman 第一次用石膏作骨填充材料。石膏的生物相容性較好，但吸收速度太快，通常在新骨未長成就消耗殆盡，造成塌陷，因此在許多情況下是不成功的。目前廣泛應用的生物降解陶瓷為β-三磷酸鈣(β-TCP)，是一種可以緩慢降解的陶瓷，具有良好的生物相容性并在骨科領域應用廣泛，但機械強度偏低，經不起力的沖擊。將β-TCP與其他材料混合制成雙相或多相陶瓷，是提高其力學強度的方法之一。從理論上講，可降解生物材料是較理想的生物修復材料。因為材料在生物體內被逐漸吸收，從而被新生骨組織替代，達到安全、永久的骨重建。但因磷酸鈣陶瓷的初始機械強度低，應用受限制，加之降解速度還是較難控制，其產骨性和骨誘導性也不強，常會出現溶解速度與新骨生長速度不匹配，導致局部塌陷。3、生物活性陶瓷
生物活性陶瓷通常指能夠通過化學鍵的形式和骨組織、軟組織互相結合的陶瓷材料。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、羥基磷灰石陶瓷等。①羥基磷灰石(HA)
羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）組成與天然磷灰石礦物相近，是人體骨骼和牙齒的主要成分，其化學式是 Ca10(PO4)(OH)2，密度為 3.16 g/cm3。HA有良好的生物相容性，植入體內不僅安全無毒，還能傳導骨生長，作為骨代替物被用于骨移植。②生物玻璃陶瓷
生物玻璃陶瓷的主要成分是?CaO-Na2O-SiO2，比普通窗玻璃含有較多鈣和磷，能與骨自然牢固地發生化學結合。它具有區別于其他生物材料的獨特屬性，能在植入部位迅速發生一系列表面反應，最終導致含碳酸鹽基磷灰石層的形成。生物玻璃陶瓷的生物相容性好，材料植入體內，無排斥、炎性及組織壞死等反應，能與骨形成骨性結合；與骨結合強度大，界面結合能力好，并且成骨較快。目前此種材料已用于修復耳小骨，對恢復聽力具有良好效果。但由于強度低，只能用于人體受力不大的部位。生物惰性陶瓷與生物活性陶瓷兩者的區別在于是否能夠在骨與陶瓷之間形成一個整體。當生物惰性陶瓷植入患者體內，軟組織會與其發生作用，致新骨內生長與結合。生物活性陶瓷能夠產生新骨，但是與生物惰性陶瓷相比，其力學性能較差。2.生物陶瓷3D打印技術研究進展與趨勢，王真,等.
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原文始發于微信公眾號（陶瓷科技視野）：一文了解醫用生物陶瓷及臨床應用
