古老而新兴的陶瓷

2古老而新兴的陶瓷

陶瓷作为一种古老的工艺材料，已有数千年的历史，人们在日常生活中随处可见。陶瓷由于其性质稳定，有较好的耐磨性，很早以前人们就开始用陶瓷来制作义牙。陶瓷是一种硬组织生物材料，其特性与骨组织及牙齿十分相似，因此陶瓷作为生物材料在骨、关节及齿料方面有广泛的用途，用作生物材料的陶瓷又称生物陶瓷或活性陶瓷，主要用于齿科和骨科的修复和植入。

生物陶瓷有各种不同的成分。用普通生物陶瓷制作义牙，其硬度和耐磨性比树脂好。接近惰性的生物陶瓷植入人体后表面生成很薄的纤维生物膜，生物相容性好。多孔的陶瓷表面有利于骨组织附着生长。单晶氧化铝陶瓷是通过火焰融熔法制造的，强度很高，耐磨性好，可精细加工，制成人工牙根、骨折固定器等，日本和我国已开始试用。氧化铝粉末烧结的多晶氧化铝陶瓷，即刚玉，强度大，可行细加工，用于制作人工牙根、股关节等。复合结构的髋关节，外壳为带有多孔表面涂层的纯刚玉，内芯为合金。此外还有微晶陶瓷，可用于制作人工股关节。

有一种生物陶瓷，主要成分为天然长石。其粉末中掺入微量的荧光物质后，涂在齿形上，经高温烧制成白色陶瓷片，用树脂将它粘到变黄的牙齿上，可使用5年，并可更换，国外开始盛行。用等离子喷涂技术将氧化铝或氧化锆涂到金属义牙表面，再涂瓷釉，制成烤瓷牙，经久耐用。

以磷酸钙为主要成分的生物活性陶瓷植入后，可以降解吸收并诱导骨质生长，有各种组成型式，如磷酸三钙、磷酸铝酸钙等。将其粉末与萘混合，经760℃烧结4小时后成为多孔植入元件。

日本学者将孔径0.8微米（1微米=10⁶米）的硅铝陶瓷片作为血浆过滤膜。用过之后以900℃的电热加热，可重新使用。

人牙和骨骼的主要成分是羟基磷灰石。碳酸钙和磷酸在100℃高温烧结而得到合成羟基磷灰石，生物相容性良好，骨组织很容易在其表面生长。可用以制作植入元件或其他材料植入元件的表面涂层。1973年东京医科齿科大学研制的生物玻璃，可切削加工成各种植入元件，与聚乳酸和抗癌剂混合制成复合人工骨，可用于恶性肿瘤缺损部位的修补。羟基磷灰石与聚甲基丙烯酸羟乙酯的混合物可用以制作人工中耳骨。

此外，还有一种生物硬组织材料已被广泛应用于临床，这就是钛及钛合金。钛表面易氧化生成很致密的二氧化钛氧化膜，耐腐蚀性极好。钛比重轻，为其他金属材料的一半，表面与生物体组织的相容性好，与生物界面结合牢固，是理想的植入材料，已列入ISO标准。纯钛的强度较低，加入铝和钡，制成钛合金，强度明显提高，缺点是难加工。钛主要用于人工牙根、人工下颌骨，颅骨修复（网状物）、心脏瓣膜支架，脑动脉瘤止血夹等。用于人工关节尚有争议，因其耐磨性较差，植入周围组织容易变黑。但因其表面生物相容性良好，可用带螺丝的钛紧固体将人工关节与骨连接起来。此外用钛安装假耳的方法正在试验之中。

1958年美国海军武器实验室的布埃勒（Buehler）在研究镍钛合金时发现记忆合金，它具有“形状记忆”或“机械记忆”的性质，即当该合金在低于某一温度（逆转温度）时，它具有可塑性，可以改变其形状，如高于这一温度则不能，并恢复原来的形状，伴随着甚大的回复力而完成较大的机械功。人们巧妙地利用这个转变过程，首先应用于工业和航天技术，20世纪70年代以来在医学上应用。美国有专门的厂商生产齿科镍钛记忆合金矫形弓丝。最常用的镍钛合金含镍量54%～56%。它在低于其逆转温度时具有高度的延性，可在700～1 400克/平方厘米应力下发生塑性变形。在逆转变温度以上时，变得相当坚硬，其强度高于钴基合金，耐磨性优于钛合金和不锈钢，耐腐蚀性与钛相当，没有磁性。经过系统的生物医学评价试验，证明具有良好的生物相容性，可用作植入材料。

1978年我国上海钢铁研究所与上海第二医学院等单位对镍钛记忆合金进行了大量的研究。例如，上海钢铁研究所研制的镍钛合金，含镍56%，含钛44%，在0～5℃冰水中变软，可以任意改变形状。当它放入人体中恢复到37℃以上时，即恢复原来的形状。这个过程能可逆地重复数百万次，可制成各种植入元件用于齿科和骨科的矫形和固定等。