1第三章生物醫(yī)用無機(jī)材料1808年，陶齒用于鑲牙；1892年，Dreesman發(fā)表了用熟石膏作為骨的缺損填充材料，但存在易消耗，以致不能起作用；1963年，Smith發(fā)展了陶瓷骨替代材料，多孔鋁酸鹽材料；1969年，Hench教授研制了生物玻璃，開創(chuàng)了生物活性材料；1970年以后，Smith開創(chuàng)，Driskell深入研究，可吸收陶瓷β-Ca3(PO4)2；近年來，納米生物醫(yī)用無機(jī)材料得到快速的發(fā)展。一、生物醫(yī)用無機(jī)材料的發(fā)展概況1第三章生物醫(yī)用無機(jī)材料1808年，陶齒用于鑲牙；一、生2生物醫(yī)用無機(jī)材料（一）良好的生物相容性（二）雜質(zhì)元素及溶出物含量低：As，Cd，Hg，Pb及重金屬（三）有效性（四）成型加工性能（五）良好的耐消毒滅菌性：高壓蒸汽消毒，環(huán)氧乙烷滅菌，輻射滅菌二、基本要求與條件2生物醫(yī)用無機(jī)材料（一）良好的生物相容性二、基本要求與條件3常見生物醫(yī)用材料比較特性金屬高分子無機(jī)非金屬生物惰性生物活性可降解成分與骨不同與骨不同與骨不同與骨相似與骨相似和骨組織結(jié)合不不不結(jié)合骨置換毒性溶解離子有毒溶解增塑劑有害一般沒有一般沒有一般沒有破壞方式一般不斷裂難斷裂破斷破斷破斷破壞強(qiáng)度大（一般無問題）——中（要提高）一般較低（必須提高）一般較低（必須提高）彈性模量大小大中中抗腐蝕性較差良好良好良好良好加工性良好良好——較好較好生物相容性————良好良好良好溶解性很小很小很小較小小3常見生物醫(yī)用材料比較特性金屬高分子無機(jī)非金屬生物惰性生物活4三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按成分和性質(zhì)生物陶瓷材料：氧化鋁，羥基磷灰石陶瓷生物玻璃材料：45S5玻璃生物玻璃陶瓷：DICOR玻璃陶瓷骨水泥：磷酸鈣骨水泥復(fù)合無機(jī)材料：碳纖維增強(qiáng)無機(jī)骨水泥4三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按成分和性質(zhì)生物陶瓷材料：氧化鋁，5三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類天然生物礦物：鈣化的貝殼與珍珠合成生物醫(yī)用材料：TCP-人工骨生物衍生材料：經(jīng)處理的天然生物礦物按來源按臨床用途肌肉-骨骼系統(tǒng)：熱解碳纖維軟組織：跟腱的碳纖維骨科，牙科：磷酸鈣陶瓷，生物玻璃心臟，血管：血管用碳質(zhì)材料藥物控釋載體：磁性微珠臨床診斷及生物傳感器：陶瓷溫度傳感器材料5三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類天然生物礦物：鈣化的貝殼與珍珠按來6三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平生物惰性：氧化鋁，氧化鋯陶瓷。。。生物活性：羥基磷灰石陶瓷，45S5生物可降解性：可溶性鋁酸鈣陶瓷無機(jī)納米材料：納米Fe2O3隨著生物醫(yī)用材料以及其它學(xué)科的發(fā)展，尋找更合理的分類，也是研究的一項(xiàng)重要課題。6三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平73.1骨水泥甲基丙烯酸甲酯（PMMA）磷酸鈣骨水泥（CPC）磷酸鎂水泥（MPC）Polymethylmethacrylate(PMMA)Calciumphosphatecement(CPC)Magnesiumphosphatecement(MPC)骨水泥----作為人工合成替代材料中的重要成分，是一種新型骨修復(fù)材料，在硬組織缺損修復(fù)和固定移植體過程中起著不可低估的地位。Problelms:5-10年松動率高達(dá)24-30%，與人體骨形成非骨性結(jié)合；生物相容性差；單體的毒性；過敏致腫瘤等最近，將具有生物活性的無機(jī)顆粒或纖維增強(qiáng)的高分子骨黏合劑加入PMMA提高其生物相容性。73.1骨水泥甲基丙烯酸甲酯（PMMA）磷酸鈣骨水泥（C83.1骨水泥骨水泥作為一種醫(yī)用材料，必須滿足如下要求：1，漿體易成型，可填充不規(guī)則的骨腔；2，在環(huán)境中能自行凝固，硬化時間要合理；3，有優(yōu)良的生物活性和骨誘導(dǎo)潛能；4，良好的機(jī)械性能和耐久性能；5，無毒和具有免疫性。83.1骨水泥骨水泥作為一種醫(yī)用材料，必須滿足如下要求：93.1骨水泥骨---是由堅(jiān)硬的礦物質(zhì)（羥基磷灰石結(jié)晶，即磷酸鈣和氫氧化鈣的復(fù)合物）和骨膠的有機(jī)質(zhì)結(jié)合而構(gòu)成。羥基磷灰石具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性與骨誘導(dǎo)性,因此被廣泛應(yīng)用于人工骨的制造。

一、自固化磷酸鈣骨水泥

海珊瑚具有與人骨相類似的孔隙結(jié)構(gòu)，可以作為骨植入材料，但質(zhì)地脆、吸收快，只具支架和骨引導(dǎo)，無骨誘導(dǎo)能力。由仿生思想的啟示，1986年，美國齒科協(xié)會科學(xué)家L.C.Chow和W.E.Brown發(fā)明了磷酸鈣骨水泥，1996年FDA批準(zhǔn)CPC可以用于非承重骨的骨缺陷治療。

93.1骨水泥骨---是由堅(jiān)硬的礦物質(zhì)（羥基磷灰103.1骨水泥磷酸鈣骨水泥：20世紀(jì)80年代中期，Brown及Chow發(fā)現(xiàn)由幾種磷酸鈣鹽組成的混合物能在人體環(huán)境和溫度下自行硬化，水化硬化過程基本不放熱，其水化成分最終轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）。由此可構(gòu)成類似于硅酸鹽水泥樣的磷酸鈣水泥，用于人體骨的修復(fù)，故稱磷酸鈣骨水泥。由于其具有在人體自行固化的特性，因此又稱自固化磷酸鈣人工骨。目前，骨水泥成為材料界與醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一。特點(diǎn)：自行硬化、塑形容易、與人體相容的特性等。103.1骨水泥磷酸鈣骨水泥：20世紀(jì)80年代中期，Br113.1骨水泥（一）組成和水化機(jī)制

化學(xué)成分：CPC由固相和液相兩部分組成。其中，固相至少包含除HAP外的兩種磷酸鈣鹽，這些磷酸鈣鹽包括：磷酸四鈣（tetraxalciumphosphate，TECP，Ca4(PO4)2O）β磷酸三鈣（tricalciumphasphate，β–TCP，Ca3(PO4)2）二水磷酸氫鈣（dicalciumphosphatedihydrate，DCPD，CaHPO4·2H2O）無水磷酸氫鈣（dicalciumphosphateanhydrous，DCPA，CaHPO4）磷酸二氫鈣（monocalciumphosphatemonohydrate,MCPM,Ca(H2PO4)2）磷酸八鈣（octacalciumphosphate，OCP，Ca8H2(PO4)6）固相中鈣磷比通常介于1.3-2.0.

液相即固化液，多為低濃度的磷酸或磷酸鹽溶液，或蒸餾水、生理鹽水或手術(shù)部位的血液等。根據(jù)組成不同，分為純CPC與功能性CPC（如添加藥物、生物活性因子、抗水劑等）。113.1骨水泥（一）組成和水化機(jī)制化學(xué)成分：CPC由123.1骨水泥CPC的水化機(jī)制：

自行固化是骨水泥區(qū)別于其它生物材料（如生物陶瓷、生物玻璃等）的最主要特征之一。CPC固化并最終轉(zhuǎn)化為HAP，原理是基于不同磷酸鈣鹽在水中溶解度的差異。在pH=4.2-11范圍內(nèi)，HAP在水中的溶解度最小，熱力學(xué)最穩(wěn)定，其它磷酸鈣鹽在水中會趨向于向HAP轉(zhuǎn)化：5Ca3(PO4)2+3H2O3Ca5(PO4)3OH+H3PO45Ca8H2(PO4)6·5H2O8Ca5(PO4)3OH+6H3PO4+17H2O5CaHPO4+H2OCa5(PO4)3OH+2H3PO43Ca4(PO4)2O+3H2O2Ca5(PO4)3OH+2Ca(OH)2123.1骨水泥CPC的水化機(jī)制：5Ca3(PO4)2+133.1骨水泥CPC固化為HAP的過程：

CPC粉末與固化液接觸，磷酸鈣鹽先溶解，在顆粒間結(jié)晶出細(xì)針狀HAP。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，HAP細(xì)小晶體不斷長大并互相交聯(lián)接觸。晶體越大，接觸點(diǎn)數(shù)量越多，固化體越堅(jiān)硬，其強(qiáng)度與HAP生成率正比。單一磷酸鈣鹽水化時環(huán)境產(chǎn)生偏酸或堿，導(dǎo)致水化反應(yīng)終止，其礦化能力相當(dāng)有限，CPC是幾種磷酸鈣鹽的混合物。

133.1骨水泥CPC固化為HAP的過程：單一磷酸鈣鹽水143.1骨水泥（二）CPC的材料學(xué)性能

CPCA輕松的形狀可塑性能B奇特的自行固化性能C優(yōu)異的生物相容性能D良好的體內(nèi)降解性能E合理的凝結(jié)時間、較高的強(qiáng)度、良好的抗水性以及微觀結(jié)構(gòu)143.1骨水泥（二）CPC的材料學(xué)性能CPCA輕松的153.1骨水泥國內(nèi)外學(xué)者對該材料性能的優(yōu)化研究，取得了一定的進(jìn)展。凝結(jié)時間-----指可塑漿體變成不再可塑時的時間，用標(biāo)準(zhǔn)稠度和凝結(jié)時間測定儀測定。其數(shù)值取決于-----材料組分、固相顆粒的大小和形態(tài)、固液比及環(huán)境溫度等。譬如：減小磷酸鈣鹽的粒徑，將使凝結(jié)時間顯著縮短；HAP晶種的存在將大大縮短CPC的凝結(jié)時間；可溶性磷酸鹽的引入增大水化過程中過飽和度，提高反應(yīng)力，加速固化；F-離子可促進(jìn)水產(chǎn)物向比HAP更穩(wěn)定的氟磷灰石（fluorapatite，F(xiàn)AP）轉(zhuǎn)化，起到快凝的效果。153.1骨水泥國內(nèi)外學(xué)者對該材料性能的優(yōu)化研究，取163.1骨水泥2.強(qiáng)度-----

抗壓強(qiáng)度是衡量CPC在體內(nèi)硬化后抗負(fù)載能力的指標(biāo)。CPC固化4h后可基本達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度，一般為30-50MPa。目前報(bào)道最高為70MPa。提高CPC抗壓強(qiáng)度，可通過：選擇合適的制備條件，控制漿體微結(jié)構(gòu)的初始特征及演變過程，使其向提高強(qiáng)度的方向變化；減小大孔尺寸和數(shù)量，提高顆粒結(jié)合強(qiáng)度；與添加劑復(fù)合，利用顆粒增強(qiáng)、纖維增強(qiáng)和原位增強(qiáng)來提高強(qiáng)度。3.自行固化和任意塑形----

CPC粉末與固化液調(diào)和后的糊狀物，自行固化，凝結(jié)時間為3-15min；可塑性強(qiáng)，固化過程不放熱，與骨直接黏結(jié)，對周圍組織無傷害。163.1骨水泥2.強(qiáng)度-----173.1骨水泥4.微觀結(jié)構(gòu)-----

材料的微觀結(jié)構(gòu)是影響其力學(xué)性能的重要因素，孔徑大小和孔隙率測定能反映CPC內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)。微孔半徑平均為2-100nm。

固化體微孔結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度影響明顯：

微孔孔徑越大，孔隙率越高，CPC強(qiáng)度則越小；較小的孔徑、較低的孔隙率雖能獲得較高的強(qiáng)度，但不利于新骨的長入。173.1骨水泥4.微觀結(jié)構(gòu)-----183.1骨水泥5.抗水性是指CPC在血液、生理鹽水的靜水壓力下抗?jié)B防水的能力，對于大量出血的外科手術(shù)，這一性能顯得尤為重要。

增強(qiáng)CPC抗水性的添加物應(yīng)符合以下條件：防止調(diào)和物在水中潰散；不應(yīng)影響調(diào)和物轉(zhuǎn)化為HAP；不降低CPC固化體的強(qiáng)度；不影響調(diào)和物的可操作性；具有至少與磷灰石相似的良好生物相容性；應(yīng)在較短時間內(nèi)吸收。

如：海藻酸鈉是目前公認(rèn)的優(yōu)良抗水劑。海藻酸鈉：由a-L-甘露糖醛酸(M單元)與b-D-古羅糖醛酸(G單元)依靠1,4-糖苷鍵連接并由不同GGGMMM片段組成的共聚物。

183.1骨水泥5.抗水性海藻酸鈉：由a-L-甘露糖醛193.1骨水泥（三）CPC的生物學(xué)性能

安全性相容性材料無毒，無致癌、致突變、致畸形，與有機(jī)體親和性好，植入后不引起異物反應(yīng)，同時有引導(dǎo)新骨生成的功能。成骨效應(yīng)在于其骨引導(dǎo)活性，新骨以爬行替代的方式生長，植入體與骨組織形成骨性連接。降解性能材料植入骨組織后，通過體液溶解或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生骨組織所取代，而材料只起臨時支架作用。193.1骨水泥（三）CPC的生物學(xué)性能安全性材料無毒203.1骨水泥（四）新型CPC的研制藥物控釋骨水泥注射型骨水泥抗水快凝骨水泥生物活性骨水泥多孔磷酸鈣骨水泥203.1骨水泥（四）新型CPC的研制藥物控釋骨水泥注射213.1骨水泥（五）CPC的臨床應(yīng)用研究骨科：

在骨缺損填充、修復(fù)等方面有較廣泛應(yīng)用。

如：羥基磷灰石/膠原類骨仿生復(fù)合材料--增加其強(qiáng)度和韌性，更接近人骨。臨床應(yīng)用口腔科：主要應(yīng)用于：根管填充、蓋髓、髓底修復(fù)和牙槽骨骨缺修復(fù)及人工牙種植。213.1骨水泥（五）CPC的臨床應(yīng)用研究骨科：臨床應(yīng)用22經(jīng)皮椎體成形術(shù)：

（1）穿刺針經(jīng)椎弓根穿至病變椎體內(nèi)

（2）注入骨水泥，從而加固病變椎體

3.1骨水泥22經(jīng)皮椎體成形術(shù)：（1）穿刺針經(jīng)椎弓根穿至病變椎體內(nèi)（233.1骨水泥二、磷酸鎂水泥

磷酸鎂骨水泥（MPC）：是一類反應(yīng)型膠黏劑，具有同CPC材料相似的特性，其快凝、高早強(qiáng)的特性恰好能彌補(bǔ)CPC材料在這方面的不足。特點(diǎn)：水化產(chǎn)物為磷酸鎂銨之類的生物礦石，且水化過程中的放熱速率可由鎂化合物的水化活性來調(diào)節(jié)。目前，對于MPC的國內(nèi)外研究都集中在非生物材料領(lǐng)域，作為生物材料，國內(nèi)未見報(bào)道，而國外也僅有零星報(bào)道。233.1骨水泥二、磷酸鎂水泥磷酸鎂骨水泥（MPC）：243.1骨水泥（一）MPC的制備工藝

MPC具有獨(dú)特的水硬性質(zhì)---可控的快凝和高早強(qiáng)特性。

MPC體系由固液兩相組成，其中固相包括：氧化鎂、磷酸鹽和緩凝劑。氧化鎂---由氫氧化鎂或堿式碳酸鎂經(jīng)高溫煅燒制得，具有化學(xué)活性，溫度升高，活性下降；

磷酸鹽---由堿金屬和銨的酸式磷酸鹽，特別是磷酸二氫鹽、正磷酸鹽、焦磷酸鹽及聚磷酸鹽的混合溶液，以及磷酸二氫鋁及磷酸等組成。其中氧化鎂相對磷酸二氫銨應(yīng)是過量，若前者過量太少，材料強(qiáng)度衰減太快；過量太多，反應(yīng)速度太快，放熱快。

緩凝劑---控制水化反應(yīng)速率的有效方法，且與其用量有關(guān)。如硼砂等。243.1骨水泥（一）MPC的制備工藝25（二）MPC的反應(yīng)機(jī)制MPC粉末與固化液的反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的酸堿反應(yīng)。酸性磷酸二氫銨迅速溶解，達(dá)到飽和狀態(tài)，其反應(yīng)如下：

NH4H2PO4NH4++PO43-+2H+NH4H2PO4NH4++HPO42-+H+NH4H2PO4NH4++H2PO42-

MgO是微溶于水的，在H+和水分子的作用下向溶液中釋放Mg2+和OH-：

MgO+H2OMgOH-+OH-MgOH++2H2OMg(OH)2+H3O+Mg（OH）2Mg2++2OH-結(jié)果：NH4+和PO43-通過氫鍵與形成的正八面體[Mg(H2O)6]2+相連接，形成NH4MgPO4*6H2O。3.1骨水泥25（二）MPC的反應(yīng)機(jī)制MPC粉末與固化液的反應(yīng)是在溶液中26（三）MPC的性能凝結(jié)時間----通常以初凝時間來衡量，即水泥由塑性漿體轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂圆牧系臅r間。影響MPC凝結(jié)時間（1min-1h）的影響因素：如緩凝劑的量、MgO的粒度及反應(yīng)溫度、固液比等。該水化反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱的，即使在零下10度1h內(nèi)也會固化凝結(jié)。強(qiáng)度----是衡量MPC材料的另一重要指標(biāo)。磷酸鎂水泥的強(qiáng)度與水化產(chǎn)物相互交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和在空間的分布有關(guān)。含鈣磷酸鎂水泥用于牙齒修復(fù)，表現(xiàn)出毒性低且具有良好的生物相容性、可降解性。3.1骨水泥26（三）MPC的性能凝結(jié)時間----通常以初凝時間來衡量，273.2生物陶瓷一、生物陶瓷的發(fā)展概況

生物陶瓷材料----指與人體工程相關(guān)的，可用于人體組織修復(fù)的一類陶瓷材料。人類早期的修復(fù)材料：自然礦物、象牙、貴金屬、自體骨和異體骨。生物陶瓷：來源豐富，優(yōu)良的植入性能，理想的生物體植入材料。特點(diǎn)：在人體內(nèi)部理化性能穩(wěn)定，良好的生物相容性；其性能可通過成分設(shè)計(jì)來控制；容易成形；容易著色。貴金屬：金、銀鉑及其合金。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、無毒、刺激小、耐腐蝕等；缺點(diǎn)：不具有生物活性及生物降解性，過高的強(qiáng)度影響其周圍組織及人體活動。273.2生物陶瓷一、生物陶瓷的發(fā)展概況生物陶瓷材料-28二、類別生物惰性陶瓷氧化鋁、氧化鋯生物陶瓷、醫(yī)用碳素材料生物活性陶瓷羥基磷灰石（HAP）、生物活性玻璃陶瓷可吸收生物陶瓷β磷酸三鈣陶瓷、磷酸鈣陶瓷、磷酸鈣生物陶瓷生物陶瓷3.2生物陶瓷28二、類別生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷生物陶瓷329生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷與組織幾乎不發(fā)生化學(xué)變化的材料，其引起的組織反應(yīng)主要為材料周圍會形成厚度不同的包裹性纖維膜。用途：人體骨骼、關(guān)節(jié)及齒根以及人工心臟瓣膜等能與有機(jī)體組織在界面上實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵合的生物陶瓷。優(yōu)點(diǎn)：材料表面形成能與骨組織以化學(xué)鍵結(jié)合的生物性碳酸羥基磷灰石（HCA）、耐久力和抗疲勞性能。用途：牙科和整形外科植入體等。在生理環(huán)境作用下能逐漸降解和被吸收的生物材料。優(yōu)點(diǎn)：暫時性的替代材料、優(yōu)良的生物相容性、生物活性、可降解性和一定的機(jī)械性。用途：骨缺損修復(fù)、牙槽增高、耳聽骨替換、人造肌腱等3.2生物陶瓷什么是活性？29生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷與組織幾乎不發(fā)生化30三、典型的生物陶瓷材料

生物惰性陶瓷------氧化鋁陶瓷：α氧化鋁陶瓷又稱剛玉，六方晶系晶型，高硬度高熔點(diǎn)。只有高強(qiáng)度、高密度、晶粒小且均勻的氧化鋁陶瓷才具有優(yōu)越性能，與有機(jī)體間實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖合；而多孔的氧化鋁陶瓷界面結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)于致密的氧化鋁陶瓷界面結(jié)合強(qiáng)度。氧化鋯陶瓷：螢石型結(jié)構(gòu)，有優(yōu)良的耐熱性、絕緣性、耐蝕性等。力學(xué)性能方面更由于氧化鋁陶瓷，如高抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性。3.2生物陶瓷30三、典型的生物陶瓷材料生物惰性陶瓷------3.231生物活性陶瓷------羥基磷灰石（HAP）：Ca10（PO4）6(OH)2，屬六方晶系，微溶于水。其脆性大、抗疲勞性能差、不用于承力部位的修復(fù)；其生物相容性和界面生物活性均優(yōu)于醫(yī)用鈦合金、硅橡膠等。研究表明：多孔HAP生物陶瓷（5-400um）更利于臨床應(yīng)用。可吸收生物陶瓷------β磷酸三鈣陶瓷：多孔型和致密型兩種，前者在生理環(huán)境中發(fā)生降解和吸收，實(shí)現(xiàn)降解吸收與新骨替換同步有待解決；而后者較穩(wěn)定，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性略高于HAP，為Al2O3的1/5，鈦合金的1/70。雙相生物陶瓷材料-------混合不同比例的HAP與β-TCP：生物相容性好、可降解性好、誘導(dǎo)成骨性好等，有望實(shí)現(xiàn)材料在體內(nèi)的降解速度與骨組織生長速度的匹配問題。3.2生物陶瓷31生物活性陶瓷------3.2生物陶瓷32四、生物陶瓷材料的應(yīng)用

硬組織耳鼻喉癌癥經(jīng)皮封接人造骨、人造關(guān)節(jié)(氧化鋁陶瓷)、人造齒根、種植牙、骨填充材料（HAP）、骨替代材料及骨結(jié)合材料等氧化鋁陶瓷、HAP陶瓷（具有優(yōu)良的聲學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)音效果等）最近研究表明：注射具有放射性陶瓷材料與癌病變部位，然后釋放放射物治療。注射鐵磁性的生物陶瓷材料。連續(xù)腹膜透析(致密燒結(jié)HAP替代硅膠)與經(jīng)皮切口輔助裝置配合，明顯延長了病人的壽命3.2生物陶瓷32四、生物陶瓷材料的應(yīng)用硬組織耳鼻喉癌癥經(jīng)皮封接人造骨、33氧化鋁：約1800~2000元。氧化鋯：約3000~12000元。鎳鉻合金：400~600元/單位

鈦合金：600~800元

純鈦：1000~1200元

貴金屬：1400~2000元

陶瓷優(yōu)點(diǎn)：不含金屬對X射線有透射性譬如：烤瓷牙3.2生物陶瓷33氧化鋁：約1800~2000元。氧化鋯：約3000~134五、生物陶瓷研究的發(fā)展方向（全部）

發(fā)展方向大孔可吸收生物陶瓷大孔徑（孔徑大于200um）較高孔隙率、生物相容性、活性、可吸收和骨傳導(dǎo)性金屬表面梯度活性陶瓷涂層等離子噴涂法制備生物涂層材料。骨組織工程生物陶瓷與生物技術(shù)的結(jié)合，如：引入活體細(xì)胞或生長因子，賦予其生物學(xué)功能，如促進(jìn)細(xì)胞分化與增值、誘導(dǎo)組織再生等生物活性復(fù)合陶瓷HAP+氧化物陶瓷=高強(qiáng)度、生物活性；無機(jī)陶瓷+高分子=好韌性、生物相容性；3.2生物陶瓷34五、生物陶瓷研究的發(fā)展方向（全部）發(fā)展方向大孔可吸收大353.3生物玻璃一、生物玻璃的概況

生物活性玻璃和微晶玻璃------特點(diǎn)：良好的生物相容性、生物活性和可加工性；表面活性材料，能與人體骨或軟組織形成生理結(jié)合。生物活性玻璃------組成：一般含有CaO、P2O5,部分含有SiO2、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、B2O3、TiO2等，玻璃網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體或磷氧四面體構(gòu)成，而堿金屬或堿土金屬氧化物為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體，網(wǎng)絡(luò)形成體之間通過橋氧連接，非橋氧則連接網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體原子；玻璃的生物活性：取決于橋氧和非橋氧的比例，因?yàn)閴A金屬和堿土金屬離子在水、酸等介質(zhì)存在時，易被溶出，釋放一價(jià)或二價(jià)金屬離子，使生物玻璃表面具有有限溶解性，即為玻璃生物活性的基本標(biāo)志。353.3生物玻璃一、生物玻璃的概況生物活性玻璃和微晶36二、常見的生物玻璃和生物微晶玻璃能與骨組織形成生理結(jié)合，且其結(jié)合力往往大于生物玻璃或骨組織的內(nèi)部結(jié)合力，甚至有些生物玻璃能與軟組織結(jié)合；

植入后表面溶解，并生成與組織緊密結(jié)合的碳酸羥基磷灰石（HCA）界面，其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)上均與骨組織中的礦化相相近，成骨細(xì)胞和新骨直接結(jié)合而不會在界面處產(chǎn)生纖維組織包囊。Hench教授研制的Bioglass生物活性玻璃Kokubo教授研制的Cerabone即A/W生物微晶玻璃Bromer教授Ceravital生物微晶玻璃、可切削微晶玻璃Bioverit

3.3生物玻璃36二、常見的生物玻璃和生物微晶玻璃能與骨組織形成生37（一）基于Bioglass的生物活性玻璃系統(tǒng)采用熔融法制備了一種能在生物體內(nèi)與自然骨牢固結(jié)合的玻璃。特點(diǎn)：高鈣磷比、SiO2的摩爾含量少于60%、Na2O和CaO含量較高。組成牙齒骨Bioglass45S5CeraboneBioveritKGCeraCeravitalCa2+（CaO）35.134.824.544.713-28P（P2O5）16.915.26.016.28-5530Ca/P(摩爾比)1.611.715.163.371.0Na+（NaO）0.60.924.50.03-184.8Mg2+（MgO）1.230.720.04.66-282.9K+(K2O)0.050.030.00.03-80.4CO32-5.67.40.00.00.00.0P2O74-0.100.07Si4+(SiO2)45.034.00-5046.2晶相磷灰石β硅灰石磷灰石金云母磷灰石3.3生物玻璃37（一）基于Bioglass的生物活性玻璃系統(tǒng)采用熔融法制38生物活性玻璃晶化后機(jī)械性能提高，但活性降低甚至變?yōu)槎栊云┤纾?5S5晶化后，隨著晶相含量的增加，HCA層開始生成的時間有8h增加到22h；當(dāng)晶相含量超過60%時，玻璃表面反應(yīng)的速度變得相當(dāng)緩慢。熔融法與溶膠-凝膠法制備的生物玻璃結(jié)構(gòu)與性能比較前者：玻璃密實(shí)無孔、比表面積小、活性較高（當(dāng)SiO2含量大于60%，玻璃無生物活性）；后者：過程---將醇鹽溶膠混合物經(jīng)水解和密實(shí)化后形成凝膠，再經(jīng)老化、干燥，最后在600-800度熱處理后得到生物玻璃。特點(diǎn)---大量孔徑5-100nm、比表面積提高上萬倍（降解速度和表面形成HCA層的速度也更快）、更高的生物活性（當(dāng)SiO2含量達(dá)77%時，仍然具有較高的生物活性）、處理溫度低和結(jié)構(gòu)性能易控制等。3.3生物玻璃38生物活性玻璃晶化后機(jī)械性能提高，但活性降低甚至變?yōu)槎栊云?9（二）基于CeraboneA/W生物活性微晶玻璃（A/W-GC）

Kokubo等在CaO-MgO-SiO2-P2O5-CaF2系統(tǒng)中制備出A/W生物微晶玻璃（玻璃粉末經(jīng)等靜壓、1050度處理后得無裂紋且密實(shí)均一的微晶）。組成牙齒骨Bioglass45S5CeraboneBioveritKGCeraCeravitalCa2+（CaO）35.134.824.544.713-28P（P2O5）16.915.26.016.28-5530Ca/P(摩爾比)1.611.715.163.371.0Na+（NaO）0.60.924.50.03-184.8Mg2+（MgO）1.230.720.04.66-282.9K+(K2O)0.050.030.00.03-80.4CO32-5.67.40.00.00.00.0P2O74-0.100.07Si4+(SiO2)45.034.00-5046.2晶相磷灰石（38%）β硅灰石（34%）磷灰石金云母磷灰石3.3生物玻璃39（二）基于CeraboneA/W生物活性微晶玻璃（A/40生物活性較高（高于燒結(jié)羥基磷灰石陶瓷）部分磷灰石轉(zhuǎn)變?yōu)棣?CaO，商品名為CeraboneA/W。植入體內(nèi)后，A/W-GC中玻璃相和硅灰石晶相溶出鈣和硅酸根離子，在表面形成一層類骨磷灰石結(jié)構(gòu)的Ca、P界面層，而磷灰石晶相與骨組織的結(jié)合不起作用。

A/W-GC機(jī)械性能最佳（在現(xiàn)有的生物活性玻璃中）粗糙的A/W-GC斷裂表面和β硅灰石晶體的析出，促使裂紋轉(zhuǎn)向或分支，有效地抑制了裂紋擴(kuò)張。晶相和組分對A/W-GC微晶玻璃機(jī)械性能和生物活性影響顯著SiO2增加、P2O5降低--------機(jī)械性能增加；生物活性取決于體內(nèi)表面形成磷灰石層的能力，而不是磷灰石晶相的含量。P2O5含量越少，生物活性越強(qiáng)；引入Al2O3，影響鈣和硅酸根離子的溶出，材料失活。3.3生物玻璃40生物活性較高（高于燒結(jié)羥基磷灰石陶瓷）3.3生物玻璃41（三）可切削生物微晶玻璃CaO-MgO-SiO2-P2O5-Al2O3-Na2O-K2O-F系統(tǒng)玻璃：云母晶體的層狀結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能；且Mg與Al離子不影響其表面反應(yīng)及活性。組成牙齒骨Bioglass45S5CeraboneBioveritKGCeraCeravitalCa2+（CaO）35.134.824.544.713-28P（P2O5）16.915.26.016.28-5530Ca/P(摩爾比)1.611.715.163.371.0Na+（NaO）0.60.924.50.03-184.8Mg2+（MgO）1.230.720.04.66-282.9K+(K2O)0.050.030.00.03-80.4CO32-5.67.40.00.00.00.0P2O74-0.100.07Si4+(SiO2)45.034.00-5046.2晶相磷灰石（38%）β硅灰石（34%）磷灰石金云母磷灰石3.3生物玻璃41（三）可切削生物微晶玻璃CaO-MgO-SiO2-P2O42（四）Ceravital生物微晶玻璃特點(diǎn)：機(jī)械性能不太理想，不能直接用于負(fù)重部位；同時玻璃有較多溶解，一定程度上限制其應(yīng)用。組成牙齒骨Bioglass45S5CeraboneBioveritKGCeraCeravitalCa2+（CaO）35.134.824.544.713-28P（P2O5）16.915.26.016.28-5530Ca/P(摩爾比)1.611.715.163.371.0Na+（NaO）0.60.924.50.03-184.8Mg2+（MgO）1.230.720.04.66-282.9K+(K2O)0.050.030.00.03-80.4CO32-5.67.40.00.00.00.0P2O74-0.100.07Si4+(SiO2)45.034.00-5046.2晶相磷灰石（38%）β硅灰石（34%）磷灰石金云母磷灰石3.3生物玻璃42（四）Ceravital生物微晶玻璃特點(diǎn)：機(jī)械性能不太43（五）多孔生物玻璃或生物微晶玻璃

生物固定------多孔材料的高孔隙率和較大的孔徑導(dǎo)致材料比表面積增大，進(jìn)而提高了材料與人體體液或組織的作用面積，增強(qiáng)了材料與組織的界面結(jié)合強(qiáng)度，這種結(jié)合被稱為生物固定?？讖揭?------100-150um?？紫堵实母叩秃涂讖降拇笮∽罱K取決于材料的制備工藝-----溶膠-凝膠法、添加造孔劑法、有機(jī)泡沫浸漬和球形顆粒堆積燒結(jié)法等。在組織工程支架和生長因子載體方面有良好了應(yīng)用前景----3.3生物玻璃43（五）多孔生物玻璃或生物微晶玻璃生物固定------多44第三章生物醫(yī)用無機(jī)材料1808年，陶齒用于鑲牙；1892年，Dreesman發(fā)表了用熟石膏作為骨的缺損填充材料，但存在易消耗，以致不能起作用；1963年，Smith發(fā)展了陶瓷骨替代材料，多孔鋁酸鹽材料；1969年，Hench教授研制了生物玻璃，開創(chuàng)了生物活性材料；1970年以后，Smith開創(chuàng)，Driskell深入研究，可吸收陶瓷β-Ca3(PO4)2；近年來，納米生物醫(yī)用無機(jī)材料得到快速的發(fā)展。一、生物醫(yī)用無機(jī)材料的發(fā)展概況1第三章生物醫(yī)用無機(jī)材料1808年，陶齒用于鑲牙；一、生45生物醫(yī)用無機(jī)材料（一）良好的生物相容性（二）雜質(zhì)元素及溶出物含量低：As，Cd，Hg，Pb及重金屬（三）有效性（四）成型加工性能（五）良好的耐消毒滅菌性：高壓蒸汽消毒，環(huán)氧乙烷滅菌，輻射滅菌二、基本要求與條件2生物醫(yī)用無機(jī)材料（一）良好的生物相容性二、基本要求與條件46常見生物醫(yī)用材料比較特性金屬高分子無機(jī)非金屬生物惰性生物活性可降解成分與骨不同與骨不同與骨不同與骨相似與骨相似和骨組織結(jié)合不不不結(jié)合骨置換毒性溶解離子有毒溶解增塑劑有害一般沒有一般沒有一般沒有破壞方式一般不斷裂難斷裂破斷破斷破斷破壞強(qiáng)度大（一般無問題）——中（要提高）一般較低（必須提高）一般較低（必須提高）彈性模量大小大中中抗腐蝕性較差良好良好良好良好加工性良好良好——較好較好生物相容性————良好良好良好溶解性很小很小很小較小小3常見生物醫(yī)用材料比較特性金屬高分子無機(jī)非金屬生物惰性生物活47三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按成分和性質(zhì)生物陶瓷材料：氧化鋁，羥基磷灰石陶瓷生物玻璃材料：45S5玻璃生物玻璃陶瓷：DICOR玻璃陶瓷骨水泥：磷酸鈣骨水泥復(fù)合無機(jī)材料：碳纖維增強(qiáng)無機(jī)骨水泥4三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按成分和性質(zhì)生物陶瓷材料：氧化鋁，48三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類天然生物礦物：鈣化的貝殼與珍珠合成生物醫(yī)用材料：TCP-人工骨生物衍生材料：經(jīng)處理的天然生物礦物按來源按臨床用途肌肉-骨骼系統(tǒng)：熱解碳纖維軟組織：跟腱的碳纖維骨科，牙科：磷酸鈣陶瓷，生物玻璃心臟，血管：血管用碳質(zhì)材料藥物控釋載體：磁性微珠臨床診斷及生物傳感器：陶瓷溫度傳感器材料5三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類天然生物礦物：鈣化的貝殼與珍珠按來49三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平生物惰性：氧化鋁，氧化鋯陶瓷。。。生物活性：羥基磷灰石陶瓷，45S5生物可降解性：可溶性鋁酸鈣陶瓷無機(jī)納米材料：納米Fe2O3隨著生物醫(yī)用材料以及其它學(xué)科的發(fā)展，尋找更合理的分類，也是研究的一項(xiàng)重要課題。6三、生物醫(yī)用無機(jī)材料分類按生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平503.1骨水泥甲基丙烯酸甲酯（PMMA）磷酸鈣骨水泥（CPC）磷酸鎂水泥（MPC）Polymethylmethacrylate(PMMA)Calciumphosphatecement(CPC)Magnesiumphosphatecement(MPC)骨水泥----作為人工合成替代材料中的重要成分，是一種新型骨修復(fù)材料，在硬組織缺損修復(fù)和固定移植體過程中起著不可低估的地位。Problelms:5-10年松動率高達(dá)24-30%，與人體骨形成非骨性結(jié)合；生物相容性差；單體的毒性；過敏致腫瘤等最近，將具有生物活性的無機(jī)顆?；蚶w維增強(qiáng)的高分子骨黏合劑加入PMMA提高其生物相容性。73.1骨水泥甲基丙烯酸甲酯（PMMA）磷酸鈣骨水泥（C513.1骨水泥骨水泥作為一種醫(yī)用材料，必須滿足如下要求：1，漿體易成型，可填充不規(guī)則的骨腔；2，在環(huán)境中能自行凝固，硬化時間要合理；3，有優(yōu)良的生物活性和骨誘導(dǎo)潛能；4，良好的機(jī)械性能和耐久性能；5，無毒和具有免疫性。83.1骨水泥骨水泥作為一種醫(yī)用材料，必須滿足如下要求：523.1骨水泥骨---是由堅(jiān)硬的礦物質(zhì)（羥基磷灰石結(jié)晶，即磷酸鈣和氫氧化鈣的復(fù)合物）和骨膠的有機(jī)質(zhì)結(jié)合而構(gòu)成。羥基磷灰石具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性與骨誘導(dǎo)性,因此被廣泛應(yīng)用于人工骨的制造。

一、自固化磷酸鈣骨水泥

海珊瑚具有與人骨相類似的孔隙結(jié)構(gòu)，可以作為骨植入材料，但質(zhì)地脆、吸收快，只具支架和骨引導(dǎo)，無骨誘導(dǎo)能力。由仿生思想的啟示，1986年，美國齒科協(xié)會科學(xué)家L.C.Chow和W.E.Brown發(fā)明了磷酸鈣骨水泥，1996年FDA批準(zhǔn)CPC可以用于非承重骨的骨缺陷治療。

93.1骨水泥骨---是由堅(jiān)硬的礦物質(zhì)（羥基磷灰533.1骨水泥磷酸鈣骨水泥：20世紀(jì)80年代中期，Brown及Chow發(fā)現(xiàn)由幾種磷酸鈣鹽組成的混合物能在人體環(huán)境和溫度下自行硬化，水化硬化過程基本不放熱，其水化成分最終轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）。由此可構(gòu)成類似于硅酸鹽水泥樣的磷酸鈣水泥，用于人體骨的修復(fù)，故稱磷酸鈣骨水泥。由于其具有在人體自行固化的特性，因此又稱自固化磷酸鈣人工骨。目前，骨水泥成為材料界與醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一。特點(diǎn)：自行硬化、塑形容易、與人體相容的特性等。103.1骨水泥磷酸鈣骨水泥：20世紀(jì)80年代中期，Br543.1骨水泥（一）組成和水化機(jī)制

化學(xué)成分：CPC由固相和液相兩部分組成。其中，固相至少包含除HAP外的兩種磷酸鈣鹽，這些磷酸鈣鹽包括：磷酸四鈣（tetraxalciumphosphate，TECP，Ca4(PO4)2O）β磷酸三鈣（tricalciumphasphate，β–TCP，Ca3(PO4)2）二水磷酸氫鈣（dicalciumphosphatedihydrate，DCPD，CaHPO4·2H2O）無水磷酸氫鈣（dicalciumphosphateanhydrous，DCPA，CaHPO4）磷酸二氫鈣（monocalciumphosphatemonohydrate,MCPM,Ca(H2PO4)2）磷酸八鈣（octacalciumphosphate，OCP，Ca8H2(PO4)6）固相中鈣磷比通常介于1.3-2.0.

液相即固化液，多為低濃度的磷酸或磷酸鹽溶液，或蒸餾水、生理鹽水或手術(shù)部位的血液等。根據(jù)組成不同，分為純CPC與功能性CPC（如添加藥物、生物活性因子、抗水劑等）。113.1骨水泥（一）組成和水化機(jī)制化學(xué)成分：CPC由553.1骨水泥CPC的水化機(jī)制：

自行固化是骨水泥區(qū)別于其它生物材料（如生物陶瓷、生物玻璃等）的最主要特征之一。CPC固化并最終轉(zhuǎn)化為HAP，原理是基于不同磷酸鈣鹽在水中溶解度的差異。在pH=4.2-11范圍內(nèi)，HAP在水中的溶解度最小，熱力學(xué)最穩(wěn)定，其它磷酸鈣鹽在水中會趨向于向HAP轉(zhuǎn)化：5Ca3(PO4)2+3H2O3Ca5(PO4)3OH+H3PO45Ca8H2(PO4)6·5H2O8Ca5(PO4)3OH+6H3PO4+17H2O5CaHPO4+H2OCa5(PO4)3OH+2H3PO43Ca4(PO4)2O+3H2O2Ca5(PO4)3OH+2Ca(OH)2123.1骨水泥CPC的水化機(jī)制：5Ca3(PO4)2+563.1骨水泥CPC固化為HAP的過程：

CPC粉末與固化液接觸，磷酸鈣鹽先溶解，在顆粒間結(jié)晶出細(xì)針狀HAP。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，HAP細(xì)小晶體不斷長大并互相交聯(lián)接觸。晶體越大，接觸點(diǎn)數(shù)量越多，固化體越堅(jiān)硬，其強(qiáng)度與HAP生成率正比。單一磷酸鈣鹽水化時環(huán)境產(chǎn)生偏酸或堿，導(dǎo)致水化反應(yīng)終止，其礦化能力相當(dāng)有限，CPC是幾種磷酸鈣鹽的混合物。

133.1骨水泥CPC固化為HAP的過程：單一磷酸鈣鹽水573.1骨水泥（二）CPC的材料學(xué)性能

CPCA輕松的形狀可塑性能B奇特的自行固化性能C優(yōu)異的生物相容性能D良好的體內(nèi)降解性能E合理的凝結(jié)時間、較高的強(qiáng)度、良好的抗水性以及微觀結(jié)構(gòu)143.1骨水泥（二）CPC的材料學(xué)性能CPCA輕松的583.1骨水泥國內(nèi)外學(xué)者對該材料性能的優(yōu)化研究，取得了一定的進(jìn)展。凝結(jié)時間-----指可塑漿體變成不再可塑時的時間，用標(biāo)準(zhǔn)稠度和凝結(jié)時間測定儀測定。其數(shù)值取決于-----材料組分、固相顆粒的大小和形態(tài)、固液比及環(huán)境溫度等。譬如：減小磷酸鈣鹽的粒徑，將使凝結(jié)時間顯著縮短；HAP晶種的存在將大大縮短CPC的凝結(jié)時間；可溶性磷酸鹽的引入增大水化過程中過飽和度，提高反應(yīng)力，加速固化；F-離子可促進(jìn)水產(chǎn)物向比HAP更穩(wěn)定的氟磷灰石（fluorapatite，F(xiàn)AP）轉(zhuǎn)化，起到快凝的效果。153.1骨水泥國內(nèi)外學(xué)者對該材料性能的優(yōu)化研究，取593.1骨水泥2.強(qiáng)度-----

抗壓強(qiáng)度是衡量CPC在體內(nèi)硬化后抗負(fù)載能力的指標(biāo)。CPC固化4h后可基本達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度，一般為30-50MPa。目前報(bào)道最高為70MPa。提高CPC抗壓強(qiáng)度，可通過：選擇合適的制備條件，控制漿體微結(jié)構(gòu)的初始特征及演變過程，使其向提高強(qiáng)度的方向變化；減小大孔尺寸和數(shù)量，提高顆粒結(jié)合強(qiáng)度；與添加劑復(fù)合，利用顆粒增強(qiáng)、纖維增強(qiáng)和原位增強(qiáng)來提高強(qiáng)度。3.自行固化和任意塑形----

CPC粉末與固化液調(diào)和后的糊狀物，自行固化，凝結(jié)時間為3-15min；可塑性強(qiáng)，固化過程不放熱，與骨直接黏結(jié)，對周圍組織無傷害。163.1骨水泥2.強(qiáng)度-----603.1骨水泥4.微觀結(jié)構(gòu)-----

材料的微觀結(jié)構(gòu)是影響其力學(xué)性能的重要因素，孔徑大小和孔隙率測定能反映CPC內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)。微孔半徑平均為2-100nm。

固化體微孔結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度影響明顯：

微孔孔徑越大，孔隙率越高，CPC強(qiáng)度則越小；較小的孔徑、較低的孔隙率雖能獲得較高的強(qiáng)度，但不利于新骨的長入。173.1骨水泥4.微觀結(jié)構(gòu)-----613.1骨水泥5.抗水性是指CPC在血液、生理鹽水的靜水壓力下抗?jié)B防水的能力，對于大量出血的外科手術(shù)，這一性能顯得尤為重要。

增強(qiáng)CPC抗水性的添加物應(yīng)符合以下條件：防止調(diào)和物在水中潰散；不應(yīng)影響調(diào)和物轉(zhuǎn)化為HAP；不降低CPC固化體的強(qiáng)度；不影響調(diào)和物的可操作性；具有至少與磷灰石相似的良好生物相容性；應(yīng)在較短時間內(nèi)吸收。

如：海藻酸鈉是目前公認(rèn)的優(yōu)良抗水劑。海藻酸鈉：由a-L-甘露糖醛酸(M單元)與b-D-古羅糖醛酸(G單元)依靠1,4-糖苷鍵連接并由不同GGGMMM片段組成的共聚物。

183.1骨水泥5.抗水性海藻酸鈉：由a-L-甘露糖醛623.1骨水泥（三）CPC的生物學(xué)性能

安全性相容性材料無毒，無致癌、致突變、致畸形，與有機(jī)體親和性好，植入后不引起異物反應(yīng)，同時有引導(dǎo)新骨生成的功能。成骨效應(yīng)在于其骨引導(dǎo)活性，新骨以爬行替代的方式生長，植入體與骨組織形成骨性連接。降解性能材料植入骨組織后，通過體液溶解或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生骨組織所取代，而材料只起臨時支架作用。193.1骨水泥（三）CPC的生物學(xué)性能安全性材料無毒633.1骨水泥（四）新型CPC的研制藥物控釋骨水泥注射型骨水泥抗水快凝骨水泥生物活性骨水泥多孔磷酸鈣骨水泥203.1骨水泥（四）新型CPC的研制藥物控釋骨水泥注射643.1骨水泥（五）CPC的臨床應(yīng)用研究骨科：

在骨缺損填充、修復(fù)等方面有較廣泛應(yīng)用。

如：羥基磷灰石/膠原類骨仿生復(fù)合材料--增加其強(qiáng)度和韌性，更接近人骨。臨床應(yīng)用口腔科：主要應(yīng)用于：根管填充、蓋髓、髓底修復(fù)和牙槽骨骨缺修復(fù)及人工牙種植。213.1骨水泥（五）CPC的臨床應(yīng)用研究骨科：臨床應(yīng)用65經(jīng)皮椎體成形術(shù)：

（1）穿刺針經(jīng)椎弓根穿至病變椎體內(nèi)

（2）注入骨水泥，從而加固病變椎體

3.1骨水泥22經(jīng)皮椎體成形術(shù)：（1）穿刺針經(jīng)椎弓根穿至病變椎體內(nèi)（663.1骨水泥二、磷酸鎂水泥

磷酸鎂骨水泥（MPC）：是一類反應(yīng)型膠黏劑，具有同CPC材料相似的特性，其快凝、高早強(qiáng)的特性恰好能彌補(bǔ)CPC材料在這方面的不足。特點(diǎn)：水化產(chǎn)物為磷酸鎂銨之類的生物礦石，且水化過程中的放熱速率可由鎂化合物的水化活性來調(diào)節(jié)。目前，對于MPC的國內(nèi)外研究都集中在非生物材料領(lǐng)域，作為生物材料，國內(nèi)未見報(bào)道，而國外也僅有零星報(bào)道。233.1骨水泥二、磷酸鎂水泥磷酸鎂骨水泥（MPC）：673.1骨水泥（一）MPC的制備工藝

MPC具有獨(dú)特的水硬性質(zhì)---可控的快凝和高早強(qiáng)特性。

MPC體系由固液兩相組成，其中固相包括：氧化鎂、磷酸鹽和緩凝劑。氧化鎂---由氫氧化鎂或堿式碳酸鎂經(jīng)高溫煅燒制得，具有化學(xué)活性，溫度升高，活性下降；

磷酸鹽---由堿金屬和銨的酸式磷酸鹽，特別是磷酸二氫鹽、正磷酸鹽、焦磷酸鹽及聚磷酸鹽的混合溶液，以及磷酸二氫鋁及磷酸等組成。其中氧化鎂相對磷酸二氫銨應(yīng)是過量，若前者過量太少，材料強(qiáng)度衰減太快；過量太多，反應(yīng)速度太快，放熱快。

緩凝劑---控制水化反應(yīng)速率的有效方法，且與其用量有關(guān)。如硼砂等。243.1骨水泥（一）MPC的制備工藝68（二）MPC的反應(yīng)機(jī)制MPC粉末與固化液的反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的酸堿反應(yīng)。酸性磷酸二氫銨迅速溶解，達(dá)到飽和狀態(tài)，其反應(yīng)如下：

NH4H2PO4NH4++PO43-+2H+NH4H2PO4NH4++HPO42-+H+NH4H2PO4NH4++H2PO42-

MgO是微溶于水的，在H+和水分子的作用下向溶液中釋放Mg2+和OH-：

MgO+H2OMgOH-+OH-MgOH++2H2OMg(OH)2+H3O+Mg（OH）2Mg2++2OH-結(jié)果：NH4+和PO43-通過氫鍵與形成的正八面體[Mg(H2O)6]2+相連接，形成NH4MgPO4*6H2O。3.1骨水泥25（二）MPC的反應(yīng)機(jī)制MPC粉末與固化液的反應(yīng)是在溶液中69（三）MPC的性能凝結(jié)時間----通常以初凝時間來衡量，即水泥由塑性漿體轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂圆牧系臅r間。影響MPC凝結(jié)時間（1min-1h）的影響因素：如緩凝劑的量、MgO的粒度及反應(yīng)溫度、固液比等。該水化反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱的，即使在零下10度1h內(nèi)也會固化凝結(jié)。強(qiáng)度----是衡量MPC材料的另一重要指標(biāo)。磷酸鎂水泥的強(qiáng)度與水化產(chǎn)物相互交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和在空間的分布有關(guān)。含鈣磷酸鎂水泥用于牙齒修復(fù)，表現(xiàn)出毒性低且具有良好的生物相容性、可降解性。3.1骨水泥26（三）MPC的性能凝結(jié)時間----通常以初凝時間來衡量，703.2生物陶瓷一、生物陶瓷的發(fā)展概況

生物陶瓷材料----指與人體工程相關(guān)的，可用于人體組織修復(fù)的一類陶瓷材料。人類早期的修復(fù)材料：自然礦物、象牙、貴金屬、自體骨和異體骨。生物陶瓷：來源豐富，優(yōu)良的植入性能，理想的生物體植入材料。特點(diǎn)：在人體內(nèi)部理化性能穩(wěn)定，良好的生物相容性；其性能可通過成分設(shè)計(jì)來控制；容易成形；容易著色。貴金屬：金、銀鉑及其合金。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、無毒、刺激小、耐腐蝕等；缺點(diǎn)：不具有生物活性及生物降解性，過高的強(qiáng)度影響其周圍組織及人體活動。273.2生物陶瓷一、生物陶瓷的發(fā)展概況生物陶瓷材料-71二、類別生物惰性陶瓷氧化鋁、氧化鋯生物陶瓷、醫(yī)用碳素材料生物活性陶瓷羥基磷灰石（HAP）、生物活性玻璃陶瓷可吸收生物陶瓷β磷酸三鈣陶瓷、磷酸鈣陶瓷、磷酸鈣生物陶瓷生物陶瓷3.2生物陶瓷28二、類別生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷生物陶瓷372生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷與組織幾乎不發(fā)生化學(xué)變化的材料，其引起的組織反應(yīng)主要為材料周圍會形成厚度不同的包裹性纖維膜。用途：人體骨骼、關(guān)節(jié)及齒根以及人工心臟瓣膜等能與有機(jī)體組織在界面上實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵合的生物陶瓷。優(yōu)點(diǎn)：材料表面形成能與骨組織以化學(xué)鍵結(jié)合的生物性碳酸羥基磷灰石（HCA）、耐久力和抗疲勞性能。用途：牙科和整形外科植入體等。在生理環(huán)境作用下能逐漸降解和被吸收的生物材料。優(yōu)點(diǎn)：暫時性的替代材料、優(yōu)良的生物相容性、生物活性、可降解性和一定的機(jī)械性。用途：骨缺損修復(fù)、牙槽增高、耳聽骨替換、人造肌腱等3.2生物陶瓷什么是活性？29生物惰性陶瓷生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷與組織幾乎不發(fā)生化73三、典型的生物陶瓷材料

生物惰性陶瓷------氧化鋁陶瓷：α氧化鋁陶瓷又稱剛玉，六方晶系晶型，高硬度高熔點(diǎn)。只有高強(qiáng)度、高密度、晶粒小且均勻的氧化鋁陶瓷才具有優(yōu)越性能，與有機(jī)體間實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖合；而多孔的氧化鋁陶瓷界面結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)于致密的氧化鋁陶瓷界面結(jié)合強(qiáng)度。氧化鋯陶瓷：螢石型結(jié)構(gòu)，有優(yōu)良的耐熱性、絕緣性、耐蝕性等。力學(xué)性能方面更由于氧化鋁陶瓷，如高抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性。3.2生物陶瓷30三、典型的生物陶瓷材料生物惰性陶瓷------3.274生物活性陶瓷------羥基磷灰石（HAP）：Ca10（PO4）6(OH)2，屬六方晶系，微溶于水。其脆性大、抗疲勞性能差、不用于承力部位的修復(fù)；其生物相容性和界面生物活性均優(yōu)于醫(yī)用鈦合金、硅橡膠等。研究表明：多孔HAP生物陶瓷（5-400um）更利于臨床應(yīng)用。可吸收生物陶瓷------β磷酸三鈣陶瓷：多孔型和致密型兩種，前者在生理環(huán)境中發(fā)生降解和吸收，實(shí)現(xiàn)降解吸收與新骨替換同步有待解決；而后者較穩(wěn)定，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性略高于HAP，為Al2O3的1/5，鈦合金的1/70。雙相生物陶瓷材料-------混合不同比例的HAP與β-TCP：生物相容性好、可降解性好、誘導(dǎo)成骨性好等，有望實(shí)現(xiàn)材料在體內(nèi)的降解速度與骨組織生長速度的匹配問題。3.2生物陶瓷31生物活性陶瓷------3.2生物陶瓷75四、生物陶瓷材料的應(yīng)用

硬組織耳鼻喉癌癥經(jīng)皮封接人造骨、人造關(guān)節(jié)(氧化鋁陶瓷)、人造齒根、種植牙、骨填充材料（HAP）、骨替代材料及骨結(jié)合材料等氧化鋁陶瓷、HAP陶瓷（具有優(yōu)良的聲學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)音效果等）最近研究表明：注射具有放射性陶瓷材料與癌病變部位，然后釋放放射物治療。注射鐵磁性的生物陶瓷材料。連續(xù)腹膜透析(致密燒結(jié)HAP替代硅膠)與經(jīng)皮切口輔助裝置配合，明顯延長了病人的壽命3.2生物陶瓷32四、生物陶瓷材料的應(yīng)用硬組織耳鼻喉癌癥經(jīng)皮封接人造骨、76氧化鋁：約1800~2000元。氧化鋯：約3000~12000元。鎳鉻合金：400~600元/單位

鈦合金：600~800元

純鈦：1000~1200元

貴金屬：1400~2000元

陶瓷優(yōu)點(diǎn)：不含金屬對X射線有透射性譬如：烤瓷牙3.2生物陶瓷33氧化鋁：約1800~2000元。氧化鋯：約3000~177五、生物陶瓷研究的發(fā)展方向（全部）

發(fā)展方向大孔可吸收生物陶瓷大孔徑（孔徑大于200um）較高孔隙率、生物相容性、活性、可吸收和骨傳導(dǎo)性金屬表面梯度活性陶瓷涂層等離子噴涂法制備生物涂層材料。骨組織工程生物陶瓷與生物技術(shù)的結(jié)合，如：引入活體細(xì)胞或生長因子，賦予其生物學(xué)功能，如促進(jìn)細(xì)胞分化與增值、誘導(dǎo)組織再生等生物活性復(fù)合陶瓷HAP+氧化物陶瓷=高強(qiáng)度、生物活性；無機(jī)陶瓷+高分子=好韌性、生物相容性；3.2生物陶瓷34五、生物陶瓷研究的發(fā)展方向（全部）發(fā)展方向大孔可吸收大783.3生物玻璃一、生物玻璃的概況

生物活性玻璃和微晶玻璃------特點(diǎn)：良好的生物相容性、生物活性和可加工性；表面活性材料，能與人體骨或軟組織形成生理結(jié)合。生物活性玻璃------組成：一般含有CaO、P2O5,部分含有SiO2、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、B2O3、TiO2等，玻璃網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體或磷氧四面體構(gòu)成，而堿金屬或堿土金屬氧化物為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體，網(wǎng)絡(luò)形成體之間通過橋氧連接，非橋氧則連接網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體原子；玻璃的生物活性：取決于橋氧和非橋氧的比例，因?yàn)閴A金屬和堿土金屬離子在水、酸等介質(zhì)存在時，易被溶出，釋放一價(jià)或二價(jià)金屬離子，使生物玻璃表面具有有限溶解性，即為玻璃生物活性的基本標(biāo)志。353.3生物玻璃一、生物玻璃的概況生物活性玻璃和微晶79二、常見的生物玻璃和生物微晶玻璃能與骨組織形成生理結(jié)合，且其結(jié)合力往往大于生物玻璃或骨組織的內(nèi)部結(jié)合力，甚至有些生物玻璃能與軟組織結(jié)合；

植入后表面溶解，并生成與組織緊密結(jié)合的碳酸羥基磷灰石（HCA）界面，其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)上均與骨組織中的礦化相相近，成骨細(xì)胞和新骨直接結(jié)合而不會在界面處產(chǎn)生纖維組織包囊。Hench教授研制的Bioglass生物活性玻璃Kokubo教授研制的Cerabone即A/W生物微晶玻璃Bromer教授Ceravital生物微晶玻璃、可切削微晶玻璃Bioverit

3.3生物玻璃36二、常見的生物玻璃和生物微晶玻璃能與骨組織形成生80（一）基于Bioglass的生物活性玻璃系統(tǒng)采用熔融法制備了一種能在生物體內(nèi)與自然骨牢固結(jié)合的玻璃。特點(diǎn)：高鈣磷比、SiO2的摩爾含量少于60%、Na2O和CaO含量較高。組成牙齒骨Bioglass45S5CeraboneBioveritKGCeraCeravitalCa2+（CaO）35.134.824.544.713-28P（P2O5）16.915.26.016.28-5530Ca/P(摩爾比)1.611.715.163.371.0Na+（NaO）0.60.924.50.03-184.8Mg2+（MgO）1.230.720.04.66-282.9K+(K2O)0.050.030.00.03-80.4CO32-5.67.40.00.00.00.0P2O74-0.100.07Si4+(SiO2)45.034.00-5046.2晶相磷灰石β硅灰石磷灰石金云母磷灰石3.3生物玻璃37（一）基于Bioglass的生物活性玻璃系統(tǒng)采用熔融法制81生物活性玻璃晶化后機(jī)械性能提高，但活性降低甚至變?yōu)槎栊云┤纾?5S5晶化后，隨著晶相含量的增加，HCA層開始生成的時間有8h增加到22h；當(dāng)晶相含量超過60%時，玻璃表面反應(yīng)的速度變得相當(dāng)緩慢。熔融法與溶膠-凝膠法制備的生物玻璃結(jié)構(gòu)與性能比