生物陶瓷之惰性陶瓷材料篇
来源：ceradir先进陶瓷在线
说起生物材料的发展，可分为以下四个阶段：①18世纪：采用天然材料（如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等）作为骨修复材料的人工骨研究启蒙阶段；②19世纪：采用纯金、纯银、铂等贵金属的自然发展阶段；③20世纪中叶：采用钴铬铝合金、纯钛、钛合金，以及有机玻璃等高分子材料用于临床的探索阶段；④20世纪60年代：生物陶瓷崭露头角的迅速发展阶段。
生物陶瓷（bioceramics）是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。广义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。生物陶瓷材料根据与组织的结合情况分为生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。两者的根本区别在于植入体内后，植入体是否能够与活组织形成化学键合。本文首先对生物惰性陶瓷材料进行简略介绍。
1.生物惰性陶瓷材料的特性：
该材料在植入生物体内后，无法跟活性组织形成化学键合，而是被纤维结缔组织膜所包绕。纤维结缔组织膜将植入体与修复部位的正常组织分隔开，植入体以异物的形式永久存留于体内。尽管生物惰性陶瓷材料不能与人体组织发生化学键合，但由于其良好的力学性能、优秀的耐磨损能力和化学稳定性，生物惰性陶瓷材料仍然是一类重要的替代型硬组织修复材料。如何提高生物惰性陶瓷材料的断裂韧性，克服其脆性，以及引入生物活性成分改善其与人体组织的结合，是生物惰性陶瓷材料研究的主要内容。
2.生物惰性陶瓷的分类：
生物惰性医用陶瓷材料包括氧化物陶瓷，非氧化物陶瓷、玻璃陶瓷等，它们化学性质稳定，生物相容性好，在体内耐腐蚀、不降解，与人体组织不产生化学结合。临床上常用的生物惰性陶瓷有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锆增韧氧化铝陶瓷等，其中，以al、mg、ti、zr的氧化物应用最为广泛。生物惰性陶瓷一般具有较高的强度和耐磨性能，在医疗上主要用于制作人工关节、人工骨、口腔植入体、全瓷牙和牙冠等方面。
（1）氧化铝（al2o3）陶瓷材料
氧化铝有多种晶型，其中高温晶型α-al2o3的热稳定性和化学稳定性最好，α-al2o3的密度为3.99g/cm³，轻于不锈钢、钛及钛合金等常见的生物医用金属材料。α-al2o3属于离子键为主的晶体，键力较强，使得al2o3具有高的熔点（2050℃）、硬度、耐化学腐蚀性和弹性模量。
早在1969年，氧化铝陶瓷作为永久性可移植骨假体，植入成年杂种狗的股骨进行试验，发现多晶氧化铝陶瓷对包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越的耐磨损性和高的抗压强度。氧化铝陶瓷在人体内极其稳定，硬度高，几乎不会被磨损，这使得氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。
（2）氧化锆（zro2）陶瓷材料
氧化锆是常温下断裂韧性最高的氧化物陶瓷，广泛用作为结构材料。与氧化铝陶瓷相比，氧化锆陶瓷具有更高的常温强度和断裂韧性，弹性模量较低，但硬度和耐磨性能不如氧化铝陶瓷。
氧化锆由于其优良的生物相容性，具有较高的断裂韧性和强度、较低的弹性模量，在医疗领域目前主要用于人工关节、牙根、牙冠和全瓷牙, 是迄今为止强度最高的牙科修复材料。与聚乙烯配对用于人工关节时，其摩擦润滑方面与氧化铝有相似的性能。氧化锆陶瓷断裂韧性较高，氧化锆股骨头假体的临床破裂率要低于氧化铝陶瓷股骨头。
3.生物惰性陶瓷材料的优劣势：
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生物惰性材料应用于人工髋关节的主要优点：
（1）耐磨损，能较好地抵抗研磨性磨损和第三体磨损；
（2）强度较高，能满足负重部位修复对材料强度的要求；
（3）硬度高，无蠕变现象，结构稳定；
（4）微晶结构表面可进行高抛光加工；
（5）亲水性好，润滑性能出色；
（6）化学性质稳定，有极好的耐腐蚀性，几乎无离子释放；
（7）生物学惰性，不易引起细胞反应；
（8）表面不易附着细菌；
（9）表面退化缓慢。
生物惰性陶瓷的缺点
生物惰性陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响了材料的骨传导性，长期滞留在体内产生结构上的缺陷，使骨组织产生力学上的薄弱。
4.代表性公司举例：
全球生物惰性陶瓷市场的领先公司包括coorstek（美国），ceramtec（德国），kyocera（日本），morgan advance material（英国），ngk spark plug（日本），depuy synthes（美国），zimmer biomet（美国）， rauschert（德国），straumann（瑞士），hc stark（德国），3m（美国），dsm（荷兰）等。