1、口腔种植材料口腔种植材料概述概述口腔植口腔植入材料入材料概概 念念口腔种口腔种植材料植材料概述概述概念:是口腔生物材料的分支植入口腔颌面部组织内用以整复和替代口腔颌面组织器官缺损缺失和功能重建的植入性生物材料概述概述分类以材料的化学组成分类:金属类生物惰性陶瓷生物功能性陶瓷 陶瓷类 生物可吸收性陶瓷有机高分子类:天然衍生聚合物人工合成聚合物复合材料类根据材料在机体内的稳定性根据材料在机体内的稳定性根据材料植入体内机体的反应根据材料植入体内机体的反应生物惰性材料生物惰性材料生物活性材料生物活性材料非降解性材料非降解性材料降解性材料降解性材料概述概述概述概述l材料植入体内为机体组织所接受,不发生明
2、显的异物反应,材料与植入部位组织之间形成一种较薄的纤维包膜,纤维包膜无明显的血管组织和炎性细胞浸润反应.生物惰性材料生物惰性材料概述概述又可细分为:生物耐受性材料:纤维包膜较厚,如PMMA钴-铬-钼合金生物惰性材料:与骨组织紧密接触,但仍有一薄层的纤维组织,如锆氧化铝陶瓷概述概述l材料能与植入部位组织反应,形成化学结合,在骨组织内与骨组织形成生物结合.是口腔种植材料研究的重点和中心内容.生物活性材料 生物性能生物性能 生产实用性生产实用性口腔种植材料口腔种植材料的要求的要求 机械性能机械性能 加工成型性加工成型性 耐消毒灭菌性能耐消毒灭菌性能 临床操作性能临床操作性能概述概述概述概述l(1)良
3、好的生物学性能：组织相容性，指材料植入后与机体软、硬组织及体液接触时，具有良好的亲和关系。生物力学相容性，硬组织及体液接触时，材料的力学性能(弹性模量等参数)与骨组织相近，以避免种植体受力时在与骨组织的界面上形成过大应力集中。概述概述l(2)良好的机械性能：对于植入硬组织的材料，应具有与周围组织匹配的强度，硬度，弹性模量和耐磨性，能够承载静态和动态或各种生理状态下的力，并要求在临床所期望的使用时间内不发生材料的折断、变形、磨损。概述概述l(3)良好的加工成形性能：种植技术是建立在近代机械加工的发展基础之上的。良好的加工性能才能满足形态设计的需要，临床上大量使用外形尺寸一致，表面加工精细的标准化
4、种植体，有时也针对个体解剖形态特点用种植材料个别制作，以恢复缺损的硬组织。概述概述l(4)良好的耐消毒灭菌性能：种植体在植入前必须严格地施行消毒灭菌，因此要求所用的种植材料不会因高压、高温、各种消毒液体和气体的浸泡熏蒸、紫外线和射线照射等处理而发生变形，又不会滞存残量消毒物质，以保证种植手术的安全和成功。概述概述l口腔种植材料的相关概念非负荷区种植与负荷区种植非负荷区种植-材料不承担功能运动所需的应力或只分担很少部分,如颌面的美容修复、牙周骨缺损修复、牙槽嵴的增高等,对材料的要求主要是生物学性能.负荷区种植-材料承担传递功能运动所需的外力,如人工种植牙根、大面积颌骨缺损修复、关节的修复与替代等
5、.对材料的要求除生物学性能外,重要的是生物力学性能.概述概述骨性结合:l20世纪60年代,Branemark首先提出osseointegration的概念,国内译成骨整合或骨性结合.是指在光学显微镜下,高分化的活的骨组织与种植体形成直接的接触关系.l20世纪70年代,Hench提出生物活性的概念,是指一种特殊的能导致材料和组织在界面上形成化学键接的物质,是电子显微镜观察的结果.l1992年,Williams将骨性结合明确定义为:通过物理化学过程,形成的种植体与骨组织基质的连续性对口腔种植学发展起到主导作用对口腔种植学发展起到主导作用概述概述骨引导性和骨诱导性骨引导性-材料植入骨组织内,与骨组织
6、直接接触,引导骨组织在其表面生长,而逐渐形成骨性结合,也常称为爬行替代.骨诱导性-材料具有诱导基质干细胞向骨源细胞分化的能力,并形成骨组织,不仅在植入骨组织内可以诱导骨生长,而且在植入非骨区域也可形成骨组织.金属类种植材料金属类种植材料作为种植材料，对金属要求作为种植材料，对金属要求： 优良的耐腐蚀性无毒、副作用，组织相容性好适宜的机械性能，耐磨、坚固合理的价格 金属类种植材料金属类种植材料316L不锈钢l硬度低（维氏硬度仅165）l表面易于压痕，极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均低，易变形折断 l抗腐蚀性差l易加工,价格低廉l主要用于骨折固定的微小夹板和螺钉金属类种植材料金属类种植材料金属
7、类种植材料金属类种植材料铸造钴铬钼合金铸造钴铬钼合金 l极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均高l耐腐蚀l毒性较不锈钢明显为大，对钴过敏者可导致种植失败 l目前较少使用 钛及合金钛及合金耐磨性差耐磨性差硬度高硬度高屈服强度和屈服强度和疲劳强度高疲劳强度高 弹性模量低弹性模量低良好化学稳定性良好化学稳定性耐腐蚀耐腐蚀良好生物学性能良好生物学性能质地轻质地轻-目前主要用于负荷区修复目前主要用于负荷区修复金属类种植材料金属类种植材料金属类种植材料金属类种植材料钝化-金属在体液中迅速氧化，在表面形成一层薄的、致密的、难溶的有晶体结构的氧化物，这层钝化膜称为氧化膜。由于氧化膜的保护，金属继续氧化的速度减慢
8、。氧化膜的形成是金属耐腐蚀性的来源。钛:形成氧化膜的速度相当快，在富氧的情况下被破坏的氧化层会立即得到修补。钛的高抗破坏能力表现在其钝化区不可能产生腐蚀。钛表面坚固的氧化层使得钛具备了非金属的特性。因为钛-组织界面中仅仅是氧化层与细胞和体液间形成的化学结构。因而，钛具备良好的生物相容性。 金属类种植材料金属类种植材料 多孔镍钛合金种植体金属类种植材料金属类种植材料金属类种植材料金属类种植材料镍钛形状记忆合金镍钛形状记忆合金在不同的温度下表现为不同的金属结构相。低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢
9、复力。金属类种植材料金属类种植材料镍钛形状记忆合金镍钛形状记忆合金l奇特的形状记忆功能l质轻、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性l耐腐蚀、耐磨l种植牙具有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点l人工关节、口腔正畸、断骨连接、弯曲脊柱矫正金属类种植材料金属类种植材料l缺乏与骨组织的键合作用缺乏与骨组织的键合作用l弹性模量较骨高弹性模量较骨高,力学相容性不理想力学相容性不理想l金属离子的释放也值得关注金属离子的释放也值得关注l赋予金属材料生物功能性赋予金属材料生物功能性l提高表面稳定性提高表面稳定性、耐磨性和力学相容性耐磨性和力学相容性解决这三个问题解决这三个问题是研究重点是研究重点利用表面改利用表
10、面改性技术性技术l生物活性材料：生物活性，在材料领域里主要指能在材料与生物组织界面上诱发特殊生物、化学反应的特性，这种反应导致材料和生物组织间形成化学键合。l材料的弹性模量由小变大时，界面骨支持组织的应力强度也随之由小变大，当材料弹性模量在10000-27000 Mpa时，界面骨支持组织的应力强度相对达到最小值。金属类种植材料金属类种植材料金属活化技术表面涂覆HA或其他磷酸盐表面氧化物的活化处理钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层方法以等离子焰流为热源利用等离子流将粉末加热 在熔融或接近熔融状态下喷向基底表面形成涂层对涂层进行热处理,降低内部残余应力 高温等离子喷涂高温等离子喷涂钛
11、材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层存在的问题:L属于线型工艺,用于多孔或形状复杂的基底上难以获得均匀一致的涂层L制备过程中温度高,冷却时基底与涂层界面会存在高残余应力L喷涂过程易使HA发生分解,导致HA结晶度低L涂层结构不致密L原料需用高纯度的HA粉末,较昂贵钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层涂料制成料浆,涂加在金属基底表面 高温下热处理, 料粉与基体之 间发生热扩散和固相反应基底表面形成多孔或致密结合牢固的涂层 涂覆涂覆-烧结法烧结法钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层问题:l制备过程中的高温使得金属基体的性能下降和HA的分解l烧结过程中金属基底和陶瓷涂
12、层之间的热物理性能差异导致了涂层内部产生热应力,从而降低涂层与基底的结合强度,造成涂层微裂纹和剥落l在基底材料表面预先涂覆一定配比的CaHPO4.2H2O和CaCO3粉末l用激光器进行熔覆处理,使合成与涂覆一步完成激光熔覆法激光熔覆法涂层与基底结合好涂层与基底结合好,硬度硬度、强度高、强度高涂层的均匀性和稳定性难控制涂层的均匀性和稳定性难控制有希望成为生产生物医用材料的途有希望成为生产生物医用材料的途径径钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层离子束溅射法离子束溅射法u采用离子束轰击生物材料靶材,使溅射出的粒子沉积在基板表面形成涂层u用来制备较薄涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的
13、生物陶瓷涂层控制一定的电极电位并调节pH以石墨为阳极,金属基底为阴极在含有Ca2+和H2PO4-溶液中在阴极表面沉积出磷酸钙生物陶瓷 电沉积技术电沉积技术钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层通直流电浸入含有涂层材料成分的乙醇溶液将铅作为阳极,金属基底作为阴极得到致密或多孔涂层 电泳沉积技术电泳沉积技术钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层l电化学法特点在温和条件下进行,基底与涂层界面不存在热应力问题,有利于增强结合强度非直线过程,可以在形状复杂和表面多孔的基底上制备出均匀涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层溶胶溶胶-凝胶法凝胶法u将涂层配料制成凝胶,使之均
14、匀覆盖于基底的表面u溶剂迅速挥发,配料发生缩聚反应而胶化u经干燥和热处理,得到涂层u制备温度低,涂层性能均匀,结晶度好,晶粒尺寸为纳米级,但纯的HA涂层结合强度不高钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层仿生溶液生长法仿生溶液生长法金属表面进金属表面进行预处理行预处理表面形成活性金属氧化物层表面形成活性金属氧化物层置于模拟体液中置于模拟体液中仿生溶液生长法优点仿生溶液生长法优点低温操作低温操作, ,增强结合力增强结合力. .更高骨结合力更高骨结合力 1不受基材形状限制不受基材形状限制, ,可控制晶体微观结构可控制晶体微观结构2不需经热处理不需经热处理, ,可以和生物活性分子同时沉积可以
15、和生物活性分子同时沉积3设备投资少设备投资少, ,工艺简单工艺简单 4仿生溶液生长法不足仿生溶液生长法不足目前没有制备生物目前没有制备生物活性最佳方法活性最佳方法 1没有产生更好生物没有产生更好生物活性的反应介质活性的反应介质23目前的涂层几乎目前的涂层几乎是纯磷酸钙涂层是纯磷酸钙涂层 4 涂层厚度较薄涂层厚度较薄(1015m) -探索形成仿生学涂层的溶液探索形成仿生学涂层的溶液以及制备复合仿生涂层是努力方向以及制备复合仿生涂层是努力方向l利用模板法诱导晶体生长的方法模拟生物矿化研究已成为一个热门课题。虽然，模板法模拟生物矿化过程制备材料取得了很大的成功，但是这项研究还存在几点不足。首先，大多
16、数的研究工作都是通过优化模板的结构和化学性质来调控晶体的结构、形貌和取向，但是对于用模板来控制特定晶型晶体生长的研究还很少。其次，实际应用的晶体材料大多需要厘米尺寸，但是由模板法调控生成的晶体，有很大一部分是毫米尺寸的，这就限制了晶体的实用性。另外，现今社会对有机材料的需求也日益增多，而由模板法调控生成的晶体大多数是无机晶体钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层涂层结构涂层结构HA颗粒部分熔融,与金属基体高速撞击,迅速冷却凝固大部分熔融的HA来不及结晶,以无定形形态凝固颗粒内层的熔融HA重新结晶钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层涂层结构HA涂层涂层凝固的凝固的无定形相无
17、定形相颗粒内层的颗粒内层的再结晶相再结晶相内核未熔融的内核未熔融的原结晶相原结晶相钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层涂层组成HA涂层涂层氧羟基磷灰石氧羟基磷灰石(OHA)磷酸三钙磷酸三钙(-TCP)磷酸四钙磷酸四钙(TTCP)焦磷酸钙焦磷酸钙钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层涂层孔隙nHA颗粒熔融部分由内聚力结合在一起n颗粒间未熔融部分变形,充填于熔融部分之间n未完全充填处形成涂层孔隙n粉粒越细,涂层更致密 -孔隙对涂层的降解和力学性能有重要影响钛材种植体的生物陶瓷涂层钛材种植体的生物陶瓷涂层HA涂层生物学作用涂层生物学作用促进钛材种植体与骨的结合,特别是早期骨整合
18、,提高早期植入体与骨界面的结合强度(钛材种植体与骨组织间隙大于50m时,生成纤维组织,导致失败,HA涂层种植体与骨组织间隙较大时,仍能激发骨生长,达到骨性结合)钛材表面氧化物的活化钛材表面氧化物的活化二氧化钛是致密的钝化层,引导磷酸盐沉积的能力极差,甚至不能诱导. 与骨组织形成键合与骨组织形成键合制备表面活性二氧化钛及其凝胶制备表面活性二氧化钛及其凝胶,发挥表面钛羟基的功能发挥表面钛羟基的功能钛材表面氧化物的活化钛材表面氧化物的活化方法方法阳极氧化法溶胶-凝胶法粗糙化+酸处理法强碱处理法酸-碱两步法双氧水等强氧化剂处理法表面接枝诱导矿化成核离子注入低温等离子辉光放电法钛材涂层的问题钛材涂层的问
19、题l涂层材料与基体性质差异大涂层材料与基体性质差异大l涂层与基体的结合界面问题涂层与基体的结合界面问题l涂层材料的生物活性与稳定性关系问题涂层材料的生物活性与稳定性关系问题l基材、涂层材料与骨组织力学相容性不匹配基材、涂层材料与骨组织力学相容性不匹配问题问题解决方法解决方法l研究梯度功能材料涂层技术和方法研究梯度功能材料涂层技术和方法l研究复合涂层研究复合涂层l研究新的复合的涂层材料研究新的复合的涂层材料l设计新的涂层材料的力学相容性设计新的涂层材料的力学相容性陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料广义的广义的生物陶生物陶瓷瓷生物生物陶瓷陶瓷狭义的狭义的生物陶生物陶瓷瓷生物陶瓷（生物陶瓷（Biocera
20、mies）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。狭义的生物陶瓷是指植入人体或与人体组织直接接触，使机体功能得以恢复或增强可使用的陶瓷。陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料作为口腔种植材料已有20年历史陶瓷强度高，耐腐蚀、无毒、能很好地被口腔组织接受等特点，近几年发展很快，陶瓷的脆性又是它的致命弱点，同样也限制了它在口腔种植领域的应用 陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料分类分类:根据生物陶瓷材料的性质和在机体组织内根据生物陶瓷材料的性质和在机体组织内引起的组织反应类型引起的组织反应类型l生物惰性陶
21、瓷生物惰性陶瓷:材料植入活体组织后没有或几乎没有组织反应，它们在体内处于稳定状态。包括单晶和多晶氧化铝、高密度羟基磷灰石、氧化锆、氮化硅等 陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l生物反应性陶瓷生物反应性陶瓷:在生理环境中具有化学活性的陶瓷。具有在组织和种植体之间刺激化学性结合的能力。陶瓷种植体植入后有引导界面上骨组织形成的作用，因而能很快形成与骨组织的化学性结合。 包括低密度的羟基磷灰石（锆-羟基磷灰石、氟-羟基磷灰石、钙-羟基磷灰石等）陶瓷、磷酸钙玻璃陶瓷、生物玻璃等 陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l生物可吸收性陶瓷生物可吸收性陶瓷:完全被组织吸收的陶瓷材料,具有更好的生物相容性。在植入体内初期，逐渐
22、有机体组织长入。由于孔隙小，有较好的机械强度。但随着陶瓷在机体新陈代谢过程中被吸收，其强度便明显下降，最终被机体软硬组织所取代。 包括可溶性的磷酸三钙、可溶性铝酸钙等.临床常用在组织缺损时起过渡性支架或填充体的作用 陶瓷与机体的相互作用陶瓷与机体的相互作用影响影响陶瓷结构陶瓷结构种植技术种植技术陶瓷表陶瓷表面形态面形态机体反机体反应性应性陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l种植材料的性质很大程度决定材料与机体的界种植材料的性质很大程度决定材料与机体的界面反应面反应材料组成结构与界面材料组成结构与界面:u生物反应性陶瓷-与骨组织呈骨性界面结合,界面区无纤维组织膜u生物惰性陶
23、瓷-纤维接触界面u生物可吸收性陶瓷-界面存在新骨形成并伴随陶瓷材料的分解吸收陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料材料表面状态与界面材料表面状态与界面:l陶瓷表面能陶瓷表面能u体液对材料的润湿性,对种植材料与机体组织的结合有很大影响u陶瓷材料表面能愈高,体液在材料的表面张力愈低,润湿性愈好,材料与组织的结合性能愈佳u接触角越小,润湿性越好,目前的口腔种植材料中,玻璃陶瓷、羟基磷灰石具有最小接触角.陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l陶瓷材料的孔隙陶瓷材料的孔隙孔隙作用:l为纤维细胞和骨细胞向陶瓷中生长提供通道和生长场合l增大组织液与陶瓷材料之间的接触表面积,加速反应过程l有利于局部体液循环,为长入材料内部的新
24、生骨提供营养l引导纤维及骨组织长入孔隙中,发挥机械性锁结固定作用陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l陶瓷材料的孔隙陶瓷材料的孔隙 1550m-有利于纤维微管的生长； 50150m-有利于类骨质的形成； 150250m-引导形成矿化的骨组织作用显著而直接； 250m以上-诱导分化的能力：成纤维细胞成骨细胞。l孔隙度高，孔隙相通的材料有利于营养物质的传递和新骨的长入,。但孔隙度过高，又对材料的强度有影响。一般控制在30%左右陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l陶瓷材料的形态陶瓷材料的形态颗粒状、粉末状长期植入不易产生瘤样增生块状易诱发肉瘤有孔者比无孔者、圆钝材料比角形材料的瘤样增生发生率降低50%陶瓷类种植材
25、料陶瓷类种植材料材料力学性质与界面材料力学性质与界面: 陶瓷材料本身的力学性质和在应力作用下力传导性质,必须与骨的力学性质和力传导性质相匹配,才能获得良好的力学相容性. 陶瓷材料与天然牙和骨组织相比,弹性模量高,刚性大 ,受应力特别是水平应力时,应力不能得到分散和缓冲,加上骨组织是多相多孔体,应力应变呈粘弹性关系,所以容易形成种植体周围应力集中,造成骨吸收和破坏.陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料临床应用临床应用(一一)陶瓷人工牙根种植体陶瓷人工牙根种植体 利用生物陶瓷材料制成牙根的种植体,植入拔牙窝或人工牙窝内,在种植体上部制作义齿修复体以恢复缺失牙的解剖形态,并通过牙根种植体将应力直接传导和分散
26、到颌骨以获得咀嚼功能. 应用现状:已广泛应用于临床,如单晶或多晶氧化铝陶瓷、羟基磷灰石陶瓷及生物玻璃陶瓷人工牙根种植体.为克服脆性大等缺点,目前一般是将陶瓷与金属复合,采用烧结、溅射、喷涂等涂层方法,将生物陶瓷涂层在金属核上制成陶瓷涂层人工牙根复合种植体.良好的生物性能良好的生物性能,产生骨性界面结合产生骨性界面结合表面形成孔隙表面形成孔隙,增强与骨组织机械性结合增强与骨组织机械性结合可阻止或降低内层金属离子的释放可阻止或降低内层金属离子的释放利用金属核的强度能克服单纯陶瓷人工利用金属核的强度能克服单纯陶瓷人工牙根种植体脆性大、机械强度差的缺点牙根种植体脆性大、机械强度差的缺点可改善种植体表面
27、的弹性模量可改善种植体表面的弹性模量优优 点点陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料(二二)陶瓷人工骨陶瓷人工骨利用陶瓷材料替代和恢复骨缺损缺失的生理外形,并重建已丧失的生理功能.并未具备骨的性质,而是利用其构成网状支架结构,促进和引导骨组织成骨.分类分类:按陶瓷材料-氧化铝陶瓷人工骨、羟基磷灰石陶瓷、生 物玻璃陶瓷、磷酸三钙陶瓷等按形态-块状型、颗粒型、粉末型按致密程度-致密实体型、多孔泡沫型按组成成分-单一陶瓷人工骨、复合陶瓷人工骨陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料颗粒型陶瓷人工骨的性质和用途颗粒型陶瓷人工骨的性质和用途l主要适用于颌骨局部缺损修复以及骨萎缩吸收后生理外形的恢复
28、等,是应用最广的一种形态l颗粒形态以圆形为最佳l颗粒直径对组织的反应也有差异,直径在500m1000m时,能使纤维组织和新生骨组织同时长入人工骨颗粒之间,孔隙率也保持在30%左右陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料多孔泡沫型陶瓷人工骨的性质和用途多孔泡沫型陶瓷人工骨的性质和用途l主要适用于大面积骨缺损修复l分大孔型(孔隙率55%)和小孔型(孔隙率75%),小孔型对于大面积骨缺损修复有较好效果l加工成形比较困难,易碎,植入体内一段时间后,因组织长入彼此交互联结,强度有所提高陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料致密实体型陶瓷人工骨的性质和用途致密实体型陶瓷人工骨的性质和用途l用于局部骨缺损修复和生理性骨吸收后的生
29、理外形恢复,以及拔牙后立即进行牙槽窝埋入以减缓牙槽骨吸收，保存牙槽嵴高度l密度大、机械强度高,可承受较大应力l弹性模量高、刚性大,容易引起骨组织的损伤、吸收代表性的生物陶瓷性能和应用代表性的生物陶瓷性能和应用分分类类生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷生物活性类陶瓷生物活性类陶瓷生物可吸收性陶瓷生物可吸收性陶瓷机械强度较高机械强度较高良好耐磨耗性良好耐磨耗性和润滑性和润滑性弹性模数高弹性模数高多种结晶形态多种结晶形态属于生物惰性属于生物惰性材料材料具有亲水性，具有亲水性，表面易形成水膜表面易形成水膜体液中稳定体液中稳定对周围机体组对周围机体组织呈惰性反应织呈惰性反应孔径大的材料孔径大的材料有新骨长入有
30、新骨长入生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷-氧化铝氧化铝机械性能机械性能生物性能生物性能一般情况一般情况生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷-氧化铝氧化铝：应用：应用 人工关节等人工关节等 人工牙根人工牙根接骨螺钉用于骨固定接骨螺钉用于骨固定生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷-碳素碳素l主要有玻璃碳、碳纤维、热分解碳和碳碳复合物l具有优良抗血栓性，应用于人工心脏瓣膜l在其他方面真正实用化有待探索机械强度较高机械强度较高良好韧性和挠良好韧性和挠曲强度曲强度“陶瓷钢陶瓷钢”其特性在技术其特性在技术上难把握上难把握优良的韧性优良的韧性生物相容性以生物相容性以及与骨组织的结及与骨组织的结合状况大体与氧合状况大体与氧化铝相
31、似化铝相似生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷-氧化锆氧化锆机械性能机械性能生物性能生物性能一般情况一般情况生物惰性类陶瓷生物惰性类陶瓷-氧化锆氧化锆：应用：应用 与氧化铝相似与氧化铝相似较多用作口腔全瓷修复较多用作口腔全瓷修复体材料体材料使用使用CAD/CAM技术制技术制备高强度氧化锆冠桥备高强度氧化锆冠桥生物活性类陶瓷生物活性类陶瓷-羟基磷灰石（羟基磷灰石（HAp）1迄今仍为医学界迄今仍为医学界研究热题研究热题是生物活性陶瓷是生物活性陶瓷钙磷比为钙磷比为1.67，组成与天然骨组成与天然骨、牙、牙的无机成分相同的无机成分相同2机械强度与制作机械强度与制作工艺有很大关系工艺有很大关系脆性大，耐冲击脆性
32、大，耐冲击强度低强度低3分子结构和钙磷分子结构和钙磷比与正常骨无机成比与正常骨无机成分相似，生物相容分相似，生物相容性十分优良，植入性十分优良，植入骨缺损区有较好的骨缺损区有较好的修复效果修复效果对软组织也同样对软组织也同样具有良好相容性具有良好相容性Hap人工牙根曾风靡一时人工牙根曾风靡一时 Hap多孔体常用于骨置换和骨缺损修复多孔体常用于骨置换和骨缺损修复 羟磷灰石（羟磷灰石（HAp）：应用：应用羟磷灰石（羟磷灰石（HAp）：改性：改性羟磷灰石与有机高分子聚合物复合羟磷灰石与有机高分子聚合物复合羟磷灰石与胶原羟磷灰石与胶原、骨形成蛋白或生物活性分子的复合、骨形成蛋白或生物活性分子的复合多相
33、陶瓷复合烧结多相陶瓷复合烧结掺杂改性掺杂改性其他形式的复合其他形式的复合其它生物活性及生物可吸收性陶瓷其它生物活性及生物可吸收性陶瓷l生物玻璃l生物活性玻璃陶瓷l磷酸三钙l羟基磷灰石与磷酸三钙双相陶瓷微晶玻璃微晶玻璃：具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料生物陶瓷发展趋势生物陶瓷发展趋势l从致密体向多孔体发展从致密体向多孔体发展:致密陶瓷的表面气孔率较小,有较好的机械性能,但植入人体后,只能在表面形成骨质,
34、骨组织不能长入材料内部,力学性能远不能用于负荷区修复.模拟、防制或复制生物骨组织的多孔结构,研制孔隙相通的生物活性和生物可降解性的多孔生物陶瓷材料,仍然是目前生物陶瓷研究的主要方向. 合成的多孔陶瓷材料,无论从力学性能还是从孔隙的结构特征上讲,均远不及天然的生物骨组织.因此,通过将生物骨组织人工改性,获得的多孔生物陶瓷完整地保留了生物骨组织的多孔特性和生物活性,成为研究热点.例如,将牛骨、珊瑚等脱去有机物后,经适当的烧结工艺,再经过磷酸盐修饰,HA多孔生物陶瓷.陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l复合生物陶瓷的发展复合生物陶瓷的发展:通过成分的改进,有目的地选择第二相,以获得更好的机械性能及生物学性
35、能.如:HA基陶瓷与磷酸三钙( TCP)复合、 HA基陶瓷与生物玻璃复合、 HA与有机物复合、多孔生物陶瓷与骨髓基质细胞或骨形成蛋白等骨生长物质的复合等lHA结构向类骨磷灰石结构方向发展结构向类骨磷灰石结构方向发展:人类骨组织磷灰石呈低结晶度的纳米级HA.按仿生学设想,将HA生物陶瓷的合成转向低结晶度非化学计量贫钙HA,特别是碳酸磷灰石、氯磷灰石、氟磷灰石纳米HA的研究增多,提高了磷灰石的生物相容性和吸收降解性陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l磷酸钙生物降解陶瓷方向发展磷酸钙生物降解陶瓷方向发展:磷酸钙陶瓷的可吸收性是指陶瓷植入机体后,随时间而部分或全部被吸收,同时新骨生成取代生物材料.优越性在于
36、:无异物存在于体内,骨的改建不受材料的影响,材料吸收后骨的改建比骨与材料的复合体更活跃.随着降解和吸收,新骨逐步长入替代植入物,这是一种理想的骨修复和替代途径,但受材料本身和宿主植入部位等因素影响,要达到材料吸收和骨生长的速度相一致是很困难的. 目前可吸收的陶瓷材料主要有:贫钙性低结晶的磷灰石、-TCP(磷酸三钙)、 -TCP、磷酸四钙(TTCT)、磷酸八钙(OCP)、无定形磷酸钙(ACP)等陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料l具有诱导性磷酸钙基生物陶瓷方向发展具有诱导性磷酸钙基生物陶瓷方向发展:材料的骨诱导性指材料诱导基质干细胞向骨祖细胞方向分化,进而形成骨组织的性能.Ca-P陶瓷的骨诱导性是一定
37、条件下的固有特性,其诱导基质干细胞骨源性分化的机理尚不清楚,是开发骨诱导性Ca-P陶瓷的研究重点l具有生物电性能的生物陶瓷方向发展具有生物电性能的生物陶瓷方向发展:研究生物压电陶瓷材料和高分子驻及体材料,使种植材料具有促进细胞组织定向生长的作用,符合机体组织的电相容性l具有渐变多元多层结构的生物梯度材料方向发展具有渐变多元多层结构的生物梯度材料方向发展:提高种植体的力学相容性和应力传导性陶瓷类种植材料陶瓷类种植材料 钛玻璃HA种植体横截面图种植体横截面图 植入颌骨的牙根部分表面为多孔陶瓷，由外向内孔隙逐渐减少形成孔隙梯度结构，陶瓷的成分也可过渡到力学性能优异的金属形成陶瓷/金属的组成梯度 高分
38、子类种植材料高分子类种植材料l包括天然高分子天然高分子和合成聚合物合成聚合物,天然聚合物包括胶原、骨有机基质、生长因子,以及其他生物体天然高分子,如甲克素、纤维素、藻酸钠等,它们常常表现为降解性,作为复合材料的组分使用.合成聚合物又可分为降解性和非降解性材料.包括丙烯酸脂类、聚四氟乙烯类、聚枫、聚乳酸、聚羟基丁酸酯等 高分子类种植材料高分子类种植材料l高分子类种植材料的优点:弹性模量较低,减少了金属等较高弹性模量所致的应力屏蔽和应力集中所导致的骨吸收;多数可以降解吸收.l高分子类种植材料的不足:易老化;某些降解产物可能对机体有一定的危害;机械强度较差,负荷区使用受限;多数呈疏水性,不能形成骨性结合.复合材料复合材料 诸多的种植诸多的种植材料中并没材料中并没有一种是完有一种是完美无缺的，美无缺的，往往不能同往往不能同时满足生物时满足生物相容性和机相容性和机械性能方面械性能方面的要求的要求 复合材料复合材料应运而生应运而生 包括两种主包括两种主要形式要形式:混合混合法、涂层法法、涂层法
