生物納米陶瓷材料

生物納米陶瓷材料

藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院

視覺傳達(dá)(1)班

酈雯煜2012334407008

目錄生物陶瓷納米陶瓷用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷的制備方法納米生物陶瓷人工聽骨應(yīng)用前景與展望1.生物陶瓷

進(jìn)入21世紀(jì),世界科技迅猛發(fā)展,生物陶瓷材料的應(yīng)用,為人們的生活乃至身體健康等各方面帶來(lái)了不可忽視的便利,因此,對(duì)生物陶瓷材料的研究倍受材料科學(xué)工作者的重視。1.生物陶瓷納米生物陶瓷遠(yuǎn)紅外臨床應(yīng)用納米人工骨納米陶瓷人工聽骨納米陶瓷牙1.生物陶瓷

定義：

生物陶瓷指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷,是具有特殊生理行為的一類陶瓷材料,可用來(lái)構(gòu)成人類骨骼和牙齒的某些部分,甚至可望部分或整體地修復(fù)或替換人體的某些組織、器官,或增進(jìn)其功能。1.生物陶瓷生物陶瓷必須滿足的生物學(xué)要求：(1)它是與生物機(jī)體相容的,對(duì)生物機(jī)體組織無(wú)毒、無(wú)刺激、無(wú)過敏反應(yīng)、無(wú)致畸、致突變和致癌等作用;(2)它具有一定的力學(xué)要求,不僅具有足夠的強(qiáng)度,而且其彈性形變應(yīng)當(dāng)和被替換的組織相匹配;(3)它能和人體其它組織相互結(jié)合。1.生物陶瓷根據(jù)生理環(huán)境中所發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng),生物陶瓷可分為三種類型:(1)接近于生物惰性的陶瓷,如氧化鋁、氧化鋯及

氧化鈦陶瓷等;(2)表面活性生物陶瓷,包括致密羥基磷灰石陶瓷、

生物活性微晶玻璃等;(3)可吸收生物陶瓷,如熟石膏、磷酸三鈣及鋁酸

鈣等。1.生物陶瓷由于常規(guī)陶瓷材料中氣孔、缺陷的影響，該材料低溫性能較差，彈性模量遠(yuǎn)高于人骨，力學(xué)性能不匹配，易發(fā)生斷裂破壞，強(qiáng)度和韌性都不能滿足臨床上的要求，致使其應(yīng)用受到很大的限制。納米材料的問世，使生物陶瓷材料的生物學(xué)性能和力學(xué)性能大大提高成為可能。2.納米陶瓷

定義：

納米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中,晶粒、晶界及它們之間的結(jié)合都處在納米尺寸水平,包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸都是納米級(jí)。

2.納米陶瓷

陶瓷材料的性能取決于其微觀組織結(jié)構(gòu),納米陶瓷由于晶粒的細(xì)化,晶界數(shù)目以及擴(kuò)散蠕變速率的增加,可使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大為提高,并對(duì)材料的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。2.納米陶瓷納米陶瓷為什么能夠滿足生物陶瓷所需的功能？（1）納米微粒的尺寸很小，一般在1nm~100nm

之間。與常規(guī)陶瓷材料相比，納米陶瓷中的內(nèi)在氣孔或缺陷尺寸大大減小，材料不易造成穿晶斷裂，有利于提高固體材料的斷裂韌性。（2）晶粒的細(xì)化使晶界數(shù)量大大增加，有助于晶界間滑移，使納米陶瓷材料表現(xiàn)出獨(dú)特的超塑性。（3）納米材料固有的表面效應(yīng)使其表面原子存在許多懸空鍵，并且有不飽和性質(zhì)，具有很高的化學(xué)活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導(dǎo)能力，實(shí)現(xiàn)植入材料在體內(nèi)的早期固定。2.納米陶瓷

此外，納米材料本身與人體就有著十分密切的聯(lián)系。眾所周知，人的牙齒就是由規(guī)則排列的納米級(jí)羥基磷灰石微粒構(gòu)成的，導(dǎo)致人體發(fā)病的病毒尺寸一般也只有幾十納米。

因此，納米材料在生物材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。3.用于生物材料的納米陶瓷用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷固體用作生物材料納米陶瓷顆粒用作生物材料3.用于生物材料的納米陶瓷3.1納米固體陶瓷用作生物材料

將納米超微顆粒在高壓下壓制成形,再經(jīng)過一定的熱處理工藝可制成致密型納米固體陶瓷材料。

納米人工骨納米人工眼球具優(yōu)異生物、力學(xué)相容性和生物活性；能與自然骨形成生物鍵合,易與人體肌肉血管長(zhǎng)在一起,并誘導(dǎo)軟骨生成,各種特性與人骨特性相當(dāng)。應(yīng)用領(lǐng)域可與眼肌組織達(dá)到很好的融合,并可實(shí)現(xiàn)同步移動(dòng)；可以通過電脈沖刺激大腦神經(jīng),看到精彩世界。3.用于生物材料的納米陶瓷3.2納米陶瓷微粒用作生物材料

納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的細(xì)胞、紅血球小得多,這就為生物學(xué)研究提供了一個(gè)新的研究途徑。目前,關(guān)于這方面的研究還處于初始階段。3.用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷微粒藥物載體治療腫瘤抗菌細(xì)胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷微粒藥物載體治療腫瘤抗菌細(xì)胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷3.1.1用于細(xì)胞分離

80年代初,人們開始利用納米微粒進(jìn)行細(xì)胞分離,建立了用納米SiO2微粒實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分離的新技術(shù)。納米包覆體尺寸約30nm,因而膠體溶液在離心作用下很容易產(chǎn)生密度梯度;易實(shí)現(xiàn)納米SiO2粒子與細(xì)胞的分離。3.用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷微粒藥物載體治療腫瘤抗菌細(xì)胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷3.1.2用作藥物載體

人們利用納米級(jí)粒子使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便這一特點(diǎn),將磁性納米粒子制成藥物載體,通過靜脈注射到動(dòng)物體內(nèi),在外加磁場(chǎng)作用下通過納米微粒的磁性導(dǎo)航,使其移動(dòng)到病變部位,達(dá)到定向治療的目的。動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí),帶有磁性的Fe2O3粒子是發(fā)展這種技術(shù)的最有前途的對(duì)象。該方法局部治療效果好、副作用少。3.用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷微粒藥物載體治療腫瘤抗菌細(xì)胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷3.1.3用于治療癌癥和腫瘤

利用納米微粒在體內(nèi)方便傳輸?shù)奶攸c(diǎn),科學(xué)家開發(fā)出放射療法用的陶瓷微粒。

把可放射β射線的化學(xué)元素?fù)饺爰{米微粒內(nèi),制成β射線源材料,植入腫瘤附近,就可直接照射癌細(xì)胞又不損傷周圍正常組織,這種材料有含釔和含磷的納米微粒。

德國(guó)專家利用癌細(xì)胞耐熱性差,加熱至43℃以上就死亡的規(guī)律,將納米氧化鐵微粒注入腫瘤內(nèi),并將患者置于交變磁場(chǎng)中,受磁場(chǎng)影響,腫瘤內(nèi)的納米氧化鐵微粒升溫至45～47℃,殺死癌細(xì)胞而不會(huì)傷及周圍的正常組織。3.用于生物材料的納米陶瓷納米陶瓷微粒藥物載體治療腫瘤抗菌細(xì)胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷3.1.4具有抗菌性的生物材料生物材料應(yīng)用于人體后,其周圍組織有伴生感染的危險(xiǎn),這將導(dǎo)致材料失效和手術(shù)失敗,給患者帶來(lái)巨大的痛苦。為此,人們開發(fā)出一些兼具抗菌性的納米生物材料。

如在合成羥基磷灰石納米粉的反應(yīng)中,將銀、銅等可溶性鹽的水溶液加入反應(yīng)物中,使抗菌金屬離子進(jìn)入磷灰石結(jié)晶產(chǎn)物中,制得抗菌磷灰石微粉,用于骨缺損的填充和其它方面。4.納米陶瓷的制備方法納米陶瓷的制備過程主要包括：納米粉體的制備成型燒結(jié)4.納米陶瓷的制備方法4.1納米陶瓷粉體的制備納米陶瓷粉體物理法化學(xué)法惰性氣體冷凝法高能機(jī)械球磨法濕化學(xué)法化學(xué)氣相法4.納米陶瓷的制備方法4.2納米陶瓷成型

成型是將粉體轉(zhuǎn)變成具有一定形狀,體積和強(qiáng)度的坯體的過程。成形方型冷等靜壓成型超高壓成型橡膠等靜壓成型原位成型離心注漿成型凝膠直接成型凝膠澆注成型滲透固化4.納米陶瓷的制備方法4.3納米陶瓷燒結(jié)

納米陶瓷的燒結(jié)與其它陶瓷的燒結(jié)不同:普通陶瓷的燒結(jié)一般不必過分考慮晶粒的生長(zhǎng),而在納米陶瓷的燒結(jié)過程中必須控制晶粒長(zhǎng)大。目前,無(wú)壓燒結(jié)因設(shè)備簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化生產(chǎn),是最基本的燒結(jié)方法。另外,還有很多其它方法,如:相變輔助燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、燒結(jié)鍛壓等方法,根據(jù)不同的條件和要求,可選擇不同的燒結(jié)方法。4.納米陶瓷的制備方法4.3納米陶瓷的特性

納米陶瓷的特性主要表現(xiàn)在其具有較高的硬度、斷裂韌度和較好的低溫延展性等。

有關(guān)研究表明:納米陶瓷具有在較低溫度下燒結(jié)就能達(dá)到致密化的優(yōu)越性,而且納米陶瓷的出現(xiàn)將有助于解決陶瓷的強(qiáng)化和增韌問題。

在室溫壓縮時(shí),納米顆粒已有很好的結(jié)合性,高于500℃很快致密化,而晶粒大小只有稍許的增加;所得材料的硬度和斷裂韌性更好,而燒結(jié)溫度卻要比工程陶瓷低

400～600℃,且燒結(jié)不需要任何添加劑,其硬度和斷裂韌性隨燒結(jié)溫度的增加(即孔隙度的降低)而增加,故低溫?zé)Y(jié)能獲得好的力學(xué)性能。納米生物陶瓷人工聽骨5.納米生物陶瓷人工聽骨研究意義：

慢性中耳的各種疾病，如慢性化膿性中耳炎，分泌行中耳炎，耳硬化癥以及中耳外傷等，最終因鼓膜及聽骨鏈的病變、破壞、缺損、缺失而至聽力下降，甚至喪失聽力，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量。

因?yàn)橹卸鞣N疾病所造成的聽力缺失，難以修復(fù)，受到修復(fù)聽骨材料的限制，因此，研究開發(fā)生物相容性好，導(dǎo)音功能強(qiáng)，無(wú)毒副作用，遠(yuǎn)期效果佳的人工聽骨對(duì)修復(fù)缺損的聽骨、重建聽骨鏈、提高聽力、減少聽力殘疾，提高患者生存質(zhì)量具有重要意義。5.納米生物陶瓷人工聽骨納米羥基磷灰石粉料的制備：Ca(NO3)2溶液置于燒杯中

加入少量(NH4)2HPO4溶液羥基磷灰石晶核滴加(NH4)2HPO4；10mL/min晶粒生長(zhǎng)強(qiáng)力攪拌2h；陳化24h；傾去上層清液；洗滌、過濾、干燥干燥樣品反應(yīng)完畢

滴加氨水維持pH在10.5~11.0XRD、TEM納米羥基磷灰石粉料5.納米生物陶瓷人工聽骨納米生物陶瓷人工聽骨的制備：納米羥基磷灰石粉料冷壓成型成孔劑（過氧化氫）陶瓷生坯1300℃燒成4h納米羥基磷灰石陶瓷人工聽骨塑型置于細(xì)胞培養(yǎng)板中成骨細(xì)胞在陶瓷材料上增殖5.納米生物陶瓷人工聽骨納米生物陶瓷人工聽骨優(yōu)點(diǎn)：具有良好的力學(xué)強(qiáng)度；對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖和骨向分化均無(wú)不良影響；

無(wú)毒、無(wú)刺激；

具有良好組織相容性的生物材料；

在骨創(chuàng)面可誘導(dǎo)新骨形成；

具有良好的應(yīng)用前景。5.納米生物陶瓷的應(yīng)用與展望

經(jīng)過近幾年的發(fā)展