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生物納米陶瓷材料

藝術(shù)與設(shè)計學院

視覺傳達(1)班

酈雯煜334407008

1/36目錄生物陶瓷納米陶瓷用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷制備方法納米生物陶瓷人工聽骨應(yīng)用前景與展望2/361.生物陶瓷

進入二十一世紀,世界科技迅猛發(fā)展,生物陶瓷材料應(yīng)用,為人們生活乃至身體健康等各方面帶來了不可忽略便利,所以,對生物陶瓷材料研究倍受材料科學工作者重視。3/361.生物陶瓷納米生物陶瓷遠紅外臨床應(yīng)用納米人工骨納米陶瓷人工聽骨納米陶瓷牙4/361.生物陶瓷

定義：

生物陶瓷指與生物體或生物化學相關(guān)新型陶瓷,是含有特殊生理行為一類陶瓷材料,可用來組成人類骨骼和牙齒一些部分,甚至可望部分或整體地修復(fù)或替換人體一些組織、器官,或促進其功效。5/361.生物陶瓷生物陶瓷必須滿足生物學要求：(1)它是與生物機體相容,對生物機體組織無毒、無刺激、無過敏反應(yīng)、無致畸、致突變和致癌等作用;(2)它含有一定力學要求,不但含有足夠強度,而且其彈性形變應(yīng)該和被替換組織相匹配;(3)它能和人體其它組織相互結(jié)合。6/361.生物陶瓷依據(jù)生理環(huán)境中所發(fā)生生物化學反應(yīng),生物陶瓷可分為三種類型:(1)靠近于生物惰性陶瓷,如氧化鋁、氧化鋯及

氧化鈦陶瓷等;(2)表面活性生物陶瓷,包含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。7/361.生物陶瓷因為常規(guī)陶瓷材料中氣孔、缺點影響，該材料低溫性能較差，彈性模量遠高于人骨，力學性能不匹配，易發(fā)生斷裂破壞，強度和韌性都不能滿足臨床上要求，致使其應(yīng)用受到很大限制。納米材料問世，使生物陶瓷材料生物學性能和力學性能大大提升成為可能。8/362.納米陶瓷

定義：

納米陶瓷是指在陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)中,晶粒、晶界及它們之間結(jié)合都處于納米尺寸水平,包含晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺點尺寸都是納米級。

9/362.納米陶瓷

陶瓷材料性能取決于其微觀組織結(jié)構(gòu),納米陶瓷因為晶粒細化,晶界數(shù)目以及擴散蠕變速率增加,可使材料強度、韌性和超塑性大為提升,并對材料電學、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生主要影響。10/362.納米陶瓷納米陶瓷為何能夠滿足生物陶瓷所需功效？（1）納米微粒尺寸很小，普通在1nm~100nm

之間。與常規(guī)陶瓷材料相比，納米陶瓷中內(nèi)在氣孔或缺點尺寸大大減小，材料不易造成穿晶斷裂，有利于提升固體材料斷裂韌性。（2）晶粒細化使晶界數(shù)量大大增加，有利于晶界間滑移，使納米陶瓷材料表現(xiàn)出獨特超塑性。（3）納米材料固有表面效應(yīng)使其表面原子存在許多懸空鍵，而且有不飽和性質(zhì)，含有很高化學活性。這一特征能夠增加該材料生物活性和成骨誘導(dǎo)能力，實現(xiàn)植入材料在體內(nèi)早期固定。11/362.納米陶瓷

另外，納米材料本身與人體就有著十分親密聯(lián)絡(luò)。眾所周知，人牙齒就是由規(guī)則排列納米級羥基磷灰石微粒組成，造成人體發(fā)病病毒尺寸普通也只有幾十納米。

所以，納米材料在生物材料方面含有遼闊應(yīng)用前景。12/363.用于生物材料納米陶瓷用于生物材料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13/363.用于生物材料納米陶瓷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在一起,并誘導(dǎo)軟骨生成,各種特征與人骨特征相當。應(yīng)用領(lǐng)域可與眼肌組織到達很好融合,并可實現(xiàn)同時移動；能夠經(jīng)過電脈沖刺激大腦神經(jīng),看到精彩世界。14/363.用于生物材料納米陶瓷3.2納米陶瓷微粒用作生物材料

納米微粒尺寸普通比生物體內(nèi)細胞、紅血球小得多,這就為生物學研究提供了一個新研究路徑。當前,關(guān)于這方面研究還處于初始階段。15/363.用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷微粒藥品載體治療腫瘤抗菌細胞分離16/363.用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷微粒藥品載體治療腫瘤抗菌細胞分離17/363.用于生物材料納米陶瓷3.1.1用于細胞分離

80年代初,人們開始利用納米微粒進行細胞分離,建立了用納米SiO2微粒實現(xiàn)細胞分離新技術(shù)。納米包覆體尺寸約30nm,因而膠體溶液在離心作用下很輕易產(chǎn)生密度梯度;易實現(xiàn)納米SiO2粒子與細胞分離。18/363.用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷微粒藥品載體治療腫瘤抗菌細胞分離19/363.用于生物材料納米陶瓷3.1.2用作藥品載體

人們利用納米級粒子使藥品在人體內(nèi)傳輸更為方便這一特點,將磁性納米粒子制成藥品載體,經(jīng)過靜脈注射到動物體內(nèi),在外加磁場作用下經(jīng)過納米微粒磁性導(dǎo)航,使其移動到病變部位,到達定向治療目標。動物臨床試驗證實,帶有磁性Fe2O3粒子是發(fā)展這種技術(shù)最有前途對象。該方法局部治療效果好、副作用少。20/363.用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷微粒藥品載體治療腫瘤抗菌細胞分離21/363.用于生物材料納米陶瓷3.1.3用于治療癌癥和腫瘤

利用納米微粒在體內(nèi)方便傳輸特點,科學家開發(fā)出放射療法用陶瓷微粒。

把可放射β射線化學元素摻入納米微粒內(nèi),制成β射線源材料,植入腫瘤附近,就可直接照射癌細胞又不損傷周圍正常組織,這種材料有含釔和含磷納米微粒。

德國教授利用癌細胞耐熱性差,加熱至43℃以上就死亡規(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中,受磁場影響,腫瘤內(nèi)納米氧化鐵微粒升溫至45～47℃,殺死癌細胞而不會傷及周圍正常組織。22/363.用于生物材料納米陶瓷納米陶瓷微粒藥品載體治療腫瘤抗菌細胞分離23/363.用于生物材料納米陶瓷3.1.4含有抗菌性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危險,這將造成材料失效和手術(shù)失敗,給患者帶來巨大痛苦。為此,人們開發(fā)出一些兼具抗菌性納米生物材料。

如在合成羥基磷灰石納米粉反應(yīng)中,將銀、銅等可溶性鹽水溶液加入反應(yīng)物中,使抗菌金屬離子進入磷灰石結(jié)晶產(chǎn)物中,制得抗菌磷灰石微粉,用于骨缺損填充和其它方面。24/364.納米陶瓷制備方法納米陶瓷制備過程主要包含：納米粉體制備成型燒結(jié)25/364.納米陶瓷制備方法4.1納米陶瓷粉體制備納米陶瓷粉體物理法化學法惰性氣體冷凝法高能機械球磨法濕化學法化學氣相法26/364.納米陶瓷制備方法4.2納米陶瓷成型

成型是將粉體轉(zhuǎn)變成含有一定形狀,體積和強度坯體過程。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27/364.納米陶瓷制備方法4.3納米陶瓷燒結(jié)

納米陶瓷燒結(jié)與其它陶瓷燒結(jié)不一樣:普通陶瓷燒結(jié)普通無須過分考慮晶粒生長,而在納米陶瓷燒結(jié)過程中必須控制晶粒長大。當前,無壓燒結(jié)因設(shè)備簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn),是最基本燒結(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,依據(jù)不一樣條件和要求,可選擇不一樣燒結(jié)方法。28/364.納米陶瓷制備方法4.3納米陶瓷特征

納米陶瓷特征主要表現(xiàn)在其含有較高硬度、斷裂韌度和很好低溫延展性等。

相關(guān)研究表明:納米陶瓷含有在較低溫度下燒結(jié)就能到達致密化優(yōu)越性,而且納米陶瓷出現(xiàn)將有利于處理陶瓷強化和增韌問題。

在室溫壓縮時,納米顆粒已經(jīng)有很好結(jié)合性,高于500℃很快致密化,而晶粒大小只有稍許增加;所得材料硬度和斷裂韌性更加好,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)溫度增加(即孔隙度降低)而增加,故低溫燒結(jié)能取得好力學性能。29/36納米生物陶瓷人工聽骨30/365.納米生物陶瓷人工聽骨研究意義：

慢性中耳各種疾病，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病變、破壞、缺損、缺失而至聽力下降，甚至喪失聽力，嚴重影響患者生存質(zhì)量。

因為中耳各種疾病所造成聽力缺失，難以修復(fù)，受到修復(fù)聽骨材料限制，所以，研究開發(fā)生物相容性好，導(dǎo)音功效強，無毒副作用，遠期效果佳人工聽骨對修復(fù)缺損聽骨、重建聽骨鏈、提高聽力、降低聽力殘疾，提升患者生存質(zhì)量含有重要意義。31/365.納米生物陶瓷人工聽骨納米羥基磷灰石粉料制備：Ca(NO3)2溶液置于燒杯中

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

滴加氨水維持pH在10.5~11.0XRD、TEM納米羥基磷灰石粉料32/365.納米生物陶瓷人工聽骨納米生物陶瓷人工聽骨制備：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胞培養(yǎng)板中成骨細胞在陶瓷材料上增殖33/365.納米生物陶瓷人工聽骨納米生物陶瓷人工聽骨優(yōu)點：含有良好力學強度；對細胞生長增殖和骨向分化均無不良影響；

無毒、無刺激；

含有良好組織相容性生物材料；

在骨創(chuàng)面可誘導(dǎo)新骨形成；

含有良好應(yīng)用前景。34/365.納米生物陶瓷應(yīng)用與展望

經(jīng)過近幾年發(fā)展，納米