一文了解第三代生物材料——生物陶瓷
生物陶瓷是一种具有与生物体或生物化学有关的区别于传统陶瓷材料的新型材料，生物陶瓷有着传统陶瓷所不具备的特殊功能。作为生物陶瓷材料，需要具备如下条件：生物相容性，力学相容性，与生物组织有优异的亲和性，抗血栓，灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性。生物陶瓷包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶。
生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷（如Al2O3，ZrO2等）和生物活性陶瓷（如致密羟基磷灰石，生物活性玻璃等）。生物惰性陶瓷的化学性能稳定，生物相容性好，这类材料的物理机械性能以及功能特性与人体组织相匹配，主要特点是力学强度高，耐磨性较强。
生物陶瓷的发展历程
18世纪前，人们就开始用柳枝、木、麻、象牙等天然材料作为骨修复材料，而生物陶瓷材料作为生物医学材料则是始于18世纪初。
▪ 1788年法国人Nicholas成功地完成了瓷全口及瓷牙修复，并在1792年获得专利。
▪ 1808年初成功制成了用于镶牙的陶齿。
▪ 1871年，羟基磷灰石被人工合成。
▪ 1894年，H.Dreeman报道了使用熟石膏作为骨替换材料。
▪ 1926年，Bassett用X-射线衍射分析发现骨和牙的矿物质与羟基磷灰石的X射线谱相似。
▪ 1928年，Leriche和Policard开始研究和应用磷酸钙作为骨替换材料。
▪ 1930年，Naray-Szabo和Mehmel独立地应用X-ray衍射分析确定了氟磷灰石的结构。
▪ 1963年在生物陶瓷发展史上也是重要的一年，该年Smith报告发展了一种陶瓷骨替代材料。由于技术方面的限制，直到1971年才有羟基磷灰石被成功研制并扩大到临床应用的报道。
▪ 1974年，Hench在设计玻璃成分时，曾有意识地寻求一种容易讲解的玻璃，当把玻璃材料植入生物体内作为骨骼和牙齿的替代物时，发现有些材料中的组织可以和生物体内的组分互相交换或者反应，最终形成与生物体本身相容的性质，构成新生骨骼和牙齿的一部分。
中国20世纪70年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。
▼ 1974年开展微晶玻璃用于人工关节的研究。
▼ 1977年氧化铝陶瓷在临床上获得应用。
▼ 1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以后又有新型生物陶瓷材料不断出现，并应用于临床。中科院上海硅酸盐研究所、华南理工大学、北京市口腔医学研究所等单位对生物陶瓷都进行了深入的研究。
目前，生物陶瓷的应用范围也正逐步扩大，可应用于人工骨、人工关节、人工齿根、骨充填材料、骨置换材料、骨结合材料、还可应用于人造心脏瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工气管，经皮引线可应用于体内医学检测，以及膜、人造血管和其他医用人造气管和穿皮接头等。
生物陶瓷材料的应用
【 医用生物陶瓷材料 】
医用生物陶瓷材料主要用于移植生物陶瓷以及具有分析及科学仪器的医疗设备。移植物陶瓷具体会用于牙齿和骨头替换的医疗设备及移植体。生物陶瓷在生物构成的生物活性和金属制造中形成多种复合材料，具体包括自然聚合物、碳纤维或者碳纳米管，因此生物陶瓷材料在医学移植材料中具有非常重要的应用。
【 移植生物陶瓷材料 】
生物陶瓷材料的耐磨性、与生物相容性等特点导致这种材料在许多医疗设备中具有较大的适用性。可以通过药物传递到人工关节，刺激器和电子传感器。比如氧化锆和氧化铝材料由于自身的化学稳定性较好，因此可以更好地承受人体的不友好环境。其中牙齿和骨代替是移植陶瓷的主要市场。氧化铝和氧化锆材料在骨移植中具有重要地位，当前随着相关技术的发展，该材料的稳定性研究力度不断加大，同时通过对人体骨骼成分以及承受力的对比，发现该类材料在骨组织工程研究中可以发挥非常重要的作用。随着生物陶瓷材料研究范围的扩大，更加优质和稳定的材料也会不断问世。
【 生物医疗设备用陶瓷 】
具体包括成像仪、医学化验设备、检验系统以及超声波设备。
【 移植体陶瓷材料应用 】
在牙齿保洁行业，由于牙齿的消耗情况不断加大，牙科设备的更新换代也会不断加快。
生物陶瓷发展趋势
生物陶瓷材料已经经历了一定的发展，在医学领域中表现出的价值非常明显。今后生物陶瓷材料的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 通过研究与人体结构相似的有机无机复合材料，不断改善生物陶瓷材料的可靠性、强度以及韧性，从而不断改善材料的力学性能。
2. 在人骨研究的理论基础上，通过种植与软组织结合的机理，开发与人体组织适应性好，同时促进生长的生物陶瓷材料。
3. 生物陶瓷材料由于自身的特点，大部分可以直接移植到人体内，但随着应用领域的增加，应该积极研究材料的降解特点，可以在人体恢复过程中形成微型颗粒物质等。
4. 由于移植陶瓷应用范围不断扩大，今后医学领域中的人造血管和人造气管也将成为重要的研究方向。
生物材料经历了从第一代的生物惰性材料到第三代的可降解性、具有良好生物相容性生物材料，市场份额大幅增加。其中无机材料是应用最早的材料之一，生物陶瓷材料作为人体内所有硬组织修复领域的佼佼者，是其他生物材料所无法取代的。
中科院上海硅酸盐研究所研究员常江曾在国际学术期刊Materials Today发表综述文章，总结了近年来生物陶瓷的研发进展。他表示生物陶瓷不仅能用于硬组织修复，在软组织组织工程和再生医学领域也有巨大的发展潜力。生物陶瓷作为第三代生物材料，在医疗领域中受到广泛关注。据有关专家预计，到2020年，中国市场需求量将达到20亿美元，总比约占全球市场份额的22%，是全球生物材料的巨大消费市场。
