生物納米陶瓷材料

生物納米陶瓷材料

藝術與設計學院

視覺傳達(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用前景與展望1.生物陶瓷

進入21世紀,世界科技迅猛發(fā)展,生物陶瓷材料的應用,為人們的生活乃至身體健康等各方面帶來了不可忽視的便利,因此,對生物陶瓷材料的研究倍受材料科學工作者的重視。1.生物陶瓷納米生物陶瓷遠紅外臨床應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有關的新型陶瓷,是具有特殊生理行為的一類陶瓷材料,可用來構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或替換人體的某些組織、器官,或增進其功能。1.生物陶瓷生物陶瓷必須滿足的生物學要求：(1)它是與生物機體相容的,對生物機體組織無毒、無刺激、無過敏反應、無致畸、致突變和致癌等作用;(2)它具有一定的力學要求,不僅具有足夠的強度,而且其彈性形變應當和被替換的組織相匹配;(3)它能和人體其它組織相互結合。1.生物陶瓷根據(jù)生理環(huán)境中所發(fā)生的生物化學反應,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的要求，致使其應用受到很大的限制。納米材料的問世，使生物陶瓷材料的生物學性能和力學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構中,晶粒、晶界及它們之間的結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。

2.納米陶瓷

陶瓷材料的性能取決于其微觀組織結構,納米陶瓷由于晶粒的細化,晶界數(shù)目以及擴散蠕變速率的增加,可使材料的強度、韌性和超塑性大為提高,并對材料的電學、熱學、磁學、光學等性能產生重要的影響。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)出獨特的超塑性。（3）納米材料固有的表面效應使其表面原子存在許多懸空鍵，并且有不飽和性質，具有很高的化學活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導能力，實現(xiàn)植入材料在體內的早期固定。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)則排列的納米級羥基磷灰石微粒構成的，導致人體發(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,并誘導軟骨生成,各種特性與人骨特性相當。應用領域可與眼肌組織達到很好的融合,并可實現(xiàn)同步移動；可以通過電脈沖刺激大腦神經,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的細胞、紅血球小得多,這就為生物學研究提供了一個新的研究途徑。目前,關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胞分離3.用于生物材料的納米陶瓷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)細胞分離的新技術。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生密度梯度;易實現(xiàn)納米SiO2粒子與細胞的分離。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

人們利用納米級粒子使藥物在人體內的傳輸更為方便這一特點,將磁性納米粒子制成藥物載體,通過靜脈注射到動物體內,在外加磁場作用下通過納米微粒的磁性導航,使其移動到病變部位,達到定向治療的目的。動物臨床實驗證實,帶有磁性的Fe2O3粒子是發(fā)展這種技術的最有前途的對象。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方便傳輸?shù)奶攸c,科學家開發(fā)出放射療法用的陶瓷微粒。

把可放射β射線的化學元素摻入納米微粒內,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的納米微粒。

德國專家利用癌細胞耐熱性差,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,并將患者置于交變磁場中,受磁場影響,腫瘤內的納米氧化鐵微粒升溫至45～47℃,殺死癌細胞而不會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用于人體后,其周圍組織有伴生感染的危險,這將導致材料失效和手術失敗,給患者帶來巨大的痛苦。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中,將銀、銅等可溶性鹽的水溶液加入反應物中,使抗菌金屬離子進入磷灰石結晶產物中,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法惰性氣體冷凝法高能機械球磨法濕化學法化學氣相法4.納米陶瓷的制備方法4.2納米陶瓷成型

成型是將粉體轉變成具有一定形狀,體積和強度的坯體的過程。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

納米陶瓷的燒結與其它陶瓷的燒結不同:普通陶瓷的燒結一般不必過分考慮晶粒的生長,而在納米陶瓷的燒結過程中必須控制晶粒長大。目前,無壓燒結因設備簡單、易于工業(yè)化生產,是最基本的燒結方法。另外,還有很多其它方法,如:相變輔助燒結、熱壓燒結、燒結鍛壓等方法,根據(jù)不同的條件和要求,可選擇不同的燒結方法。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。

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

在室溫壓縮時,納米顆粒已有很好的結合性,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,而燒結溫度卻要比工程陶瓷低

400～600℃,且燒結不需要任何添加劑,其硬度和斷裂韌性隨燒結溫度的增加(即孔隙度的降低)而增加,故低溫燒結能獲得好的力學性能。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，嚴重影響患者的生存質量。

因為中耳各種疾病所造成的聽力缺失，難以修復，受到修復聽骨材料的限制，因此，研究開發(fā)生物相容性好，導音功能強，無毒副作用，遠期效果佳的人工聽骨對修復缺損的聽骨、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胞培養(yǎng)板中成骨細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：具有良好的力學強度；對細胞的生長增殖和骨向分化均無不良影響；

無毒、無刺激；

具有良好組織相容性的生物材料；

在骨創(chuàng)面可誘導新骨形成；

具有良好的應用前景。5.納米生物陶瓷的應用與展望

經過近幾年的發(fā)展