[導(dǎo)讀] 說起生物材料的發(fā)展，可分為以下四個(gè)階段：①18世紀(jì)：采用天然材料（如柳枝、木、麻、象牙及貴金屬等）作為骨修復(fù)材料的人工骨研究啟蒙階段；②19世紀(jì)：采用純金、純銀、鉑等貴金屬的自然發(fā)展階段；③20世紀(jì)中葉：采用鈷鉻鋁合金、純鈦、鈦合金，以及有機(jī)玻璃等高分子材料用于臨床的探索階段；④20世紀(jì)60年代：生物陶瓷嶄露頭角的迅速發(fā)展階段。
生物陶瓷（Bioceramics）是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。廣義講，凡屬生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。生物陶瓷材料根據(jù)與組織的結(jié)合情況分為生物活性陶瓷材料和生物惰性陶瓷材料。兩者的根本區(qū)別在于植入體內(nèi)后，植入體是否能夠與活組織形成化學(xué)鍵合。本文首先對(duì)生物惰性陶瓷材料進(jìn)行簡略介紹。
1.生物惰性陶瓷材料的特性：
該材料在植入生物體內(nèi)后，無法跟活性組織形成化學(xué)鍵合，而是被纖維結(jié)締組織膜所包繞。纖維結(jié)締組織膜將植入體與修復(fù)部位的正常組織分隔開，植入體以異物的形式永久存留于體內(nèi)。盡管生物惰性陶瓷材料不能與人體組織發(fā)生化學(xué)鍵合，但由于其良好的力學(xué)性能、優(yōu)秀的耐磨損能力和化學(xué)穩(wěn)定性，生物惰性陶瓷材料仍然是一類重要的替代型硬組織修復(fù)材料。如何提高生物惰性陶瓷材料的斷裂韌性，克服其脆性，以及引入生物活性成分改善其與人體組織的結(jié)合，是生物惰性陶瓷材料研究的主要內(nèi)容。
2.生物惰性陶瓷的分類：
生物惰性醫(yī)用陶瓷材料包括氧化物陶瓷，非氧化物陶瓷、玻璃陶瓷等，它們化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物相容性好，在體內(nèi)耐腐蝕、不降解，與人體組織不產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。臨床上常用的生物惰性陶瓷有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷等，其中，以Al、Mg、Ti、Zr的氧化物應(yīng)用最為廣泛。生物惰性陶瓷一般具有較高的強(qiáng)度和耐磨性能，在醫(yī)療上主要用于制作人工關(guān)節(jié)、人工骨、口腔植入體、全瓷牙和牙冠等方面。
（1）氧化鋁（Al2O3）陶瓷材料
氧化鋁有多種晶型，其中高溫晶型α-Al2O3的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性最好，α-Al2O3的密度為3.99g/cm3，輕于不銹鋼、鈦及鈦合金等常見的生物醫(yī)用金屬材料。α-Al2O3屬于離子鍵為主的晶體，鍵力較強(qiáng)，使得Al2O3具有高的熔點(diǎn)（2050℃）、硬度、耐化學(xué)腐蝕性和彈性模量。
早在1969年，氧化鋁陶瓷作為永久性可移植骨假體，植入成年雜種狗的股骨進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多晶氧化鋁陶瓷對(duì)包括生物環(huán)境在內(nèi)的任何環(huán)境都呈現(xiàn)惰性及其優(yōu)越的耐磨損性和高的抗壓強(qiáng)度。氧化鋁陶瓷在人體內(nèi)極其穩(wěn)定，硬度高，幾乎不會(huì)被磨損，這使得氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應(yīng)用的生物惰性陶瓷材料。
（2）氧化鋯（ZrO2）陶瓷材料
氧化鋯是常溫下斷裂韌性最高的氧化物陶瓷，廣泛用作為結(jié)構(gòu)材料。與氧化鋁陶瓷相比，氧化鋯陶瓷具有更高的常溫強(qiáng)度和斷裂韌性，彈性模量較低，但硬度和耐磨性能不如氧化鋁陶瓷。
氧化鋯由于其優(yōu)良的生物相容性，具有較高的斷裂韌性和強(qiáng)度、較低的彈性模量，在醫(yī)療領(lǐng)域目前主要用于人工關(guān)節(jié)、牙根、牙冠和全瓷牙, 是迄今為止強(qiáng)度最高的牙科修復(fù)材料。與聚乙烯配對(duì)用于人工關(guān)節(jié)時(shí)，其摩擦潤滑方面與氧化鋁有相似的性能。氧化鋯陶瓷斷裂韌性較高，氧化鋯股骨頭假體的臨床破裂率要低于氧化鋁陶瓷股骨頭。
3.生物惰性陶瓷材料的優(yōu)劣勢(shì)：
生物惰性材料應(yīng)用于人工髖關(guān)節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）耐磨損，能較好地抵抗研磨性磨損和第三體磨損；
（2）強(qiáng)度較高，能滿足負(fù)重部位修復(fù)對(duì)材料強(qiáng)度的要求；
（3）硬度高，無蠕變現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；
（4）微晶結(jié)構(gòu)表面可進(jìn)行高拋光加工；
（5）親水性好，潤滑性能出色；
（6）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有極好的耐腐蝕性，幾乎無離子釋放；
（7）生物學(xué)惰性，不易引起細(xì)胞反應(yīng)；
（8）表面不易附著細(xì)菌；
（9）表面退化緩慢。
生物惰性陶瓷的缺點(diǎn)
生物惰性陶瓷在體內(nèi)被纖維組織包裹或與骨組織之間形成纖維組織界面的特性影響了該材料在骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用，因?yàn)楣桥c材料之間存在纖維組織界面，阻礙了材料與骨的結(jié)合，也影響了材料的骨傳導(dǎo)性，長期滯留在體內(nèi)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的缺陷，使骨組織產(chǎn)生力學(xué)上的薄弱。
4.代表性公司舉例：
全球生物惰性陶瓷市場(chǎng)的領(lǐng)先公司包括CoorsTek（美國），CeramTec（德國），Kyocera（日本），Morgan Advance Material（英國），NGK Spark Plug（日本），DePuy Synthes（美國），Zimmer Biomet（美國）， Rauschert（德國），Straumann（瑞士），HC Stark（德國），3M（美國），DSM（荷蘭）等。