中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在多功能黑色生物活性陶瓷材料研究方面取得進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的白色生物活性陶瓷材料（硅酸鹽和磷酸鹽等）進(jìn)行熱還原處理，研制出新一代“黑色生物活性陶瓷”，將傳統(tǒng)生物活性陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域從組織再生拓展到腫瘤等疾病治療。

何為生物陶瓷

生物陶瓷，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。生物陶瓷不僅具有不銹鋼、塑料等所具有的特性，而且具有親水性，能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性，它是材料工業(yè)發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域，受到世界各國(guó)的重視。

分類

生物陶瓷分為生物惰性陶瓷與生物活性陶瓷兩類。

生物惰性陶瓷

生物惰性陶瓷材料的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，分子中的鍵合力較強(qiáng)，而且都具有較高的強(qiáng)度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。

1、氧化鋁陶瓷

目前氧化鋁陶瓷已經(jīng)應(yīng)用于人造骨、人工關(guān)節(jié)及人造齒根的制作方面。氧化鋁陶瓷在體外對(duì)熱纖維細(xì)胞只有微弱的毒性，長(zhǎng)時(shí)間存于體內(nèi)環(huán)境，力學(xué)特性也無(wú)明顯改變，硬度超過(guò)2000維氏單位。近些年隨著熱等靜壓成型技術(shù)和激光刻蝕技術(shù)的應(yīng)用，使三代氧化鋁陶瓷晶粒更小，純度及密度更高，強(qiáng)度和硬度得到顯著增加，破裂率顯著降低。氧化鋁陶瓷超強(qiáng)的硬度，良好的抗磨損能力，使之成為骨科THA中主要的生物材料。

2、氧化鋯陶瓷

近年來(lái)，氧化鋯陶瓷由于其優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是其遠(yuǎn)高于氧化鋁陶瓷的斷裂韌性，使其作為增強(qiáng)增韌第二相材料在人體硬組織修復(fù)體方面取得了較大的研究進(jìn)展。

生物活性陶瓷

生物活性陶瓷又叫生物降解陶瓷，包括活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長(zhǎng)入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收陶瓷的特點(diǎn)是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內(nèi)能夠誘發(fā)新生骨的生長(zhǎng)。

1、生物活性玻璃

主要是由SiO2、P2O5、CaO、Na2O構(gòu)成，可以鍵合到現(xiàn)有的骨組織中，可降解，并通過(guò)它們的溶解產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞的作用刺激新骨生長(zhǎng)。它具有區(qū)別于其他生物材料的獨(dú)特屬性，能在植入部位迅速發(fā)生一系列表面反應(yīng)，最終導(dǎo)致含碳酸鹽基磷灰石層的形成。

2、羥基磷灰石陶瓷材料

生物活性陶瓷中應(yīng)用最多的是羥基磷灰石，簡(jiǎn)稱HAp，屬表面活性材料，由于生物體硬組織（牙齒、骨）的主要成分是羥基磷灰石，因此有人也把羥基磷灰石陶瓷稱為人工骨。具有生物活性和生物相容性好、無(wú)毒、無(wú)排斥反應(yīng)、不致癌、可降解、可與骨直接結(jié)合等特點(diǎn)，是一種臨床應(yīng)用價(jià)值很高的生物活性陶瓷材料。

3、磷酸鈣陶瓷材料

目前廣泛應(yīng)用的生物降解陶瓷為β-磷酸三鈣，β-磷酸三鈣的最大優(yōu)勢(shì)就是生物相容性好，植入基體與骨直接融合，無(wú)任何局部炎性反應(yīng)及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性導(dǎo)致的低疲勞強(qiáng)度，較高剛性和脆性使其難以加工成型或固定鉆孔。

該團(tuán)隊(duì)采用鎂熱還原法，將傳統(tǒng)的白色生物活性陶瓷粉進(jìn)行熱還原處理，制備出一系列黑色生物活性陶瓷材料，包括硅酸鹽（即CaSiO3，MgSiO3）和磷酸鹽（即Ca3(PO4)2、Ca5(PO4)3(OH)）兩種體系的生物活性陶瓷。與傳統(tǒng)白色生物陶瓷相比，黑色生物陶瓷材料的晶體內(nèi)部存在大量的氧空位和結(jié)構(gòu)缺陷，其降解性能得到明顯改善，對(duì)于成骨細(xì)胞和皮膚細(xì)胞的粘附、鋪展、增殖、遷移和分化等細(xì)胞生物活性有更好的促進(jìn)作用。在慢性皮膚創(chuàng)傷及大塊骨缺損修復(fù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，黑色生物陶瓷對(duì)于皮膚和骨組織修復(fù)效果明顯優(yōu)于白色陶瓷，表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)軟/硬組織多功能再生活性。

此外，在低功率的近紅外光照射下，黑色生物活性陶瓷材料表現(xiàn)出明顯的光熱升溫效果，可導(dǎo)致材料周圍的腫瘤細(xì)胞死亡，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中成功抑制皮膚癌和骨腫瘤的增長(zhǎng)，具有優(yōu)異的光熱抗腫瘤效果。綜上所述，黑色生物活性陶瓷材料兼具促進(jìn)多種組織再生活性及腫瘤治療等多功能特性，該研究將生物活性陶瓷的應(yīng)用范圍由組織再生拓展到腫瘤治療，有力推動(dòng)生物陶瓷的學(xué)科發(fā)展和臨床應(yīng)用。

參考資料

[1]上海硅酸鹽所研制出多功能黑色生物活性陶瓷材料.上海硅酸鹽研究所

[2]焦永峰、趙磊.生物陶瓷材料的研究進(jìn)展

[3]高定、徐永清等.生物陶瓷材料的應(yīng)用及其研究進(jìn)展

[4]談國(guó)強(qiáng)、賀中亮等.生物陶瓷的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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