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生物陶瓷bioceramics

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
指与生物体或生物化学有关的新型陶瓷。包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶。根据使用情况，生物陶瓷可分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。前者植入人体内以恢复和增强生物体的机能，是直接与生物体接触使用的生物陶瓷。后者用于固定酶、分离细菌和病毒以及作为生物化学反应的催化剂，是使用时不直接与生物体接触的生物陶瓷。
　　植入陶瓷 　又称生物体陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心脏瓣膜、人造血管和其他医用人造气管和穿皮接头等。
　　使用条件 　①与生物体的亲和性好，即植入的陶瓷被侵蚀、分解的产物无毒，不使生物细胞发生变异、坏死，不会引起炎症、生长肉芽等。②在体内有长期功能且可靠性高，即在10～20年的长期使用中，不会降低强度，不发生表面变质，对生物体无致癌作用等。③易于在短期内成形加工。④容易灭菌，陶瓷不同于金属，它具有强共价键性质，即使在生物体内苛刻的化学条件下，也具有良好的化学稳定性，排异反应迟缓，具备长期使用的机械性质。与有机高分子材料相比，生物体陶瓷耐热性好，便于进行高压灭菌。
　　品种 　已经实用的品种有：
　　①氧化铝陶瓷和单晶氧化铝　氧化铝陶瓷由氧化铝粉料烧结制成，单晶氧化铝可用引上法或火焰熔融法制取。氧化铝陶瓷表面为亲水性，与生物体组织有良好的生物亲合性。目前，在临床实用中除做人造骨、人造关节外，还可制接骨用螺钉。
　　②磷酸钙系陶瓷　又称磷灰石质陶瓷，如羟基磷灰石[Ca10(PO4)6·(OH)2]与其他陶瓷相比，磷酸钙陶瓷更类似于人骨和天然牙的性质和结构。在生物体内，羟基磷灰石的溶解是无害的，并且依靠从体液中补充Ca2+和PO婯离子等形成新骨，可在骨骼接合界面产生分解、吸收和析出等反应，实现牢固结合。因此，各国都在积极研制，对其在生物体方面的应用寄予很大希望。
　　羟基磷灰石可用氯化钙和磷酸通过水溶液湿法反应、水蒸气中高温固相反应或者高温高压水蒸气下反应等方法合成。目前，已制成气孔率分别为50％和90％的多孔体，气孔率在 0.1％以下的致密烧结体以及供固化用的粉料。用于人造骨、人造关节、人造鼻软骨、穿皮接头、人造血管和人造气管等。
　　③其他陶瓷　生物稳定的碳具有很好的生物体亲和性，在较低温度炭化的碳水化合物制成的热解炭作为人造心脏瓣膜已有数十万实用病例。另外，CaO-P2O5-SiO2-Na2O系玻璃，以及微晶玻璃等也正在研制作为人造骨及人造牙。为了改进陶瓷的脆性，ZrO2烧结体及复合材料也正在研制作为人造骨等。
　　生物工艺学陶瓷 　在生物工艺学和生物化学领域中，主要应用的有多孔玻璃和多孔陶瓷。
　　①多孔玻璃　利用玻璃分相现象制作的玻璃，采用适宜组成。例如含Na2O8％、B2O324％、SiO268％的玻璃，在1500℃熔制，然后在500～650℃下热处理，Na2O-B2O3相与SiO2相分离，经酸中浸析使Na2O-B2O3相溶出，即形成具有连通细孔的SiO2玻璃。根据热处理的温度和时间可改变细孔孔径。这种多孔SiO2玻璃作为固定化酶的载体有许多优点:每克玻璃的细孔表面积可高达500m2；细孔孔径可达2500Å，并且孔径集中;多孔玻璃不易被细菌侵入；溶液中溶媒的种类、pH和温度不易引起细孔径的变化；材质坚硬、强度好。
　　②多孔陶瓷载体　多孔陶瓷有Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2和TiO2-Al2O3的，它们的耐碱性能都很好，价格也比多孔玻璃低。主要用作固定化酶的载体，使固定化酶能长时间发挥高效催化作用。例如在食品工业中，分解蔗糖以制取葡萄糖果糖及人造蜂蜜用的转化酶，就适于以多孔陶瓷为载体。控制多孔陶瓷的细孔径，可以应用于细菌、病毒、各种核酸、氨基酸等的分离和提纯。利用细孔还可以处理生活用水。  
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