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生物陶瓷bioceramics

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。包括精細(xì)陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。根據(jù)使用情況，生物陶瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。前者植入人體內(nèi)以恢復(fù)和增強(qiáng)生物體的機(jī)能，是直接與生物體接觸使用的生物陶瓷。后者用于固定酶、分離細(xì)菌和病毒以及作為生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，是使用時不直接與生物體接觸的生物陶瓷。
　　植入陶瓷 　又稱生物體陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管和穿皮接頭等。
　　使用條件 ?、倥c生物體的親和性好，即植入的陶瓷被侵蝕、分解的產(chǎn)物無毒，不使生物細(xì)胞發(fā)生變異、壞死，不會引起炎癥、生長肉芽等。②在體內(nèi)有長期功能且可靠性高，即在10～20年的長期使用中，不會降低強(qiáng)度，不發(fā)生表面變質(zhì)，對生物體無致癌作用等。③易于在短期內(nèi)成形加工。④容易滅菌，陶瓷不同于金屬，它具有強(qiáng)共價鍵性質(zhì)，即使在生物體內(nèi)苛刻的化學(xué)條件下，也具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，排異反應(yīng)遲緩，具備長期使用的機(jī)械性質(zhì)。與有機(jī)高分子材料相比，生物體陶瓷耐熱性好，便于進(jìn)行高壓滅菌。
　　品種 　已經(jīng)實(shí)用的品種有：
　?、傺趸X陶瓷和單晶氧化鋁　氧化鋁陶瓷由氧化鋁粉料燒結(jié)制成，單晶氧化鋁可用引上法或火焰熔融法制取。氧化鋁陶瓷表面為親水性，與生物體組織有良好的生物親合性。目前，在臨床實(shí)用中除做人造骨、人造關(guān)節(jié)外，還可制接骨用螺釘。
　　②磷酸鈣系陶瓷　又稱磷灰石質(zhì)陶瓷，如羥基磷灰石[Ca10(PO4)6·(OH)2]與其他陶瓷相比，磷酸鈣陶瓷更類似于人骨和天然牙的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在生物體內(nèi)，羥基磷灰石的溶解是無害的，并且依靠從體液中補(bǔ)充Ca2+和PO婯離子等形成新骨，可在骨骼接合界面產(chǎn)生分解、吸收和析出等反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合。因此，各國都在積極研制，對其在生物體方面的應(yīng)用寄予很大希望。
　　羥基磷灰石可用氯化鈣和磷酸通過水溶液濕法反應(yīng)、水蒸氣中高溫固相反應(yīng)或者高溫高壓水蒸氣下反應(yīng)等方法合成。目前，已制成氣孔率分別為50％和90％的多孔體，氣孔率在 0.1％以下的致密燒結(jié)體以及供固化用的粉料。用于人造骨、人造關(guān)節(jié)、人造鼻軟骨、穿皮接頭、人造血管和人造氣管等。
　?、燮渌沾伞∩锓€(wěn)定的碳具有很好的生物體親和性，在較低溫度炭化的碳水化合物制成的熱解炭作為人造心臟瓣膜已有數(shù)十萬實(shí)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為人造骨及人造牙。為了改進(jìn)陶瓷的脆性，ZrO2燒結(jié)體及復(fù)合材料也正在研制作為人造骨等。
　　生物工藝學(xué)陶瓷 　在生物工藝學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用的有多孔玻璃和多孔陶瓷。
　　①多孔玻璃　利用玻璃分相現(xiàn)象制作的玻璃，采用適宜組成。例如含Na2O8％、B2O324％、SiO268％的玻璃，在1500℃熔制，然后在500～650℃下熱處理，Na2O-B2O3相與SiO2相分離，經(jīng)酸中浸析使Na2O-B2O3相溶出，即形成具有連通細(xì)孔的SiO2玻璃。根據(jù)熱處理的溫度和時間可改變細(xì)孔孔徑。這種多孔SiO2玻璃作為固定化酶的載體有許多優(yōu)點(diǎn):每克玻璃的細(xì)孔表面積可高達(dá)500m2；細(xì)孔孔徑可達(dá)2500Å，并且孔徑集中;多孔玻璃不易被細(xì)菌侵入；溶液中溶媒的種類、pH和溫度不易引起細(xì)孔徑的變化；材質(zhì)堅(jiān)硬、強(qiáng)度好。
　　②多孔陶瓷載體　多孔陶瓷有Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2和TiO2-Al2O3的，它們的耐堿性能都很好，價格也比多孔玻璃低。主要用作固定化酶的載體，使固定化酶能長時間發(fā)揮高效催化作用。例如在食品工業(yè)中，分解蔗糖以制取葡萄糖果糖及人造蜂蜜用的轉(zhuǎn)化酶，就適于以多孔陶瓷為載體?？刂贫嗫滋沾傻募?xì)孔徑，可以應(yīng)用于細(xì)菌、病毒、各種核酸、氨基酸等的分離和提純。利用細(xì)孔還可以處理生活用水。  
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