几种常用陶瓷类骨修复材料

二、几种常用陶瓷类骨修复材料

（一）羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）陶瓷

羟基磷灰石陶瓷是一种由羟基磷灰石构成的磷酸钙基生物陶瓷。HA的分子式为Ca10（PO4）6（OH）2，钙磷比为1.67，广泛存在于动物的骨和牙内，是硬组织主要的无机成分。人工合成的HA组成及结构与人体硬组织中的HA极为相似，其晶体结构为以磷氧四面体为基础构成的六方晶系。

羟基磷灰石具有良好的生物相容性。当植入骨组织中时，其表面可以发生部分溶解，界面区钙磷离子浓度增加，表面有成骨细胞聚集，诱导成骨，新骨可以沿植入体表面或内部孔隙长入并向外延生长。HA与新骨形成致密性骨键合，二者结合强度高。羟基磷灰石是非生物降解陶瓷材料，在植入体内3～4年仍保持原有形态。

理化性能方面，HA的强度与其组成、结晶度和孔隙度等有关。其压缩强度和弹性模量较致密骨大，断裂韧性和抗疲劳性能则较差，在生理环境中，仅能承担一定压力。

羟基磷灰石陶瓷可用于制作人工骨，一般用于颌骨较大缺损的修复，也可制作骨充填材料用于颌骨小缺损的充填修复，例如骨囊肿术后的充填、牙槽嵴增高、拔牙窝的定位充填等。

（二）生物玻璃（bioglass）

生物玻璃是指具有与骨组织形成化学结合能力的生物活性玻璃。主要以Na2O-CaOSiO2-P2O5为体系，组成（质量分数）为SiO2 45％、P2O5 6％、Na2O 25％、CaO 24％，在此基础上，还可以加入CaF2、B2O3，含有比普通玻璃更多的钙和磷。

生物玻璃与骨及软组织均可形成化学键合。与骨键合的机制是植入骨内后，在体液作用下表面发生一系列化学反应，从而形成含有钙和磷的碳酸羟基磷灰石晶体层，借此实现生物玻璃与骨形成骨结合。

生物玻璃的脆性较大，弯曲强度为60～125 MPa，断裂韧性差为0.54 MPa·m1/2，弹性模量为40～98 GPa。

口腔医学使用的生物玻璃主要是粉剂，用于非承力区的人工骨充填材料，如颌骨小缺损的充填修复。

（三）生物活性玻璃陶瓷（bioactive glass ceramics，BGC）

1.组成　生物活性玻璃陶瓷，一般是指组成中含磷灰石微晶相，或组成中不含磷灰石微晶相但在体内与组织液反应后在其表面生成羟基磷灰石的生物玻璃陶瓷。含有SiO222％～40％，MgO 7％、CaO 33％～60％、P2O5 11％～44％及其他微量成分0.5％～6％。晶相为磷灰石微晶和CaSiO3微晶，它与人体牙和骨的无机成分结构相似。

生物活性玻璃陶瓷相较生物玻璃的特点：①成分配比可调，如为提高生物活性，可调整CaO和P2O5的含量以及钙磷比。②结晶相可控，通过有目的的控制结晶相的类型、晶粒大小和数量，可以定向改良材料性能。③玻璃相可调整，用以改善材料物理和机械性能。(https://www.daowen.com)

生物活性玻璃陶瓷植入体内后，会有不同程度溶解，在表面形成一层碱性的硅凝胶层，有利于与骨形成化学键性结合，促进骨修复，研究表明其与骨的结合强度要比同期羟基磷灰石与骨的结合强度高。生物活性玻璃陶瓷强度比生物玻璃强度显著提升，但韧性低、脆性大，也不能直接用于承力区。

生物活性玻璃陶瓷可以用来修复颅颌面部骨质缺损和矫治畸形以及外科整形术。颗粒型材料可用于牙槽嵴的重建、拔牙窝填塞、骨缺损修补，粉末型可用于护髓、盖髓术等。

（四）磷酸三钙（tricalcium phosphate，TCP）

钙磷比为1.5，其理化性能以及生物学性能都和羟基磷灰石很相近。有两种晶体结构，即高温型（α-TCP）和低温型（β-TCP）。在温度为1120～1180℃的条件下，β相会转变为α相。α-TCP的结晶度和力学强度比β-TCP高，但生物降解性能不如β-TCP。α-TCP粉末具有遇水硬化并转变成羟基磷灰石的特性。若遇磷酸水溶液或与有机溶液混合，在室温下能迅速固化。β-TCP是一种在体内可以生物降解的陶瓷，生物相容性较好。

磷酸三钙不具有诱导成骨的能力，而是通过降解产物钙及磷酸根离子参与局部体液循环，并被周围骨组织利用，来刺激和促进骨生长。

β-TCP的应用范围与羟基磷灰石相似。a-TCP粉末具有遇水硬化并逐步转变成羟基磷灰石的特性，可用来制备齿科水门汀和医用骨水泥。

（五）羟基磷灰石与磷酸三钙双相陶瓷（HA/TCP）

羟基磷灰石与磷酸三钙双相陶瓷含HA和TCP两种成分，钙磷比在1.5～1.67之间。HA降解率很小，能维持支架材料形态结构相对稳定，并提供骨组织结合的位点。TCP，尤其是β-TCP在体内能够降解，为材料与组织界面类骨磷灰石层形成，以及新骨形成提供钙及磷酸根离子。HA/TCP是骨诱导能力最强的材料。

（六）常用陶瓷类骨缺损修复材料的物理和机械性能

几种常用陶瓷类骨缺损修复材料的物理和机械性能见表6-4。