近年來，生物陶瓷材料的研究與應(yīng)用于臨床治療取得重大突破。如在生物陶瓷取代人體關(guān)節(jié)、骨骼修復(fù)、藥理功能與治療癌癥方面都有許多新的進展，有的已成功運用于臨床治療，取得療效。人體是由諸多組織與器官組成，當(dāng)其中一部分由于病變、老化或意外事故而喪失功能時，為取代與修補此類器官與組織的功能，并能夠與生物組織及體液連接使用，這就是生物陶瓷材料。在20世紀(jì)70年代-80年代開發(fā)研制各種陶瓷材料，到90年代已能真正應(yīng)用于人體生物體的修復(fù)，已在臨床現(xiàn)場取得重要成果�，F(xiàn)在在生物陶瓷研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的美國、日本，及其他國家的科學(xué)家們、正在利用陶瓷材料所具有的特性，開發(fā)具有新功能的生物材料。展現(xiàn)出美好的前景。

　　(一)用作人體關(guān)節(jié)的陶瓷材料

　　從1970年起，開始最初嘗試以高純度、高密度燒結(jié)氧化鋁陶瓷置換過去金屬制人工股關(guān)節(jié)骨頭。在80年代后期，人們以部分燒結(jié)穩(wěn)定氧化鋯用作骨頭取代燒結(jié)氧化鋁材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化鋯顯示出更高的機械強度與抗破壞韌性。由于推進這一研究成果，到90年代時，氧化鋯陶瓷骨頭已被用于臨床治療。使用燒結(jié)氧化鋯陶瓷，可以使骨頭直徑變細(xì)，從而也使骨臼蓋變小，可以減少周圍骨骼的切削量。在采用股關(guān)節(jié)模擬的子牛血漿作了磨耗試驗，證明氧化鋯陶瓷制骨頭比氧化鋁陶瓷骨頭具有更高的耐磨耗特性，成為新一代生物陶瓷材料。

　　(二)生物活體陶瓷材料

　　不僅僅局限于有機高分子骨聚合物與金屬材料，包括氧化鋁與氧化鋯在內(nèi)，被埋植人人體骨欠損部位的人工材料，一般表現(xiàn)為被纖維性覆蓋膜包圍，而與周圍骨骼相隔離的狀態(tài)。這是由生物組織顯示的極其自然的防御而造成的。因此，將人工骨材料固定在骨組織甚為困難。1970年以來，人們發(fā)現(xiàn)在人工骨材上有少量未被纖維組織覆膜包圍，而是與骨組織直接連接并牢固結(jié)合在一起。它們是Na2O—GaO—Si02—P205系的貝偶玻璃(Bioglass)及羥基磷灰石、磷灰石、硅灰石的晶體玻璃材料A-W。這類材料意味著由誘導(dǎo)與調(diào)節(jié)生理學(xué)活性可以設(shè)計出新的生物材料，亦稱生物活體材料。接著，顯示生物活體的陶瓷材料在80年代取得進展，到90年代已擴大了其臨床應(yīng)用范圍�，F(xiàn)在貝偶玻璃陶瓷因其高生物活性而用作人工耳小骨節(jié)，且也用于牙周病而失去的骨組織的修復(fù)。1982年研制出的晶體玻璃陶瓷材料A--W獲日本政府批準(zhǔn)使用。1991年開始以陶瓷骨A--W名稱命名人工脛骨、人工椎體及骨骼補填材料，至今已達到45000個用例。

　　在80年代后期，磷酸鈣系陶瓷燒結(jié)羥基磷灰石和臼磷酸三鈣(3CaO·P205)作為骨骼補填材料開始上市銷售�，F(xiàn)在日本已形成磷質(zhì)陶瓷、骨質(zhì)陶瓷、骨質(zhì)充填物、陶瓷石等名稱的微密體、多孔性、顆粒狀等生物陶瓷材料，用于臨床治療。本世紀(jì)90年代發(fā)展起來的磷酸鈣系列的人工骨制造技術(shù)，已有成系列的人工骨訂貨。其中在復(fù)雜形狀的人工骨制品中，以適應(yīng)特殊的患者專用的人工骨需求中，尤以頭蓋骨及顎面骨材為多。隨著90年代計算機與醫(yī)學(xué)計量技術(shù)的進步，按訂貨要求生產(chǎn)人工骨成為可能，出現(xiàn)了根據(jù)CT圖像而采用CAD／CAM方法設(shè)計人工骨的方法。這種方法是將CT圖像中骨輪廓的數(shù)據(jù)匯集，制成三維立體圖像。在其中引入各截面缺損部分的預(yù)測線，然后再設(shè)計出缺損部位三維預(yù)想曲面，提出缺損部位的數(shù)據(jù)。其后劃出切削加工線，采用研磨機對燒成前的磷灰石進行磨削加工。在特定溫度燒成后，即獲得羥基磷灰石陶瓷材料。根據(jù)燒成工序與窯具的最佳適性，也可以解決

燒成過程中出現(xiàn)的收縮及形狀不均勻等問題。生物陶瓷材料與信息領(lǐng)域技術(shù)融合一起，在醫(yī)學(xué)范圍的應(yīng)用將更加廣泛�！　。�

　　(三)用于手術(shù)現(xiàn)場的陶瓷人工骨

　　將生物陶瓷粉末與液體混合，在空氣中放置幾分鐘后呈現(xiàn)膏狀，經(jīng)凝固與周圍骨骼結(jié)合在一起且呈現(xiàn)類似骨骼的力學(xué)性能。這種聚合物狀人工骨材料僅使用注射器即可注入人體內(nèi)而無需手術(shù)就可治愈骨骼缺損部位。制備此種生物活性陶瓷聚合材料大致分為兩種材料，其一是將磷酸鈣與生體活性玻璃粉末和有機高分子、單體混合；其二是將同一種粉末與無機磷酸鹽水溶液或水混合。前者方法可以獲得機械強度較高的固化體材料；后者機械強度較一般，不過在反應(yīng)過程中PH值從中性領(lǐng)域中不會有大的變動，其本上能獲得僅由類骨磷灰石組成的固化體。譬如α磷酸三鈣(3CaO·P205)、磷酸一鈣及一水化合物(Ca(H2p04)·H20)、碳酸鈣(CaC03)的混合粉末或無水磷酸二鈣(CaHP04)及磷酸四鈣(4Ca0·P205)的混合粉末中分別摻入磷酸鈉水溶液，即可呈現(xiàn)幾分鐘的流動性，在10分鐘之內(nèi)含有碳酸離子的羥基磷灰石析出并硬化。固體中的大部分材料在12小時內(nèi)轉(zhuǎn)化為類骨磷灰石，并能夠與周圍骨骼相結(jié)合，可長期用作骨骼替代材料。目前采用注射膏狀陶瓷材料以修復(fù)人體骨欠損部位的試驗取得進步。日本于1999年批準(zhǔn)使用以α·3CaO·P205與磷酸四鈣為主要成分的骨膏材料。其后開始以“生命復(fù)活”商品名稱上市出售。不過此種骨膏的硬化體壓縮強度僅為60-95Pa，目前尚不能使用于固定人工關(guān)節(jié)。人們希望將來會開發(fā)出機械強度更高的生物活性陶瓷材料。

　　(四)藥理功能陶瓷材料

　　目前，促進失去組織的再生或修復(fù)組織再生的醫(yī)療工學(xué)，以及依靠體外組織培養(yǎng)、再造臟器官的組織工學(xué)等學(xué)科，倍受人們關(guān)注。采取醫(yī)療工學(xué)與組織工學(xué)構(gòu)筑生物組織時，由干細(xì)胞、生長基因及細(xì)胞增值的原場組成基礎(chǔ)材料的三個要素至關(guān)重要。其中作為補助生物組織再生的基礎(chǔ)陶瓷材料，與使人工骨自身賦予骨形成促進及骨吸收緩和藥理功能的試驗亦正在進行。譬如使骨芽細(xì)胞活性化、以抑制碎骨細(xì)胞引起的骨吸收的生物微量成分—鋅引入磷酸三鈣中，促進骨形成的骨補充材料就能合成。見偶琉璃及晶體化玻璃A--W溶出硅雖然含量小，但作為對骨形成有效且必備的微量元素而發(fā)揮作用。人們期待利用此類微量元素開發(fā)出具有藥理機能的新一代生物陶瓷材料。

　此外，采用生物陶瓷材料羥基磷灰石分極來控回生理學(xué)活性的新技術(shù)已經(jīng)成功。日本的山下等人采用在加熱條件下，將羥基磷灰石燒結(jié)體置于直流電場中的方法，成功地獲得分極羥基磷灰石，分極的目的是即使返回室溫條件下除去外部電場，羥基磷灰石也能長期保存達6個月以上的時間。這樣將分極狀羥基磷灰石埋人生物體內(nèi)時，就可以對生物組織長期在局部電場下起作用。分極羥基磷灰石浸漬于虛擬體液中后，可以促進類骨磷灰石在負(fù)電荷被誘發(fā)的表面上生成，而在被正電荷誘發(fā)的表面它會受到抑制。根據(jù)動物試驗，與誘發(fā)正電荷面比較，在誘發(fā)負(fù)電荷的羥基磷灰石面附近，骨芽狀細(xì)胞活動旺盛，可以確認(rèn)新生骨與材料結(jié)合良好。這些研究結(jié)果證明，控制好生物陶瓷的納米結(jié)構(gòu)，可以更多地提供生理學(xué)性的活性。

　　(五)陶瓷材料治療癌癥

　　近年來，陶瓷材料治療癌癥引起人們關(guān)注。在此之前、治療癌癥往往采用外科手術(shù)與化學(xué)療法。采用外科手術(shù)時，許多器官一經(jīng)被切除就失去功能；化學(xué)療法存在的問題是尚未研制出只是有效殺死癌細(xì)胞的抗癌藥劑�；瘜W(xué)療法形成的強烈的副作用，使患者承受巨大的負(fù)擔(dān)。僅將患癌部位連續(xù)加熱殺死癌細(xì)胞為目的的放射線療法雖然仍在采用，但身體內(nèi)部的癌細(xì)胞難以接受到足夠的放射線，而且也容易使癌細(xì)胞附近的正常組織遭受損傷。因此多年來人們希望將放射線的發(fā)射源直接引導(dǎo)人體內(nèi)深部的患癌部位，僅局部地對癌細(xì)胞進行放射線治療以殺死癌細(xì)胞，同時又不損傷正常的組織，1987年美國科學(xué)家迪易等人研制出適用此目的的含銥硅酸鋯玻璃陶瓷材料。89Y元素的天然存在率為100％，由于熱中子的照射，可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨テ跒?4.1小時的p射線放射體90Y。含有銥材料的了Y20340％、A120320％、Si0240％組成的玻璃陶瓷材料顯示出優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性。并且在接受中子照射時，Y以外的A1、Si、O等均不出現(xiàn)放射反應(yīng)。

所以，一旦將采用熔融法制成此類玻璃，以粉末噴霧狀進入火焰中，即可形成為珍珠狀外形。從其中選擇出直徑為20-30μm的玻璃狀微球，經(jīng)過對微球進行熱中子線照射，89Y即轉(zhuǎn)換成90Y，形成日射線放射體。將銥硅酸鋯微球通過插入肝動脈的導(dǎo)管而流注入患癌肝臟中，其中大部分微球滯留于肝癌的毛細(xì)血管內(nèi)，可以局部性直接以放射線照射癌細(xì)胞。另外，玻璃微球阻止為癌細(xì)胞提供營養(yǎng)補充的功能亦十分顯著。這種抗癌玻璃陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定性高，它幾乎不會發(fā)生放射性90Y向正常人體組織移動的現(xiàn)象。從1991年開始，國際上加拿大及香港等地已經(jīng)推廣普及以玻璃狀陶瓷微球治療病人肝癌的治療技術(shù)。

　　美國迪易等人發(fā)明的放射線治療用陶瓷材料，在能夠有選擇對體內(nèi)癌細(xì)胞進行放射線治療的方面，是一項劃時代的成果。不過，由于90Y半衰期僅為64.1小時，治療時間仍然短些。尤其從制成材料具備放射性后，到運用于治療期間，放射能量會快速衰減，影響了治療效果。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)與90Y同樣具有p射線放射效果，但放射時間更長，半衰期達到14.3天的放射性元素32P。32P與90Y同樣是由熱中子照射天然存在率為100％非放射性元素而獲得的，但32P卻是來自于P(磷)。因此，可以預(yù)測未來大量含有磷物質(zhì)的陶瓷微球，將廣泛用于放射線治癌的用途。不過，含磷較多且化學(xué)穩(wěn)定性高的陶瓷材料，往往難以采用通常的熔融法制成。因此，采用向化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的二氧化硅玻璃微球中注入離子的方法以引人大量的磷元素，或者采用在二氧化硅上涂敷磷酸銥(YP4)的微球合成法應(yīng)運而生。

　　采用陶瓷材料微球用于治療癌癥的研究，已經(jīng)出現(xiàn)許多成果。由于人體內(nèi)癌腫瘤部位血管欠發(fā)達，僅靠血流放熱治癌的方法難以展開。根據(jù)相同的原理，癌腫瘤部位因供氧欠缺而不耐熱，癌細(xì)胞在溫度達到43℃時即呈現(xiàn)死亡。但正常的人體健康細(xì)胞直到加熱到48％亦能健康生存。因此，利用正常細(xì)胞與癌細(xì)胞之間的耐熱差別，將癌細(xì)胞部位加熱到43％附近的溫?zé)岑煼�。作為有效的治癌療法倍受注目�?/p>

　　20世紀(jì)90年代初，日本的小久保等人，為研究癌癥溫?zé)嶂委煵牧�，合成制出一種在交流磁場下發(fā)熱的，含有擺渡磁體的晶體玻璃陶瓷材料。它是將40％的Fe2O3、60％的CaO、Si02及3％的B203及3％P205質(zhì)量比組成的原料粉末，在1553℃熔融，再快速冷卻，即可獲得含有大量的Fe3+與Fe2+離子的玻璃陶瓷材料。再把活性炭覆蓋其上，再在1050℃加

熱處理后，直徑約為200n／n(納米)的磁鐵礦顆粒均勻分散在由β硅灰石及CaO-Si02- B203-P205系玻璃相組成的組織中、形成晶體玻璃陶瓷材料。這種晶體玻璃陶瓷材料在顯示活性的同時，亦呈現(xiàn)出飽和磁性32emu/g、保持力為1200e的擺渡磁性。將此種晶體玻璃直徑為2-3mm的顆粒植入家兔脛骨骨髓內(nèi)，再以100KHz放置在3000e交流磁場內(nèi)時，兔皮質(zhì)骨的外表面在5分鐘內(nèi)即被加熱至43％。只要保持磁場，其溫度將一直維持在43℃。將這種材料移植人家兔骨髓內(nèi)后，在經(jīng)過兩周時間長成的兔脛骨骨癌腫瘤中插入直徑為3mm、直徑為50mm的晶體玻璃針，放置在交流磁場中，經(jīng)過50分鐘后，家兔骨髓內(nèi)的癌腫瘤細(xì)胞已被全部殺死。從20世紀(jì)80年代后期開始研究的治癌陶瓷材料所發(fā)揮的作用，及對它的期待，今后將更倍受注目。

　　總之，生物陶瓷材料不僅可以挽救人的生命，而且在完善提高生活質(zhì)量與豐富人類生活方面都有重要作用。與生體有關(guān)的陶瓷材料的研究不僅包括生體材料，也應(yīng)包括生命感知、生物反應(yīng)、生物工程等利用的材料，以及模擬生物體內(nèi)反應(yīng)的仿生材料法等形成的新型高性能陶瓷材料的合成。還有無機與有機復(fù)合體在常溫常壓下的合成等方面，都存在著廣泛應(yīng)用的可能。人類對21世紀(jì)生物陶瓷材料的期望是巨大的。