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(jìn)展，有的已成功運(yùn)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(bǔ)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(jī)械強(qiáng)度與抗破壞韌性。由于推進(jìn)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(yàn)，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(jī)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(jì)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(jìn)展，到90年代已擴(kuò)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(bǔ)填材料，至今已達(dá)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(bǔ)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(jì)算機(jī)與醫(yī)學(xué)計(jì)量技術(shù)的進(jìn)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(jì)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(jì)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(jī)對燒成前的磷灰石進(jìn)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(jī)高分子、單體混合；其二是將同一種粉末與無機(jī)磷酸鹽水溶液或水混合。前者方法可以獲得機(jī)械強(qiáng)度較高的固化體材料；后者機(jī)械強(qiáng)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(yàn)取得進(jìn)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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)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(jìn)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(bǔ)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(jìn)及骨吸收緩和藥理功能的試驗(yàn)亦正在進(jìn)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(jìn)骨形成的骨補(bǔ)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(jī)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(dá)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(jìn)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(yàn)，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。化學(xué)療法形成的強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(bǔ)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(jìn)行放射線治療的方面，是一項(xiàng)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(yùn)用于治療期間，放射能量會快速衰減，影響了治療效果�，F(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(dá)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(yùn)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(dá)，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(dá)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(jī)與有機(jī)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。