陶瓷和纳米陶瓷在医疗应用中的作用

从一个世纪前开始，就可以将人造材料和设备开发到可以用来替代人体各个组成部分的地步。欧洲杯足球竞彩这些材料能够欧洲杯足球竞彩长时间与体液和组织接触，同时引起很少的（如果有的话）。

Key factors in a biomaterial’s usage are its biocompatibility and functionality, which are directly related to the bone/implant interface and their nanoscale interactions. During the past two decades, improvement of these interfaces using nanoscale coatings and surface modifications have been of interest worldwide. Currently a number of companies are beginning to introduce these new-generation nanoscale modified implants into the market for orthopaedic and maxillofacial surgery, and for hard- and soft-tissue engineering.

Types of Biomaterials

当这些合成材料放置在人体内时，组织以多种方欧洲杯足球竞彩式对植入物反应。在纳米级水平上组织相互作用的机制取决于对植入物表面的反应。因此，已经定义了代表组织反应的生物材料描述的三个术语。这些都是：

• 生物渗透
• 可生物吸收
• 生物活性

这三种类型的生物材料的反应总结在图1中。欧洲杯足球竞彩

图1。根据生物陶瓷的生物活性分类；（a）生物渗透，（氧化铝牙齿植入物），（b）生物活性，羟基磷灰石（Ca）₁₀（po₄）₆（哦）₂）在金属牙齿植入物上涂层，（c）表面活性，野生或A-W玻璃，（d）可生物可吸收的磷酸三钙植入物[Ca₃（po₄）₂]。

生物陶瓷的作用不断变化

在1970年代初期，生物陶瓷被用作植入物来表现奇异的生物学惰性角色。越来越多的意识到，体内的细胞和组织会扮演许多其他重要的调节欧洲杯足球竞彩和代谢作用，因此突出了合成材料作为组织替代物的局限性。此后，生物陶瓷的需求从维持基本的身体功能而不引起宿主反应，转变为与宿主的更积极的相互作用。这伴随着医疗设备的需求不断提高，以改善生活质量并延长其持续时间。最重要的是，纳米生物陶瓷可能被用作人体互动材料，帮助人体愈合或促进组织再生，从而恢复生理功能。欧洲杯足球竞彩

This approach is being explored in the development of a new generation of nanobioceramics with a widened range of medical applications. Porous materials are being increasing used for bone grafts as this allows natural bone ingrowth, and a strong implant to bone bond.

组织工程增加了另一个维度

最近，组织工程已经迈出了新的方向，以利用活细胞和三维陶瓷支架的联合使用，以将重要细胞运送到患者受损部位。可行且生产性的策略旨在将相对传统的方法（例如生物陶瓷植入物）与获得的知识相结合，并将其应用于成骨细胞的细胞生长和分化领域。

掺入干细胞

干细胞是来自胚胎，胎儿或成年人的细胞，具有长期繁殖的能力。它还可以产生构成人体组织和器官的专门细胞。当植入免疫缺陷小鼠时，这些细胞可以与矿化三维支架结合，形成高度血管化的骨组织。培养的细胞/生物陶瓷复合材料可用于治疗整个骨do骨的缺陷，并以骨骼和良好的功能恢复的形式很好地整合陶瓷支架。与纳米植物学相关的出色创新工作正在进行中，临床应用正在变得非常普遍。

骨骼替代应用的磷酸钙

羟基磷灰石 - 骨的矿物质成分

De Jong于1926年发表了第一次X射线衍射研究，将磷灰石视为唯一可识别的矿物相。de jong还报告说，骨磷灰石的衍射线宽阔，他归因于小晶体尺寸。当前的多种表征技术的工作还支持以下结论：骨骼基本上是由碳酸盐取代的羟基磷灰石（CHAP）组成的。

无机骨的组成

无机成分还将包含大量但不同量的元素，例如钠，镁和钾。钙离子偶尔也可能在这种基本结构中被诸如锶等原子代替。羟基磷灰石是骨的理想化成分，配方ca₁₀（po₄）₆（哦）₂。这不是全包配方，并且鉴于一般公式（CA，MG，NA），骨骼中的磷灰石通常更正确。₁₀（po₄）₃（CO₃）₃（哦）₂。

生产合成羟基磷灰石

合成羟基磷灰石Ca₁₀（po₄）₆（哦）₂一直是骨骼和牙齿植入物的有吸引力的材料。自成立以来，合成HAP的最常见和最简单的生产方法之一就是CA之间的固态反应²⁺and PO₄^3-bearing compounds and under solution conditions in the form of powders that can be sintered to a dense polycrystalline body by firing. Parameters such as the Ca/P ratio, purity, grain size and compounds that can form during its production usually control the bioactivity of HAp. Nano- sized crystals have shown to improve bioactivity due to increased surface area.

纳米含羟基磷灰石材料欧洲杯足球竞彩

一些新成立的纳米技术公司开发了一系列纳米材料，这些纳米材料融合了羟基磷灰石（HAP）的纳米颗粒。欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台HAP的纳米颗粒为欧洲杯猜球平台设计植入物和开发高强度纳米复合材料设计出色的生物相容性涂料提供了新的机会。与散装HAP相比，欧洲杯猜球平台在分子水平上合成了15-20 nm HAP的纳米颗粒在分子水平上合成为超纯度，具有独特的特性。

使用模拟体液（SBF）预测生物材料的生物活性欧洲杯足球竞彩

盐溶液的发展与血浆中存在的离子相似的浓度早在1943年就开始于1943年，当时厄尔和同事开发了一种平衡的盐溶液，用于在细胞培养基中使用。从那时起，已经产生了模拟的体液（SBF），以洞悉血浆无机成分的反应性，并预测植入物，骨支架以及其他新型生物材料的生物活性（图2）。欧洲杯足球竞彩

图2。NaOH处理的Ti金属（SBF）中磷灰石形成机理的示意图（SBF）（摘自Kokubo等，J。Aust。Ceram。Soc。Soc。36（1），2000年，2000年，第37页，请许可转载澳大利亚陶瓷学会。

Desirable Behaviour of Biomaterials in Simulated Body Fluids

Hydroxyapatite layers can be easily produced on various organic or inorganic substrates in simulated body fluid. In 1989, Kokubo and co-worker showed that after immersion in SBF, a wide range of biomaterial surfaces initiated very fine crystallites of carbonate ion-containing apatite, and since then a large number of work shows that osteoblasts can proliferate and differentiate on this apatite layer (Figure 3).

图3。各种底物上的磷灰石形成。（（从kukobo et al., J. Aust. Ceram. Soc. 36(1), 2000, pp.37, reprinted with permission of the Australian Ceramic Society.).

使用模拟体液将磷灰石层沉积在生物材料上欧洲杯足球竞彩

已经使用SBF溶液在2D和3D支架上沉积磷灰石进行了工作。在2005年，Cromme和同事的工作中，用CA激活了再生纤维素模板（OH）₂悬浮液并随后暴露于SBF，以诱导磷酸钙阶段的原位形成。

珊瑚碱

珊瑚碱可以源自海珊瑚。珊瑚由碳酸钙组成，形式为aragonite。珊瑚是一种天然发生的结构，具有最佳的强度和结构特征。某些物种产生的磷酸钙钙的孔结构类似于人的松质骨，使其成为骨移植物应用的合适材料。自1980年代以来，珊瑚和部分转化的珊瑚羟基磷灰石已被用作骨移植物和轨道植入物，因为该结构的多孔性质允许血管内增长为骨骼供应血液，最终渗入植入物。

Hu and co-worker succeeded in converting Australian coral to monophasic hydroxyapatite by using a two-stage process in which the hydrothermal method was followed by a patented hydroxyapatite sol-gel coating process based on alkoxide chemistry. They reported 120% increase in the biaxial strength of this double-treated coral in comparison to the once-converted coral.

纳米涂料

溶胶 - 凝胶涂料

The interest in the use of sol-gel nanocoatings for implant materials is fast growing as the advantages of the sol-gel technique are numerous. It results in a stoichiometric, homogeneous and pure coating due to mixing on the molecular scale; it requires reduced firing temperatures due to nanoparticle sizes with high surface areas; it has the ability to produce uniform fine-grained structures; and the coating can be easily applied to complex shapes with a range of coating techniques, such as dip-, spin- and spray-coating.

纳米级钛酸钠水凝胶层

较低的处理温度有另一个优势。它避免了在用于生物医学设备的钛基合金中观察到的相变（〜1156 K）。钛金属在其表面上形成钛钠水凝胶层，当将其浸入60°的5m-noOH溶液中时C持续24小时。据报道，已有70多名患者接受了钛合金的人造髋关节，并在日本接受了NaOH治疗的钛珠修饰。

生物陶瓷原位放疗

癌症治疗中最常见的方法之一是去除患病部分。但是，不幸的是，很少实现完整功能的恢复或返回。在1980年代中期，引入了仅引入癌细胞的非侵入性治疗技术。17y的微球₂o₃-19Al₂o₃-64SiO₂（mol％）玻璃，20-30直径或更少的μm被证明对肝癌的原位放疗有效。⁸⁹该玻璃中的yttrium是非放射性活性的，但可以被neu激活Tron轰炸，⁹⁰是的，这是β-emitter with a half-life of 64.1 hours. The microspheres are usually injected into the diseased liver through the hepatic artery, and entrapped in small blood vessels, which block the blood supply to the cancer and di用β -rays. Since the β -ray transmits living tissue only 2.5 mm in diameter and the glass microspheres have high chemical durability, the surrounding normal tissue is hardly damaged by the β -rays. These glass microspheres are p在澳大利亚，加拿大和美国使用并临床使用。

Biomimetics

大自然创造材料的方式欧洲杯足球竞彩

A common characteristic of natural biomaterials such as bone, nacre, sea urchin tooth and other tough hybrid materials in nature is the strong nanoscale interaction between the inorganic and the organic phases. This characteristic allows the organic phase to act as a plastic energy-dissipating network, forming stretching (bridging) ligaments across the faces of a propagating crack on a nanoscale level. Such complexity has led to the common perception that, to mimic natural designs, in situ synthesis techniques should be adopted. Precipitation of calcium carbonate or hydroxyapatite into a polymeric matrix, for example, has been proposed as a novel synthetic route to biomimetic composites.

仿生和杂交有机无机生物材料欧洲杯足球竞彩

使用自组装的混合有机无机界面的材料或生物启发的方法以及无机或混合网络的模板生长也欧洲杯足球竞彩将有助于扩展医疗领域中混合体的使用。使用这些混合动力车的主要优势是由于它们的高多功能性而产生的，该功能提供了广泛的可能性，可以在化学和物理性质以及塑造方面详细量身定制的材料。欧洲杯足球竞彩此外，这些纳米复合材料的整合，微型化和多函数化这些医疗设备。

生物工程

在生物工程的微/纳米末端，微技术和纳米技术已经越来越多地用于制造用于新兴应用的生物设备，例如平面设备（例如阵列生物传感器）或微氟化器设备（例如，Lab-on-a-a-on-a，Lab-on-a-a，-芯片）。重要的是，微/纳米技术还用于制造用于基础研究的先进模型，例如对单个分子和细胞的光学操纵。有序的组织工程结构；动态生物分子装置；和新颖的计算方式。纳米技术的许多发展将导致改善医学诊断和操纵功能传感器的产生。

本文最初印刷在《澳大利亚材料》杂志上，第40卷，第3期，2007年5月/6月，欧洲杯足球竞彩第32-34页。