生物材料1生物材料（Biomaterials）的定義2金屬生物材料3高分子生物材料4無機非金屬生物材料5生物復合材料6生物材料的應用前景主要內容在不同的歷史時期，生物材料（BiologicalMaterials）被賦予了不同的意義，其定義是隨著生命科學和材料科學的不斷發展而演變的。但是，他們都有一些共同的特征，即生物醫學材料是一類人工或天然的材料，可以單獨或與藥物一起制成部件、器件用于組織或器官的治療、增強或替代，并在有效使用期內不會對宿主引起急性或慢性危害。1.1生物材料的定義也有人認為它是一類特殊的功能材料，利用它可以對有機體進行修復、替代與再生。生物醫學材料研究的最終目的是用其能夠代替或修復人體器官和組織，并實現其生理功能。生命具有一定生長、再生和修復的精確調控能力，這是目前所有人工器官和材料所無法比擬的。因此，目前的生物醫學材料與人們的真正期望和要求相差甚遠，常常出現各種各樣的問題和失敗。長期以來，人們一直希望致力于研究能夠使損傷、病變組織或器官完美重現和再生的材料和裝置。定義——是用以對生物體進行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進其功能的材料。注意，這個定義是按照用途來定義的，粗略而不嚴格地說，就是用于生物體的材料，而非來源于生物體的材料。

1.1生物材料的定義用于人工骨的生物陶瓷也是生物材料蠶絲是生物材料在生理環境中，生物材料所接觸的除了無生命物質外，更有器官、組織、細胞、細胞器以及生物大分子等不同層次的活有機體。因此，作為生物材料，首先應能和這些活的有機體相互容納；另外，還應根據其使用目的而具備必要的物理力學性能和不同層次的生物學功能。

在科學上，生物材料已成為現代生物工程、醫學工程及藥物制劑等進一步發展的重要物質支柱；同時，生物材料與生命物質間相互作用的本質的闡明以及兩者間界面分子結構的揭示對于生命科學的發展也有十分重要的意義。891011鈦合金基/類金剛石涂層人工心瓣12脊柱修復支架InterporeCrossInternationalInc.SynergyTMIQLowBackSystem13牙種植體14人造牙齒151617A、按材料用途分

牙、骨、關節、皮膚。。。。B、按材料在生理環境中與活體組織間是否形成化學鍵合

惰性、活性生物材料C、按組成和性質分

無機生物醫學材料、金屬及合金生物醫學材料、高分子生物醫學材料、復合生物醫學材料、生物功能材料、生物衍生材料1.2生物材料的類型與應用

無機生物醫學材料(InorganicBiomedicalMaterials)又稱為生物陶瓷(Bioceramics)

如：氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳素材料、羥基磷灰石、生物玻璃陶瓷、磷酸三鈣陶瓷、磷酸鈣骨水泥等。

無毒、副作用，良好的生物相容性；

生物惰性--→→生物活性→→生物降解和吸收；

簡單填充---→牢固性植入和永久性修復生物陶瓷與人硬組織組成和結晶結構差異大，且生物陶瓷疲勞強度低、韌性差、制造復雜形態較困難---使用受到限制。18按組成和性質分19n-HA晶體金屬及合金生物醫學材料(MetallicBiomedicalMaterials)

主要為不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金等生物惰性材料高的機械強度和抗疲勞性能-----應用最廣泛的承重植入體。

問題：

生理腐蝕造成金屬離子向周圍組織擴散（毒副作用）及植入體自身脫變（植入失敗）。20按組成和性質分

高分子生物醫學材料，亦稱為醫用高分子材料

如：聚硅氧烷、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚、聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、聚碳酸酯、聚乳酸…

發展最快的生物材料。

第一階段：始于1937，特點：現成材料，MMA-牙床

第二階段：始于1953，以醫用有機硅橡膠的出現為標志，

特點：在分子水平上對合成高分子進行設計，有目的的開發所需高分子。

第三階段：從尋找替代生物組織的合成材料，轉向研究具有主動誘導、激發人體組織再生修復的一類新材料。21按組成和性質分22分類：按性質分：非降解和可生物降解按目的或用途分：心血管系統、軟組織和硬組織修復材料。醫用高分子材料發展最早、應用最廣泛、用量最大的材料。某些高分子材料與生物體有極相似的化學結構，可滿足醫學對生物材料性能提出的多功能性的要求。復合生物醫學材料(BiomedicalComposite)

多種不同類型材料復合而成的具有生物相容性材料。

復合體系：有機/有機復合、有機/無機復合、無機/無機復合、金屬/無機復合

復合方式：表面復合、整體復合、多層復合

復合目的：增強、改性、功能化

模擬人體組織成分、結構和力學性能的納米復合生物材料是一個十分重要的發展方向，為獲得真正仿生的類人體組織和器官開辟了廣闊的前景。23按組成和性質分生物功能材料(BiologicallyFunctionalMaterials)

采用物理或化學的方法將生物活性分子如酶、抗體、抗原、多糖類、酯類、藥物及細胞等固定在材料表面或內部，構成具有生理功能的生物醫學材料。該類材料是活體材料與非活體材料雜化組成的新型復合生物醫學材料，也稱為雜化生物醫學材料。

肝素化處理的各類高分子材料抗凝血導管、插管、分流管，在臨床上已廣泛采用。骨髓基質干細胞種植TCP/PLLA可生物降解、可骨誘導生長骨修復材料。骨形態發生蛋白BMP復合TCP/PLLA可生物降解、可誘導成骨的骨修復材料。24生物衍生材料天然生物組織經過特殊處理形成的醫用材料，也稱生物再生材料。生物組織可取自同種或者異種動物體的組織。特殊處理：輕微處理：維持組織原有構型而進行的固定、滅菌和消除抗原性的。如：戊二醛固定的豬心瓣膜、牛心包、牛頸動脈、人臍動脈以及凍干的骨片、豬皮等。強烈處理：拆散原有構型，重建新的物理形態。如：再生膠原、彈性蛋白、透明質酸、硫酸軟骨素和殼聚糖等。25按組成和性質分1.3生物材料的發展歷程第一代生物醫學材料——20世紀初第一次世界大戰以前，石膏、金屬、橡膠、棉花等第二代生物材料代表材料——建立在醫學、材料科學、生物化學、物理學及測試技術發展的基礎之上的。研究工作者也多由材料學家或主要由材料學家(與醫生合作)來承擔

羥基磷灰石、磷酸三鈣、聚羥基乙酸、多肽、聚甲基丙烯酸羥乙基酯、膠原、纖維蛋白等第三代生物材料——促進人體自身修復和再生作用的生物醫學復合材料，它以對生物體內各種細胞組織、生長因子、生長抑素及生長機制等結構和性能的了解為基礎來建立生物材料1.3生物材料的發展歷程整體趨勢1.由天然材料擴展到人造復合材料2.由單一功能（力學性能)向復合性能轉變，特別是生物仿生性能

生物降解材料組織工程材料與人工器官控制釋放材料仿生智能材料生物材料表面改性

基因載體材料生物醫學醫學檢測材料

1.4生物材料的發展方向與熱點人類最早利用的生物材料之一應用金屬嚴格滿足的要求代表：鈷鉻合金、不銹鋼、鈦及其合金?；拘阅埽焊邚姸取⒛推诩耙准庸さ取茫涸诠呛脱赖雀吆奢d部位的替換和修復中，金屬生物材料是首選材料2金屬生物材料良好的組織相容性物理和化學穩定性好易于加工成型，材料易于制造，價格適當良好的血液相容性，2.1金屬生物材料的特性

由于金屬材料在組成上與人體組織相距甚遠，因此金屬材料很難與生物組織產生親和，一般不具有生物活性，它們通常以其相對的化學穩定性來獲得一定生物相容性，植入生物組織后．總是以異物的形式被生物組織所包圍。存在問題由于人體體內體液為電解質溶液，加之活細胞和酶的生化作用以及正常運動造成的摩擦，植入體內的生物金屬材料表面及植入體組織周圍或多或少地存在重金屬的顆?；螂x子，從而對人體產生毒性。金屬材料的毒性可以通過其合金化及表面改性來減小甚至消除。醫用金屬材料---強度高、彈性模量高。彈性模量過高或過低---出現所謂的生物力學不相容性。如果金屬的彈性模量相對于骨骼過高．在應力作用下，承受應力的金屬和骨將產生不同的應變，在金屬與骨的接觸界面處存在相對的位移從而造成界而處的松動，或者出現應力屏蔽，引起骨組織功能退化或骨吸收，也可能引起二次骨折；如果金屬材料的彈性模一旦過低，則在應力作用下會產生較大變形，起不到固定和支撐作用。一般希望金屬材料的彈性模量要盡量與人骨接近或稍高于人骨的彈性模量。醫用不銹鋼醫用鈷基合金醫用鈦及其合金醫用貴金屬以及鉭、鈮、鋯等金屬醫用鎂及鎂合金2.2常見金屬生物材料

無鎳奧氏體不銹鋼骨板和骨釘37

關節假體：（a）髖關節（b）膝關節（c）肩關節（d）肘關節熱等靜壓法鍛造而成的Co-Cr基合金關節組件38鈦合金人工關節組件生物醫用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。性能——特有的生物相容性（包括組織相容性、血液相容性）、無毒性等

3.1

生物醫用高分子材料近十年來，由于生物醫學工程、材料科學和生物技術的發展，醫用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、無毒性等優異性能而獲得越來越多的醫學臨床應用。1）.按來源分類

（1）天然醫用高分子材料如膠原、明膠、絲蛋白、角質蛋白、纖維素、粘多糖、甲殼素及其衍生物等。（2）人工合成醫用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。（3）天然生物組織與器官包括：①取自患者自體的組織②取自其他人的同種異體組織③來自其他動物的異種同類組織。

3.2高分子生物醫學材料的種類

2）.按材料與活體組織的相互作用關系分類

生物惰性（bioinert）高分子材料

指在體內不降解、不變性、不引起長期組織反應的生物醫學高分子材料，適合長期植入體內。

生物活性（bioaciive）高分子材料

指植入高分子材料能夠與周圍組織發生相互作用，一般指有益的作用。

生物吸收（bioabsorbable）高分子材料

在體內逐漸降解，其降解產物被肌體吸收代謝。

3）.按生物醫學用途分類

硬組織相容性生物醫學高分子材料

軟組織相容性生物醫學高分子材料

血液相容性生物醫學高分子材料

藥物和藥物控釋生物醫學高分子材料

甲殼素與殼聚糖——抗菌、殺菌、抗腫瘤、促進組織修復及止血作用、增強免疫力，手術縫合線、抗凝劑、人工器官3.3常見的高分子生物材料聚乳酸——無毒、無刺激性、體內可吸收，具良好的生物相容性。而且其降解產物二氧化碳和水通過光合作用又可變成淀粉，這樣可在自然界中循環。分解成乳酸“綠色”，骨內固定裝置、組織工程材料、牙周再生片、神經導管聚乳酸（PLA）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）特性：有較高的機械強度，質地堅硬，重量輕，耐光、不導電、不導熱，加溫易塑形。植入人體后周圍組織不能長入，只在其外圍形成一層纖維包膜。應用：可用作隆鼻、顱骨成形術及其他骨缺損等的充填材料，也可制作義齒和基托、義眼、義耳、人工骨和人工關節等。不良反應：毒性極小，不引起過敏反應。48定義——生物無機非金屬材料，又稱生物陶瓷，泛指與生物體或生物化學相關的陶瓷材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料分類——根據其在生物體內的活性分為；

惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷功能活性生物陶瓷

4無機非金屬生物材料指化學性能穩定，生物相容性好的陶瓷材料主要包括：

氧化物陶瓷（氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷）

玻璃陶瓷

Si3N4

陶瓷

醫用碳素材料4.1生物惰性陶瓷能誘出或調節生物活性的生物醫學材料

羥基磷灰石（HA）磷酸鈣生物活性材料磁性材料

生物玻璃4.2生物活性陶瓷模擬性生物陶瓷材料帶有治療功能的生物陶瓷復合材料4.3功能活性生物陶瓷隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫學問題的出現，對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的，強調的是材料在生物體內的組織力學環境和生化環境的適應性，而現在組織電學適應性和能參與生物體物質、能量交換的功能已成為生物材料應具備的條件。因此，又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:定義——由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫學材料，并且與其所有單體的性能相比，復合材料的性能都有較大程度的提高的材料用途——主要用于修復或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造分類——金屬基生物復合材料

高分子基生物復合材料

陶瓷基生物復合材料5生物醫用復合材料55

n-HA/PA復合材料仿生椎板顱頜面修復體仿生脊柱

在生物材料領域中，硬組織修復材料的研究與開發占據非常重要的的地位。目前臨床使用的硬組織修復材料存在許多不足，因此在可誘導成骨、可載藥、可承力和可臨床賦型的硬組織修復材料方面具有廣闊的應用前景。

56第五部分新型骨修復材料的應用前景

我國是一個有13億人口的發展中國家，因腫瘤切除、外傷、先天性畸形和疾病手術造成的骨組織缺損缺失極為普遍，加上近年來交通事故不斷上升，增大了人工骨修復材料及制品的需求量。57

隨著人們生活水平的提高，整形和美容的要求日趨迫切，特別是口腔修復與功能重建，畸形矯治受到人們的高度重視，對人工骨、牙修復材料的需求量明顯增加。生物材料的應用前景自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫學材料是人類同疾病作斗爭的有效工具之一。公元前約3500年古埃及人利用植物纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口---最早使用天然高分子作生物材料的案例。墨西哥的印第安人使用木片修補受傷的顱骨。在公元前約2500年前，中國、埃及的墓葬中發現有假牙、假鼻、假耳。另據文獻記載，1504年人類首次制作并使用了具有靈活指關節的鐵制假手。隨后，人類又陸續將黃金和其他金屬用于骨組織缺損的固定和修復。1851年，有人使用硫化天然橡膠制成人工牙托和顎骨。20世紀初開發的高分子新材料促成了人工器官系統研究的開始，人工器官的臨床應用則始于1940年。從天靈蓋到腳趾骨，從人體內臟到皮膚，從血液到五官，除了大腦及大多數內分泌器官外，大都有了代用的人工器官。近代生物醫學材料的蓬勃發展始于上世紀30年代末40年代初，1936年有機玻璃用于臨床，1943年賽璐薄膜開始用于血液透析。在1940－1950年期間由多種生物材料制作的人工骨和關節、人工腎、人工氣管和人工尿道相繼問世。20世紀50年代至今又開發了人工血管、人工食道、心臟起博器、人工心瓣膜、人工心肺、人工肝、人工心臟、人工胰、人工血液、人工晶狀體以及其他軟組織及器官。20世紀60年代中后期出現的各種生物活性和可降解陶瓷及聚合物材料給生物醫學材料的研究和應用注人了前所未有的活力，也為20世紀80年代的組織工程科學的發展奠定了物質基礎。(l)生物降解材料生物可降解材料主要是指那些在植入人體并經過一段時間后，能逐漸被分解或破壞的材料。近十多年來，隨著藥物控制釋放和組織工程技術的發展，可降解材料得到迅速發展，其應用幾乎涉及所有非永久性的植入裝置。生物材料的發展方向與熱點(2)組織工程材料與人工器官組織工程是指應用生命科學與工程原理及方法構建一個生物裝置來維護、增進人體細胞和組織的生長，以恢復受損組織或器官的功能。組織工程的基本原理和方法是，將體外培養的組織細胞吸附擴增于一種生物相容性良好并可被人體逐漸降解吸收的生物材料上，形成細胞一生物復合材料。生物材料的發展方向與熱點(3)控制釋放材料控制釋放是指藥物以恒定速度，在一定時間內從材料中釋放的過程。常用的材料有天然和合成高分子。藥物釋放材料大致應具備藥物控制釋放功能和藥物靶向釋放功能。生物材料的發展方向與熱點(4)仿生智能材料隨著生命科學的發展，人們對生物體的認識進一步深化。生物體中細胞能分泌出特有的細胞外基質(ECMS)，它們是蛋白質和糖胺聚糖(GAGS)構建的物理、化學交聯網絡。細胞與ECMS組成一個物質、能量和信息傳遞的開放體系，構成要素間存在多重相互作用。人們發現了一種新功能一涌現(emergent)，即對環境刺激的高度非線性響應。這種響應性源于相互作用的高度協同。深入了解生物大分子的協同相互作用，模仿其協同行為來構思生物材料，可使材料具有所期望的宿主響應性，即實現智能化。近年來國內外學者對高分子凝膠及膜的刺激響應性進行了研究，正形成新的技術。生物材料的發展方向與熱點(5)生物材料表面改性生物相容性對材料應用的重要性眾所周知。大量研究表明，材料表面的成分、結構、形態和其親、疏水性以及電荷，都會影響材料與生物體之間的相互作用，通過物理、化學、生物等方法可使生物材料的生物相容性得到大幅度改善。目前這個領域的研究和應用受到極大關注。生物材料的發展方向與熱點（6）基因載體材料

如果將緩釋載體中的藥物換成基因，則成為基因載體材料。它不僅是人類基因治療的重要技術基礎，也關系到基因工程技術的發展。其中現有的非病毒載體技術具有安全的優點和轉染效率低等缺點，備受研究者的關注。66生物材料的發展方向與熱點（7）生物醫學醫學檢測材料

檢測中常常需要使用各類生物材料，如：作為磁共振造影劑的高分子與無機物納米復合物、復合了磁性納米顆粒的微氣泡造影劑、旨在作為體外檢測器件基材等的聚碳酸酯納米纖維薄膜的靜電紡絲制備技術等。67生物材料的發展方向與熱點（1）良好的組織相容性，包括無毒性、無熱源反應、不致畸、不致癌、不引起過敏反應或干擾機體的免疫機理、不破壞臨近組織，也不發生材料表面的鈣化沉著等。（2）物理和化學穩定性好，包括強度、彈性、尺寸穩定性、耐腐蝕性、耐磨性以及界面穩定性等。（3）易于加工成型，材料易于制造，價格適當。（4）對于植入心血管系統或與血液接觸的材料，除能滿足以上條件外，還須具有良好的血液相容性，即不凝血（抗凝血性好）、不破壞紅細胞（不溶血）、不破壞血小板、不改變血中蛋白（特別是脂蛋白）、不擾亂電解質平衡等。醫用金屬材料嚴格滿足如下的生物學要求：組織相容性要求醫用聚合物材料植入體內后與組織、細胞接觸無任何不良反應。當醫用材料與裝置植入體內某一部位后，局部的組織對異物會產生一種屬于機體防御的反應，植入物周圍組織將出現白細胞、淋巴細胞和吞噬細胞的聚集，出現不同程度的炎癥，嚴重時會導致組織壞死。若較長時期存在植入物，材料被淋巴細胞、成纖維細胞和膠原纖維包裹，形成纖維性包裹膜，使正常組織和材料隔開。如果材料無任何毒性、性能穩定、組織相容性良好，則包裹膜會逐漸變薄直至形成無炎癥反應的正常包裹膜，即材料為機體所接受。生物醫用高分子材料血液相容性：作為體內使用的醫用材料不可避免地將要與血液接觸，而血液與異物表面接觸時很可能發生溶血或凝血而形成血栓。因此，材料與血液的相容性問題也是醫用材料在應用中不可忽視的一個問題。當聚合物材料與血液表面接觸時，各種血漿蛋白質隨材料表面性質不同，會不同程度地迅速吸附到異物表面，隨后引起血小板的黏附或活化，而在血管中正常運行，就要求植入的聚合物具有良好的血液相容性。生物醫用高分子材料氧化物陶瓷--具有卓越的抗腐蝕性能，強度硬度都很高，還有較高的耐磨性及優異的壓縮性能，良好的生物相容性，但由于質脆，限制了應用。氧化鋁晶粒大小對性能影響很大，晶粒小于4μm、純度大于99.7%的氧化鋁性能最優，晶粒為7μm時，其力學性能降低20%。以純剛玉及其復合材料的人工關節和人工骨為主，具體包括純剛玉雙杯式人工髖關節;純剛玉—金屬復合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈式膝關節;其他人工骨、人工牙根等。生物惰性陶瓷近年，氧化鋯陶瓷由于其優良的力學性能，尤其是其遠高于氧化鋁瓷的斷裂韌性，使其作為增強增韌第二相材料在人體硬組織修復體方面取得了較大研究的進展。Hench報道，部分穩定氧化鋯陶瓷的抗彎強度可達100MPa，斷裂韌性可達15MPa·m-1/2。但惰性生物陶瓷在體內被纖維組織包裹或與骨組織之間形成纖維組織界面的特性影響了該材料在骨缺損修復中的應用，因為骨與材料之間存在纖維組織界面，阻礙了材料與骨的結合，也影響材料的骨傳導性，長期滯留體內產生結構上的缺陷，使骨組織產生力學上的薄弱。生物惰性陶瓷玻璃陶瓷在玻璃基質中加入晶核形成劑，并通過一定的熱處理。使玻璃基質中有晶核形成，即形成玻璃與晶體共存的形態，稱為玻璃陶瓷，又稱微晶玻璃，因此玻璃陶瓷在顯微結構上是由玻璃相和結晶相組成的。惰性玻璃陶瓷主要用于口腔醫學領域--—齒冠。生物惰性陶瓷Si3N4

陶瓷該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨，目前還不能用作承重材料。Si3N4陶瓷具有較高的抗折強度和斷裂韌性，有人用Si3N4代替氧化鋯做關節置換假體，發現Si3N4陶瓷比氧化鋯壽命長。生物惰性陶瓷醫用碳素材料碳質材料應用廣泛，在外科植入物中主要包括熱解碳、玻璃碳、蒸氣沉積碳和碳纖維。醫用碳素材料有許多優良生物相容性，植入人體后化學性質穩定，無毒性和排異反應，與人體親和性好，不會誘發血栓生成．植入一年后，未發現碳顆粒在肝、腎、心、肺等臟器沉積。碳質材料的力學性能也很好，強度高，彈性模量(如各向同性碳)與人骨接近，植入體可隨骨變形，避免了應力集中，并可防止骨再吸收和松弛。它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關節等方面的材料。生物惰性陶瓷羥基磷灰石它是目前研究最多的生物活性材料之一，作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(Hydroxyapatite，簡稱HA)材料的研究，在近代生物醫學工程學科領域一直受到人們的密切關注。生物活性陶瓷HA作為首選骨修復與替代材料的原因是不言而喻的，因為自然骨中的無機相主要是弱結晶含碳酸根磷灰石，其約占骨總重量的60-70%，體積的50%。進一步研究表明，皮質骨主要由骨單位或哈佛氏系統組成，這些骨單位通過一種硬組織基質或間質團聚在一起。正如我們所知，骨單位間的物質交換是經由橫穿骨間隙的?？寺瞎苓M行的，這使得血液能流到最深的骨單位處，以保持骨的生理活性。由于骨單位直徑約在190-230μm，并且通過?？寺瞎苓M行物質交換，所以理想的骨移植替代物應模擬皮質骨的結構，有相互貫通、細小的孔道系統。在琺瑯質、牙本質和骨中，所含的生物磷灰石都是一種非化學計量的磷灰石，紅外圖譜表明，三個部位所含化學基團是一致的。但XRD圖譜表明不同部位的磷灰石其結晶度是有差異的，琺瑯質中磷灰石結晶程度最高。致密HA陶瓷的抗壓強度和抗彎強度最高可達900MPa和170MPa，楊氏模量可達100GPa，較人皮質骨（3.5-20GPa）過高。盡管如此，HA生物陶瓷及其復合材料承受負重的性能仍不及天然骨。雖然天然骨的抗壓、抗彎和拉伸強度僅在70-154MPa之間，并不比生物陶瓷及其復合材料的強度高，但由于骨具有優良的韌性和自適應性，及其特有的納米尺度微結構，從而使其表現出優異的力學性能。目前負重骨常采用生物活性陶瓷噴涂的金屬制作，但金屬表面涂層材料的彈性模量仍高于人的皮質骨，而且，更主要的是涂層材料與基體結合的強度仍不高，從而限制了其應用。磷酸鈣生物活性材料這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷兩類。前者是一種廣泛用于骨修補和固定關節的新型材料，有望部分取代傳統的PMMA有機骨水泥。國內研究抗壓強度已達60MPa以上。后者具有一定的機械強度和生物活性，可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復合型植入材料。生物活性陶瓷磷酸鈣骨水泥(CalciumPhosphateCement，CPC)是一種新型的人工骨材料，可用于人體骨缺損的修復，具有良好的生物相容性、骨傳導性和骨替代性。然而，磷酸鈣骨水泥的抗壓強度較低，脆性較大，限制了其應用，因而提高抗壓強度和減小其脆性成為CPC研究領域的一個重要課題。生物活性陶瓷磷酸鈣陶瓷最主要的性質是具有生物降解性，并能被人體吸收。目前廣泛應用的生物降解陶瓷為β-磷酸三鈣(簡稱β-TCP)，是磷酸鈣的一種高溫相。β-TCP的最大優勢就是生物相容性好，植入機體后與骨直接融合，無任何局部炎性反應及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性導致的低疲勞強度，較高剛性和脆性使其難以加工成型或固定鉆孔。生物活性陶瓷基于仿生原理，制備類似于自然組織的組成、結構和性質的理想生物陶瓷，應該是生物陶瓷的一個發展方向。磷酸鈣鹽生物陶瓷人工骨，雖然與骨鹽的組成相同但不同部位的骨性質是不盡相同的，為此組成和結構類似于骨骼連續變化的多孔磷酸鈣陶瓷的研究是正在進行的非常有價值的課題。生物活性陶瓷對于可生物降解的磷酸鈣生物陶瓷而言，磷酸鈣陶瓷在體內從無生命到有生命的轉變過程，即無機物的鈣磷是如何轉變成為生物體內的有機鈣磷，其中是否存在一個晶型轉變或晶型轉變的過程是如何進行的；材料降解后其產物在體內的分布和代謝途徑以及各分支的量的關系等等也應引起材料工作者的高度重視。生物活性陶瓷磷酸鈣陶瓷的主要缺點是其脆性。致密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強相提高它的斷裂韌性，多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長入而極大增強，但是在再建骨完全形成之前，為及早代行其功能，也必須對它進行增韌補強。磷酸鈣陶瓷基復合材料，已經成為磷酸鈣生物陶瓷的發展方向之一。生物活性陶瓷磁性材料生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料，它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內，在外部交變磁場作用下，產生磁滯熱效應，導致磁性材料區域內局部溫度升高，借以殺死腫瘤細胞，抑制腫瘤的發展。動物實驗效果良好。生物活性陶瓷生物活性玻璃

生物玻璃主要指微晶玻璃，包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。生物玻璃普遍含有CaO-SiO2-P2O5系統，部分含有SiO2

、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、B2O3

、TiO2等，玻璃網絡中非橋氧所連接的堿金屬和堿土金屬離子在水相介質中存在時，易溶解釋放一價或者二價金屬離子，使生物玻璃表面具有溶解性，即為玻璃具有生物活性的基本原因。生物活性陶瓷(1)模擬性生物陶瓷材料該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復合，來模擬人體硬組織成分和結構，以改善材料的力學性能和手術的可操作性，并能發揮天然有機物的促進人體硬組織生長的特性。功能活性生物陶瓷(2)帶有治療功能的生物陶瓷復合材料該類材料是利用骨的壓電效應能刺激骨折愈合的特點，使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復合，在進行骨置換的同時，利用生物體自身運動對置換體產生的壓電效應來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足，當局部被加熱到43～45℃時，癌細胞很容易被殺死?，F在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復合，填充在因骨腫瘤而產生的骨缺損部位，利用外加交變磁場，充填物因磁滯損耗而產生局部發熱，殺死癌細胞，又不影響周圍正常組織?，F在，功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段，臨床應用鮮有報道，但其發展應用前景是很光明的。功能活性生物陶瓷各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學和生物性能差別很大，在醫學領域用途也不同。尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發展前途。

臨床應用中，生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差。

氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學穩定性比金屬、有機材料都好，但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。功能活性生物陶瓷生物金屬基復合材料用于人體硬組織修復的金屬材料具有優良的力學性能，生物相容性較差。通過一些物理或化學手段(等離子噴涂，電化學沉積法等)。在金屬材料表面形成一層磷酸鈣鹽，能大大改善金屬材料表面的生物相容性，并與周圍的骨組織形成良