生物陶瓷作為生物醫用材料的一個重要分支，主要用于制造體內硬組織修復器件和人工器官，一般都具有良好的生物相容性。根據在生理環境中的化學活性，生物陶瓷可分為三種類型：

①近于惰性的生物陶瓷，長期暴露于生理環境中僅發生微弱的或者不發生化學反應，能保持長期穩定性；

②表面活性生物陶瓷，在生理環境中可通過其表面發生的生物化學反應與組織形成化學鍵結合；

③可吸收生物陶瓷，在生理環境中可被逐步降解和吸收，并被新生組織所代替，從而達到修復和替換被損壞的組織的目的。

目前很多生物陶瓷已經商業化并投入使用，其主要成分一般都是磷酸鈣陶瓷，這是由于雖然在體內不同的部位骨的形態有所不同，但是它們的物理化學結構基本相似，從化學組成上來說，主要由35%的有機成分和75%的無機成分組成，而這些無機成分主要包括磷酸鈣、碳酸鹽、少量的氟化物以及鎂和鈉。

而在磷酸鈣陶瓷中，羥基磷灰石（hydroxyapatite,HAP）由于分子結構和鈣磷比與正常骨的無機成分非常近似，能與軟骨組織形成化學性鍵合，具有優良的生物活性及骨誘導性。植入骨缺損時，骨組織與HAP之間無纖維組織界面，植入體內表面有碳酸鹽磷灰石形成，這種結合是骨性結合界面形成過程中的一種反應轉變，因此HAP是目前國際上公認的適用于臨床應用的生物活性陶瓷材料。

在生物醫學領域，羥基磷灰石以其優異的生物活性及生物相容性而用作人工骨、齒根、生物材料涂層等生物技術材料，不同形態及孔隙結構的HAP還廣泛應用于離子交換、催化劑載體、生物醫藥等領域。

1 羥基磷灰石生物陶瓷的研究動態：

①國外

羥基磷灰石的研究歷史很長，早在1790年， Wemer用希臘文字將這種材料命名為磷灰石。1926-1972年期間都是各國學者對其進行探索研究的階段。

1972年，日本學者 HidkeiAoki 成功合成羥基磷灰石并燒結成瓷。不久，美國學者 Jacrho 也燒成羥基磷灰石陶瓷。

1974-1975年， Akoi 等發現燒成的羥基磷灰石陶瓷具有很好的生物相容性。自此以后，世界各國都對羥基磷灰石材料進行了全方位的基礎研究和臨床應用研究。如西歐、美國、日本和澳大利亞等國組建了十余個高級別多學科交叉的國家生物材料與工程中心，將其列入高技術關鍵新材料發展計劃。

到21世紀，日本生物陶瓷的總產值或將成為經濟的重要支柱之一。

②國內

我國對羥基磷灰石的研究始于上世紀80年代，武漢工業大學、上海硅酸鹽研究所、華南理工大學、北京市口腔醫學研究所等單位都成功地研制了羥基磷灰石陶瓷，并進行了大量臨床應用研究。

武漢工業大學于80年代中期成立了生物工程材料中心以來，對納米 HAP 陶瓷、 HAP 粉體的改性以及 HAP—聚合物復合材料開展了廣泛的研究并取得了重大成就。在1996年加拿大舉行的第五次世界生物材料大會上，1997年在成都舉行的第三屆遠東生物材料會議上有相當數量的文章是有關羥基磷灰石制備、物理化學性能、生物學性能以及臨床應用方面的研究。

2 羥基磷灰石陶瓷的特性：

①物理化學特性

對于人體的骨骼來說，羥基磷灰石是其中重要的成分之一，HAP具有較大的理論密度（3.156g/cm3），同時其折射率在1.64左右，莫氏硬度在5.0左右。HAP能夠微溶于水，顯弱堿性，在酸中溶解度較高，但難溶于堿。具有較強的離子交換能力，其中鈣離子經常被Cd2+、Hg2+以及Sr2+、Ba2+等離子交換；OH-可以被F-、Cl-等鹵素離子快速交換。同時含有羥基的氨基酸、有機酸以及蛋白質等也容易與HA發生反應。

②生物學性質

（1）生物降解性

有關研究表明，羥基磷灰石幾乎不溶于水。但是它有緩慢的降解性。主要原因由以下幾點引起：

1）物理化學原因。物理化學溶解取決于材料的溶解產物及所處的PH環境；

2）晶界的變化而分解成小顆粒。在人體生理環境下，多孔羥基磷灰石會發生物理化學溶解，或在晶界等活性較高的區域發生化學變化而分解成較小的顆粒；

3）生理因素。如晶粒的表面積增大、料結晶度下降、晶粒尺寸的減小及CO32-，Mg2+，Sr2+等雜質離子的存在都可以加速多孔羥基磷灰石的降解速度。

（2）羥基磷灰石的誘導成骨性

羥基磷灰石陶瓷的骨傳導性能已經被普遍認可，它的骨誘導性能屬于近些年被實驗驗證。將試樣植入體內能夠生成骨形成蛋白并且伴隨骨髓的新骨組織出現。

3 羥基磷灰石活性生物陶瓷的分類：

①致密型HAP生物陶瓷（H型）

該種陶瓷的制備是將HAP基材加入添加劑及粘結劑制成一定的顆粒級配，然后再金屬模內加壓成型，生坯經烘干在900℃燒成素坯，素坯可以進行精加工，然后再1300℃左右加壓燒結而成。

致密HAP具有一定的可加工性，在臨床使用中極為方便，但因其植入人體內后，只能在表面形成骨質，缺乏誘導骨形成的能力，僅可作為骨形成的支架，主要用于人工齒根種植體。

②多孔型HAP生物陶瓷（DH型）

該種陶瓷具有較好的生物降解性、較大的比表面積，有利于生物組織的附著，適當的孔徑更有利于生物組織和器官的長大。劣勢在于強度較低，只能用于一些強度相對較低的部位，在口腔醫療中，主要用于領骨的置換及修補，在外科手術中主要用于整容。

③復合型HAP 生物陶瓷（FH型）

類似于多孔HAP陶瓷，但制法不同，其方法是選用適當含鈣的磷酸鹽玻璃與磷酸鈣陶瓷進行復合。主要是在高純HAP粉末中加入一定比例的CaO-P2O5-Al2O3系玻璃體，高溫燒結（溫度比H型低200）而成。

這種陶瓷的氣孔率可達20-30%，顯氣孔孔徑為80-200微米，其多孔表面上富集著HAP晶體，因而具有較好的生物活性和機械性能。

④混合型HAP 生物陶瓷（FHD型）

該種陶瓷是利用多孔HAP面料涂覆到HAP芯料上而成。它彌補了多孔HAP多孔和致密HAP陶瓷的缺點，兼顧了兩者的優點，獲得了較好的效果。因為多孔HAP陶瓷植入人體組織后，有利于快速發揮活性，但材料本身的機械強度低于致密HAP陶瓷，而致密HAP陶瓷比表面積小，生物活性發揮緩慢，綜合以上情況根據二者結合的原理，制成人工齒根，其機械強度與致密HAP陶瓷的接近，生物活性相當于多孔HAP和復合HAP陶瓷。

⑤涂層復合材料

為提高HAP生物陶瓷的機械性能和力學，涂層HAP和復合HAP材料應運而生。這種材料是利用高強度、高韌性的材料為基材，將HAP作為涂層使用，還有一種情況是把HAP與其它韌性優良、結構相似的材料進行復合，制備更為理想的HAP生物材料。