生物陶瓷作為生物醫(yī)用材料的一個(gè)重要分支，主要用于制造體內(nèi)硬組織修復(fù)器件和人工器官，一般都具有良好的生物相容性。根據(jù)在生理環(huán)境中的化學(xué)活性，生物陶瓷可分為三種類型：

①近于惰性的生物陶瓷，長(zhǎng)期暴露于生理環(huán)境中僅發(fā)生微弱的或者不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性；

②表面活性生物陶瓷，在生理環(huán)境中可通過(guò)其表面發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)與組織形成化學(xué)鍵結(jié)合；

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

目前很多生物陶瓷已經(jīng)商業(yè)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(nèi)不同的部位骨的形態(tài)有所不同，但是它們的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相似，從化學(xué)組成上來(lái)說(shuō)，主要由35%的有機(jī)成分和75%的無(wú)機(jī)成分組成，而這些無(wú)機(jī)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(jié)構(gòu)和鈣磷比與正常骨的無(wú)機(jī)成分非常近似，能與軟骨組織形成化學(xué)性鍵合，具有優(yōu)良的生物活性及骨誘導(dǎo)性。植入骨缺損時(shí)，骨組織與HAP之間無(wú)纖維組織界面，植入體內(nèi)表面有碳酸鹽磷灰石形成，這種結(jié)合是骨性結(jié)合界面形成過(guò)程中的一種反應(yīng)轉(zhuǎn)變，因此HAP是目前國(guó)際上公認(rèn)的適用于臨床應(yīng)用的生物活性陶瓷材料。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，羥基磷灰石以其優(yōu)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(shù)材料，不同形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)的HAP還廣泛應(yīng)用于離子交換、催化劑載體、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

1 羥基磷灰石生物陶瓷的研究動(dòng)態(tài)：

①國(guó)外

羥基磷灰石的研究歷史很長(zhǎng)，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(guó)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行探索研究的階段。

1972年，日本學(xué)者 HidkeiAoki 成功合成羥基磷灰石并燒結(jié)成瓷。不久，美國(guó)學(xué)者 Jacrho 也燒成羥基磷灰石陶瓷。

1974-1975年， Akoi 等發(fā)現(xiàn)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(guó)都對(duì)羥基磷灰石材料進(jìn)行了全方位的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用研究。如西歐、美國(guó)、日本和澳大利亞等國(guó)組建了十余個(gè)高級(jí)別多學(xué)科交叉的國(guó)家生物材料與工程中心，將其列入高技術(shù)關(guān)鍵新材料發(fā)展計(jì)劃。

到21世紀(jì)，日本生物陶瓷的總產(chǎn)值或?qū)⒊蔀榻?jīng)濟(jì)的重要支柱之一。

②國(guó)內(nèi)

我國(guó)對(duì)羥基磷灰石的研究始于上世紀(jì)80年代，武漢工業(yè)大學(xué)、上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位都成功地研制了羥基磷灰石陶瓷，并進(jìn)行了大量臨床應(yīng)用研究。

武漢工業(yè)大學(xué)于80年代中期成立了生物工程材料中心以來(lái)，對(duì)納米 HAP 陶瓷、 HAP 粉體的改性以及 HAP—聚合物復(fù)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(huì)上，1997年在成都舉行的第三屆遠(yuǎn)東生物材料會(huì)議上有相當(dāng)數(shù)量的文章是有關(guān)羥基磷灰石制備、物理化學(xué)性能、生物學(xué)性能以及臨床應(yīng)用方面的研究。

2 羥基磷灰石陶瓷的特性：

①物理化學(xué)特性

對(duì)于人體的骨骼來(lái)說(shuō)，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(shí)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(qiáng)的離子交換能力，其中鈣離子經(jīng)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(shí)含有羥基的氨基酸、有機(jī)酸以及蛋白質(zhì)等也容易與HA發(fā)生反應(yīng)。

②生物學(xué)性質(zhì)

（1）生物降解性

有關(guān)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(diǎn)引起：

1）物理化學(xué)原因。物理化學(xué)溶解取決于材料的溶解產(chǎn)物及所處的PH環(huán)境；

2）晶界的變化而分解成小顆粒。在人體生理環(huán)境下，多孔羥基磷灰石會(huì)發(fā)生物理化學(xué)溶解，或在晶界等活性較高的區(qū)域發(fā)生化學(xué)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(jié)晶度下降、晶粒尺寸的減小及CO32-，Mg2+，Sr2+等雜質(zhì)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(dǎo)成骨性

羥基磷灰石陶瓷的骨傳導(dǎo)性能已經(jīng)被普遍認(rèn)可，它的骨誘導(dǎo)性能屬于近些年被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將試樣植入體內(nèi)能夠生成骨形成蛋白并且伴隨骨髓的新骨組織出現(xiàn)。

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(jié)劑制成一定的顆粒級(jí)配，然后再金屬模內(nèi)加壓成型，生坯經(jīng)烘干在900℃燒成素坯，素坯可以進(jìn)行精加工，然后再1300℃左右加壓燒結(jié)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(nèi)后，只能在表面形成骨質(zhì)，缺乏誘導(dǎo)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(dāng)?shù)目讖礁欣谏锝M織和器官的長(zhǎng)大。劣勢(shì)在于強(qiáng)度較低，只能用于一些強(qiáng)度相對(duì)較低的部位，在口腔醫(yī)療中，主要用于領(lǐng)骨的置換及修補(bǔ)，在外科手術(shù)中主要用于整容。

③復(fù)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(dāng)含鈣的磷酸鹽玻璃與磷酸鈣陶瓷進(jìn)行復(fù)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?zé)Y(jié)（溫度比H型低200）而成。

這種陶瓷的氣孔率可達(dá)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(jī)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(bǔ)了多孔HAP多孔和致密HAP陶瓷的缺點(diǎn)，兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，獲得了較好的效果。因?yàn)槎嗫譎AP陶瓷植入人體組織后，有利于快速發(fā)揮活性，但材料本身的機(jī)械強(qiáng)度低于致密HAP陶瓷，而致密HAP陶瓷比表面積小，生物活性發(fā)揮緩慢，綜合以上情況根據(jù)二者結(jié)合的原理，制成人工齒根，其機(jī)械強(qiáng)度與致密HAP陶瓷的接近，生物活性相當(dāng)于多孔HAP和復(fù)合HAP陶瓷。

⑤涂層復(fù)合材料

為提高HAP生物陶瓷的機(jī)械性能和力學(xué)，涂層HAP和復(fù)合HAP材料應(yīng)運(yùn)而生。這種材料是利用高強(qiáng)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(yōu)良、結(jié)構(gòu)相似的材料進(jìn)行復(fù)合，制備更為理想的HAP生物材料。