齒科用生物玻璃陶瓷

祝賀成

摘 要：玻璃陶瓷又稱(chēng)微晶玻璃，是一種經(jīng)高溫熔煉、成型、熱處理而成的復(fù)合材料。具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹性能可調(diào)、抗熱震、耐化學(xué)腐蝕、低介電損耗等優(yōu)越性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、光學(xué)、電子與微電子、航空航天、化學(xué)、工業(yè)、生物醫(yī)藥與建筑等領(lǐng)域。玻璃陶瓷是一種由玻璃在催化劑或成核劑作用下結(jié)晶的新型多晶硅酸鹽材料。它是一種致密、無(wú)孔、均勻的結(jié)晶相和殘余玻璃相的混合物。晶體的尺寸一般在納米到微米之間，晶體的數(shù)量可以達(dá)到50% ～90%。具有機(jī)械強(qiáng)度高、電導(dǎo)率低、介電常數(shù)高、可加工性好、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。這些性質(zhì)取決于晶體的種類(lèi)和數(shù)量，殘余玻璃相的組成和性質(zhì)，并與結(jié)晶條件密切相關(guān)。按成核或結(jié)晶處理，可分為光敏玻璃和熱敏玻璃。可用于制作線(xiàn)路板、電荷存儲(chǔ)管、光電倍增管屏、導(dǎo)彈彈頭、天線(xiàn)罩、軸承、泵、反應(yīng)堆吸中子材料、絕緣柱等。

關(guān)鍵詞：溶膠-凝膠法;玻璃陶瓷;新型復(fù)合材料

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和醫(yī)療水平的提高，人類(lèi)開(kāi)始嘗試?yán)猛獠坎牧咸娲托迯?fù)人體受損組織，這促進(jìn)了生物材料科學(xué)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)200多年的發(fā)展，生物材料已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)新的學(xué)科。它的發(fā)展與醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)和分析技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。它不僅關(guān)系到保護(hù)人類(lèi)健康，也成為各國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前，美國(guó)、西歐、澳大利亞、日本等國(guó)家已建立了十多個(gè)高水平跨學(xué)科國(guó)家生物材料與工程中心，被許多國(guó)家列入高新技術(shù)重點(diǎn)新材料發(fā)展計(jì)劃。

生物材料，又稱(chēng)生物醫(yī)學(xué)材料，是指用于醫(yī)療目的的、與組織接觸以完成其功能的無(wú)生命材料。生物醫(yī)用材料通過(guò)構(gòu)建活性基質(zhì)材料來(lái)修復(fù)或替換受損或有缺陷的組織，從而制造出具有生物相容性的裝置或器官。生物材料有兩種：自體材料和異體材料。自體移植材料是公認(rèn)的理想的種植材料，但患者必須承受兩次手術(shù)的痛苦，數(shù)量有限。而異體移植材料具有自體骨優(yōu)越的組織特性，但存在免疫排斥和感染免疫缺陷病毒的可能，且樣品制備、加工和儲(chǔ)存的成本很高。因此，它的應(yīng)用是有限的。因此，人類(lèi)有必要開(kāi)發(fā)新的生物醫(yī)學(xué)材料來(lái)替代人體組織。生物材料作為人體組織的替代物和修復(fù)材料，由于人類(lèi)環(huán)境的特殊性，對(duì)其有特殊的要求[1]。主要包括四個(gè)方面：

1.良好的生物相容性

生物相容性是指生物材料與人體組織之間能夠最終被人體組織所接受的一系列相互作用。同時(shí)，材料應(yīng)對(duì)人體正常生理功能無(wú)不良影響，無(wú)毒，無(wú)排斥反應(yīng)等。這是任何人工生物材料的先決條件。

2.良好的生物力學(xué)相容性

生物力學(xué)相容性是指植入材料與生物組織的彈性變形特性匹配。從現(xiàn)象來(lái)看，即在載荷作用下，材料及其接觸組織的變形是否相互協(xié)調(diào)。這一特性的重要性在于，體內(nèi)植入物的應(yīng)力必須通過(guò)植入物與組織之間的界面?zhèn)鬟f。如果在應(yīng)力作用下，種植體的彈性變形不匹配，種植體就會(huì)松動(dòng)，導(dǎo)致種植體失效。因此，種植體材料和組織的彈性模量、熱膨脹、強(qiáng)度等力學(xué)性能應(yīng)盡可能一致。

3.良好的機(jī)械性能

如耐磨性、抗疲勞性、耐腐蝕性等。而且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生磨損碎片。人體關(guān)節(jié)在一年內(nèi)反復(fù)承受1.5×106 ～ 3.5×106個(gè)循環(huán)的載荷，而且是人體體重的幾倍的載荷量。因?yàn)樯矬w的新陳代謝，天然生物器官可以很好地解決這一問(wèn)題。而人工關(guān)節(jié)必須有足夠的疲勞強(qiáng)度才能滿(mǎn)足這一要求。同時(shí)，如果材料在這樣的載荷下產(chǎn)生大量的磨損碎片，很容易造成排斥反應(yīng)等諸多負(fù)面影響。

4.良好的生物結(jié)合性能

由于機(jī)體的排斥反應(yīng)，移植物易于移動(dòng)和下沉，因此生物材料必須與周?chē)M織很好地結(jié)合。如果它能與人體組織本身一起生長(zhǎng)，那是最理想的情況。

生物活性陶瓷的生物相容性介于惰性陶瓷和可降解陶瓷之間。生物玻璃作為無(wú)機(jī)材料的一個(gè)分支，具有良好的生物相容性和無(wú)毒副作用。此外，由于其化學(xué)成分與人體骨骼的成分非常相似，植入人體組織后，很容易與周?chē)M織形成緊密牢固的化學(xué)鍵，或通過(guò)生物降解形成新的人體組織。生物活性陶瓷的研究和臨床應(yīng)用已成為材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物化學(xué)的研究熱點(diǎn)，并受到越來(lái)越多的關(guān)注。特別是一些高強(qiáng)度可加工玻璃陶瓷和功能性治療玻璃陶瓷的研發(fā)，為人類(lèi)醫(yī)療開(kāi)辟了一條新的途徑[2]。

生物玻璃陶瓷因其良好的生物相容性和力學(xué)性能而受到人們的青睞。此外，它的顏色與人骨相似，不容易染色。特別適用于牙洞、牙冠和牙體表面缺損的修復(fù)。特別是隨著CAD / CAM技術(shù)的發(fā)展，生物玻璃陶瓷已經(jīng)成為金屬牙科材料的替代品。本文主要論述生物玻璃陶瓷的研究與開(kāi)發(fā)。生物活性陶瓷首先由Hench L.L.等人提出。它是指植入后材料與周?chē)M織發(fā)生的生化反應(yīng)，使植入物與組織發(fā)生生物結(jié)合。這主要包括生物玻璃和生物玻璃陶瓷復(fù)合材料[3]。

牙科充填材料可用于各種缺損、齲病的充填和可移動(dòng)固定修復(fù)。隨著我國(guó)人口的增長(zhǎng)，牙科患者的數(shù)量也在不斷增加，對(duì)牙科充填材料的需求也在不斷增加。銀汞合金是一種早期的補(bǔ)牙材料，用于治療具有咀嚼功能的后牙大面積缺損。但是，由于汞合金的毒性、環(huán)境污染、美觀性差、與牙齒顏色不一致、牙齒預(yù)備時(shí)的侵襲性大、對(duì)牙齒堅(jiān)硬組織的粘附性低，許多患者不愿意接受汞合金填充物，更多地選擇復(fù)合樹(shù)脂材料。牙科光固化復(fù)合樹(shù)脂材料主要由無(wú)機(jī)填料和有機(jī)樹(shù)脂組成，填充損傷部位后可在可見(jiàn)光下進(jìn)行固化。牙科光固化復(fù)合樹(shù)脂具有操作方便、透明度高、附著力強(qiáng)、外形美觀、色澤好等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于小面積原發(fā)性齲齒的修復(fù)[1]，[4]。

填料的含量對(duì)于牙科修復(fù)用樹(shù)脂體系的性能影響尤其明顯，當(dāng)填料含量較小時(shí)，樹(shù)脂基體以連續(xù)相連接，這是無(wú)機(jī)填料與剛性顆粒的強(qiáng)化作用。為了獲得更好的力學(xué)性能，需要在復(fù)合樹(shù)脂中加入更多的填料。當(dāng)含量高時(shí)，會(huì)破壞樹(shù)脂基體的連續(xù)性，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使樹(shù)脂分散不均勻，流動(dòng)性小。實(shí)驗(yàn)操作和臨床應(yīng)用將變得極為困難，投射性將降低。復(fù)合樹(shù)脂很難實(shí)現(xiàn)完全固化。在復(fù)合樹(shù)脂與膠粘劑體系中，無(wú)機(jī)填料的含量一般在60% ～ 70%左右，有的產(chǎn)品高達(dá)90%。根據(jù)不同的臨床要求，無(wú)機(jī)填料的含量也有所不同[5]。

無(wú)機(jī)填料應(yīng)進(jìn)行表面處理。實(shí)驗(yàn)室中最常用的表面處理是硅基化，硅基化可以在填料表面和樹(shù)脂基體之間形成一種薄膜，使兩者結(jié)合更牢固，從而提高耐磨性。除了提高材料的強(qiáng)度外，還要保證材料具有良好的透光率和小的光吸收。

參考文獻(xiàn)

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[5]李延報(bào)，沈鴿，程逵.生物醫(yī)用鈣磷酸鹽微晶玻璃 [J].材料科學(xué)與工程，2001，19（1）：124-130