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生物陶瓷作为生物医用材料的一个重要分支，主要用于制造体内硬组织修复器件和人工器官，一般都具有良好的生物相容性。根据在生理环境中的化学活性，生物陶瓷可分为三种类型：

①近于惰性的生物陶瓷，长期暴露于生理环境中仅发生微弱的或者不发生化学反应，能保持长期稳定性；

②表面活性生物陶瓷，在生理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键结合；

③可吸收生物陶瓷，在生理环境中可被逐步降解和吸收，并被新生组织所代替，从而达到修复和替换被损坏的组织的目的。

目前很多生物陶瓷已经商业化并投入使用，其主要成分一般都是磷酸钙陶瓷，这是由于虽然在体内不同的部位骨的形态有所不同，但是它们的物理化学结构基本相似，从化学组成上来说，主要由35%的有机成分和75%的无机成分组成，而这些无机成分主要包括磷酸钙、碳酸盐、少量的氟化物以及镁和钠。

图1.瑞典科学家研发生物陶瓷植入物

而在磷酸钙陶瓷中，羟基磷灰石（hydroxyapatite,HAP）由于分子结构和钙磷比与正常骨的无机成分非常近似，能与软骨组织形成化学性键合，具有优良的生物活性及骨诱导性。植入骨缺损时，骨组织与HAP之间无纤维组织界面，植入体内表面有碳酸盐磷灰石形成，这种结合是骨性结合界面形成过程中的一种反应转变，因此HAP是目前国际上公认的适用于临床应用的生物活性陶瓷材料。

在生物医学领域，羟基磷灰石以其优异的生物活性及生物相容性而用作人工骨、齿根、生物材料涂层等生物技术材料，不同形态及孔隙结构的HAP还广泛应用于离子交换、催化剂载体、生物医药等领域。

1羟基磷灰石生物陶瓷的研究动态：

①国外

羟基磷灰石的研究历史很长，早在年，Wemer用希腊文字将这种材料命名为磷灰石。-年期间都是各国学者对其进行探索研究的阶段。

年，日本学者HidkeiAoki成功合成羟基磷灰石并烧结成瓷。不久，美国学者Jacrho也烧成羟基磷灰石陶瓷。

-年，Akoi等发现烧成的羟基磷灰石陶瓷具有很好的生物相容性。自此以后，世界各国都对羟基磷灰石材料进行了全方位的基础研究和临床应用研究。如西欧、美国、日本和澳大利亚等国组建了十余个高级别多学科交叉的国家生物材料与工程中心，将其列入高技术关键新材料发展计划。

到21世纪，日本生物陶瓷的总产值或将成为经济的重要支柱之一。

②国内

我国对羟基磷灰石的研究始于上世纪80年代，武汉工业大学、上海硅酸盐研究所、华南理工大学、北京市口腔医学研究所等单位都成功地研制了羟基磷灰石陶瓷，并进行了大量临床应用研究。

武汉工业大学于80年代中期成立了生物工程材料中心以来，对纳米HAP陶瓷、HAP粉体的改性以及HAP—聚合物复合材料开展了广泛的研究并取得了重大成就。在年加拿大举行的第五次世界生物材料大会上，年在成都举行的第三届远东生物材料会议上有相当数量的文章是有关羟基磷灰石制备、物理化学性能、生物学性能以及临床应用方面的研究。

2羟基磷灰石陶瓷的特性：

①物理化学特性

对于人体的骨骼来说，羟基磷灰石是其中重要的成分之一，HAP具有较大的理论密度（3.g/cm），同时其折射率在1.64左右，莫氏硬度在5.0左右。HAP能够微溶于水，显弱碱性，在酸中溶解度较高，但难溶于碱。具有较强的离子交换能力，其中钙离子经常被Cd2+、Hg2+以及Sr2+、Ba2+等离子交换；OH-可以被F-、Cl-等卤素离子快速交换。同时含有羟基的氨基酸、有机酸以及蛋白质等也容易与HA发生反应。

图2.羟基磷灰石电镜图via网络

②生物学性质

（1）生物降解性

有关研究表明，羟基磷灰石几乎不溶于水。但是它有缓慢的降解性。主要原因由以下几点引起：

1）物理化学原因。物理化学溶解取决于材料的溶解产物及所处的PH环境；

2）晶界的变化而分解成小颗粒。在人体生理环境下，多孔羟基磷灰石会发生物理化学溶解，或在晶界等活性较高的区域发生化学变化而分解成较小的颗粒；

3）生理因素。如晶粒的表面积增大、料结晶度下降、晶粒尺寸的减小及CO32-，Mg2+，Sr2+等杂质离子的存在都可以加速多孔羟基磷灰石的降解速度。

（2）羟基磷灰石的诱导成骨性

羟基磷灰石陶瓷的骨传导性能已经被普遍认可，它的骨诱导性能属于近些年被实验验证。将试样植入体内能够生成骨形成蛋白并且伴随骨髓的新骨组织出现。

3羟基磷灰石活性生物陶瓷的分类：

①致密型HAP生物陶瓷（H型）

该种陶瓷的制备是将HAP基材加入添加剂及粘结剂制成一定的颗粒级配，然后再金属模内加压成型，生坯经烘干在℃烧成素坯，素坯可以进行精加工，然后再℃左右加压烧结而成。

致密HAP具有一定的可加工性，在临床使用中极为方便，但因其植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架，主要用于人工齿根种植体。

②多孔型HAP生物陶瓷（DH型）

该种陶瓷具有较好的生物降解性、较大的比表面积，有利于生物组织的附着，适当的孔径更有利于生物组织和器官的长大。劣势在于强度较低，只能用于一些强度相对较低的部位，在口腔医疗中，主要用于领骨的置换及修补，在外科手术中主要用于整容。

③复合型HAP生物陶瓷（FH型）

类似于多孔HAP陶瓷，但制法不同，其方法是选用适当含钙的磷酸盐玻璃与磷酸钙陶瓷进行复合。主要是在高纯HAP粉末中加入一定比例的CaO-P2O5-Al2O3系玻璃体，高温烧结（温度比H型低）而成。

这种陶瓷的气孔率可达20-30%，显气孔孔径为80-微米，其多孔表面上富集着HAP晶体，因而具有较好的生物活性和机械性能。

④混合型HAP生物陶瓷（FHD型）

该种陶瓷是利用多孔HAP面料涂覆到HAP芯料上而成。它弥补了多孔HAP多孔和致密HAP陶瓷的缺点，兼顾了两者的优点，获得了较好的效果。因为多孔HAP陶瓷植入人体组织后，有利于快速发挥活性，但材料本身的机械强度低于致密HAP陶瓷，而致密HAP陶瓷比表面积小，生物活性发挥缓慢，综合以上情况根据二者结合的原理，制成人工齿根，其机械强度与致密HAP陶瓷的接近，生物活性相当于多孔HAP和复合HAP陶瓷。

⑤涂层复合材料

为提高HAP生物陶瓷的机械性能和力学，涂层HAP和复合HAP材料应运而生。这种材料是利用高强度、高韧性的材料为基材，将HAP作为涂层使用，还有一种情况是把HAP与其它韧性优良、结构相似的材料进行复合，制备更为理想的HAP生物材料。

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