初原載于 愛學(xué)習(xí)的 青春材制 2021-3-5

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　　新春佳節(jié)后，開學(xué)正當(dāng)時，我們《材制視角》系列科普即日起恢復(fù)更新啦！

逐漸發(fā)展完善的生物陶瓷材料技術(shù)

——使人體器官的修復(fù)不再成為難題

　　受傷后自我修復(fù)，是科幻電影中經(jīng)常出現(xiàn)的情節(jié)。如X戰(zhàn)警中，金剛狼的突變能力，使他能夠在很短的時間里修復(fù)人體組織；終結(jié)者中的T-1000機器人，全身由液態(tài)金屬構(gòu)成，能夠在被摧毀后自我恢復(fù)。

　　其實，人類對于怎樣修復(fù)人體器官的思考在很久之前就已經(jīng)產(chǎn)生。19世紀(jì)初，他們開始使用生物陶瓷對身體進(jìn)行修復(fù)，1808年西方人成功制成了用于鑲牙的陶齒。1894年，H. Dreeman 報道使用熟石膏作為骨替換材料。1928年，Leriche和Policard開始研究和應(yīng)用磷酸鈣作為骨替換材料。

　　生物陶瓷材料可分為生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如致密羥基磷灰石，生物活性玻璃等)，主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定、生物相溶性好的陶瓷材料。如氧化鋁、氧化鋯以及醫(yī)用碳素材料等。這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵合力較強，而且都具有較高的強度、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性。

　　但是，隨著這些材料的不斷應(yīng)用，使用者的問題日益產(chǎn)生，怎樣滿足材料具有生物降解、持久和針對患者的特點量身定做的的特性成為困擾人類的難題。于是，生物活性陶瓷技術(shù)應(yīng)運而生。

? ? ? ?大約在20年前，BobPilliar教授開始尋找合成骨的替代材料。

? ? ? ?塑料、金屬和陶瓷都曾經(jīng)被認(rèn)為是可用于關(guān)節(jié)置換的最新和最好的材料，但是它們對患者的疼痛緩解和活動能力的恢復(fù)效果不好。

　　經(jīng)過不斷探索，研究人員們找到了一種以磷酸鈣形式存在的有效配方。這種粉末是由與人類骨骼中同樣的礦物成分組成的，它不再是簡單的組織填充代替物，而是能誘導(dǎo)組織再生，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和功能分化的組織工程材料。

　　制造生物陶瓷植入物的機器人利用紫外光將磷酸鈣粉末固化，然后精確將植入物送入管和腔內(nèi)。隨著時間的推移，3D打印的聚磷酸鈣被逐漸吸收在人體內(nèi)，病人自身的組織和細(xì)胞代替了植入物的位置，并且保留了人工植入物的形狀.

????????當(dāng)然，我國在生物陶瓷材料技術(shù)上也有許多研究成果與歷史性突破。

　　中國20世紀(jì)70年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。1974年開展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究;1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用;1979年高純氧化鋁單晶用于臨床，以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn)，并應(yīng)用于臨床。中國上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位對生物陶瓷都進(jìn)行了深入的研究。

　　現(xiàn)如今，我國生物陶瓷技術(shù)隨著時代的進(jìn)步和各科學(xué)家的努力下取得了重要成果。近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員與常江研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊在多功能黑色生物活性陶瓷材料研究方面取得重要進(jìn)展。該研究團(tuán)隊通過對傳統(tǒng)的白色生物活性陶瓷材料（硅酸鹽和磷酸鹽等）進(jìn)行熱還原處理，研制出新一代“黑色生物活性陶瓷”，將傳統(tǒng)生物活性陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域從組織再生拓展到腫瘤等疾病治療。

???????當(dāng)然，黑色生物活性陶瓷材料相比較傳統(tǒng)的白色生物活性陶瓷材料而言更加優(yōu)異。黑色生物陶瓷材料的晶體內(nèi)部存在大量的氧空位和結(jié)構(gòu)缺陷，其降解性能得到明顯改善，對于成骨細(xì)胞和皮膚細(xì)胞的粘附、鋪展、增殖、遷移和分化等細(xì)胞生物活性有更好的促進(jìn)作用。在慢性皮膚創(chuàng)傷及大塊骨缺損修復(fù)動物實驗中，黑色生物陶瓷對于皮膚和骨組織修復(fù)效果明顯優(yōu)于白色陶瓷，表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)軟/硬組織多功能再生活性。

　　結(jié)語：隨著科學(xué)家對生物陶瓷材料技術(shù)的不斷研發(fā)與不斷突破，無論是世界還是我國都有許多研究成果出現(xiàn)，這些研究成果，使人類擔(dān)憂的人體器官破損如何修復(fù)這個難題的解決給予了希望的曙光，衷心希望生物陶瓷材料技術(shù)能夠越來越成熟，為那些器官受損與器官衰竭的人爭得“第二次生命”。

參考文獻(xiàn)：

3DSCIENCEVALLEY.更好的骨頭——徹底改變關(guān)節(jié)置換

3D科學(xué)谷.醫(yī)療植入物的市場需求賦予陶瓷3D打印顛覆潛力

生物陶瓷——百度百科

上硅所頂刊：新一代黑色生物活性陶瓷，可用于治療腫瘤！---材料科學(xué)與工程微信公眾號

撰 稿 人：科技協(xié)會科創(chuàng)部 許志宇 張凱旋?

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