初原载于 爱学习的 青春材制 2021-3-5

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　　新春佳节后，开学正当时，我们《材制视角》系列科普即日起恢复更新啦！

逐渐发展完善的生物陶瓷材料技术

——使人体器官的修复不再成为难题

　　受伤后自我修复，是科幻电影中经常出现的情节。如X战警中，金刚狼的突变能力，使他能够在很短的时间里修复人体组织；终结者中的T-1000机器人，全身由液态金属构成，能够在被摧毁后自我恢复。

　　其实，人类对于怎样修复人体器官的思考在很久之前就已经产生。19世纪初，他们开始使用生物陶瓷对身体进行修复，1808年西方人成功制成了用于镶牙的陶齿。1894年，H. Dreeman 报道使用熟石膏作为骨替换材料。1928年，Leriche和Policard开始研究和应用磷酸钙作为骨替换材料。

　　生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷(如Al2O3，ZrO2等)和生物活性陶瓷(如致密羟基磷灰石，生物活性玻璃等)，主要是指化学性能稳定、生物相溶性好的陶瓷材料。如氧化铝、氧化锆以及医用碳素材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键合力较强，而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。

　　但是，随着这些材料的不断应用，使用者的问题日益产生，怎样满足材料具有生物降解、持久和针对患者的特点量身定做的的特性成为困扰人类的难题。于是，生物活性陶瓷技术应运而生。

       大约在20年前，BobPilliar教授开始寻找合成骨的替代材料。

       塑料、金属和陶瓷都曾经被认为是可用于关节置换的最新和最好的材料，但是它们对患者的疼痛缓解和活动能力的恢复效果不好。

　　经过不断探索，研究人员们找到了一种以磷酸钙形式存在的有效配方。这种粉末是由与人类骨骼中同样的矿物成分组成的，它不再是简单的组织填充代替物，而是能诱导组织再生，调节细胞生长和功能分化的组织工程材料。

　　制造生物陶瓷植入物的机器人利用紫外光将磷酸钙粉末固化，然后精确将植入物送入管和腔内。随着时间的推移，3D打印的聚磷酸钙被逐渐吸收在人体内，病人自身的组织和细胞代替了植入物的位置，并且保留了人工植入物的形状.

        当然，我国在生物陶瓷材料技术上也有许多研究成果与历史性突破。

　　中国20世纪70年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。1974年开展微晶玻璃用于人工关节的研究;1977年氧化铝陶瓷在临床上获得应用;1979年高纯氧化铝单晶用于临床，以后又有新型生物陶瓷材料不断出现，并应用于临床。中国上海硅酸盐研究所、华南理工大学、北京市口腔医学研究所等单位对生物陶瓷都进行了深入的研究。

　　现如今，我国生物陶瓷技术随着时代的进步和各科学家的努力下取得了重要成果。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队在多功能黑色生物活性陶瓷材料研究方面取得重要进展。该研究团队通过对传统的白色生物活性陶瓷材料（硅酸盐和磷酸盐等）进行热还原处理，研制出新一代“黑色生物活性陶瓷”，将传统生物活性陶瓷材料的应用领域从组织再生拓展到肿瘤等疾病治疗。

       当然，黑色生物活性陶瓷材料相比较传统的白色生物活性陶瓷材料而言更加优异。黑色生物陶瓷材料的晶体内部存在大量的氧空位和结构缺陷，其降解性能得到明显改善，对于成骨细胞和皮肤细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性有更好的促进作用。在慢性皮肤创伤及大块骨缺损修复动物实验中，黑色生物陶瓷对于皮肤和骨组织修复效果明显优于白色陶瓷，表现出显著的促进软/硬组织多功能再生活性。

　　结语：随着科学家对生物陶瓷材料技术的不断研发与不断突破，无论是世界还是我国都有许多研究成果出现，这些研究成果，使人类担忧的人体器官破损如何修复这个难题的解决给予了希望的曙光，衷心希望生物陶瓷材料技术能够越来越成熟，为那些器官受损与器官衰竭的人争得“第二次生命”。

参考文献：

3DSCIENCEVALLEY.更好的骨头——彻底改变关节置换

3D科学谷.医疗植入物的市场需求赋予陶瓷3D打印颠覆潜力

生物陶瓷——百度百科

上硅所顶刊：新一代黑色生物活性陶瓷，可用于治疗肿瘤！---材料科学与工程微信公众号

撰 稿 人：科技协会科创部 许志宇 张凯旋 

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