陶瓷人工骨修复材料性能课件.ppt

1、本章学习目标以及重点内容介绍本章学习目标以及重点内容介绍概概 念念口腔植入材料口腔植入材料:指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织、骨指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织、骨组织的生物材料，用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建组织的生物材料，用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建其生理功能，或为口腔颌面部组织器官缺失、缺损修复重建其生理功能，或为口腔颌面部组织器官缺失、缺损修复重建提供固位体，也可作为口腔颌面部疾患治疗装置提供固位体，也可作为口腔颌面部疾患治疗装置 生物安全性生物安全性 生物相容生物相容性性 生物功能生物功能性性生物学性能 与植入组织匹配，弹性模量要与相同或相与植入组织匹配，弹性模量要

2、与相同或相近近适宜的力学性能 易于成形、就位并被固定易于成形、就位并被固定 操作简便容易被掌握操作简便容易被掌握加工成形性和临床操作性 来源丰富，容易获得来源丰富，容易获得 生产工艺简单，成本低生产工艺简单，成本低生产实用 材料不产生变性材料不产生变性 不残留消毒物质不残留消毒物质耐消毒灭菌 保持外形不变，物理、化学性能稳定，保持外形不变，物理、化学性能稳定，生长因子应保持活性生长因子应保持活性良好的化学稳定性植入材料分类植入材料分类材料化学组成分类材料化学组成分类金属及合金金属及合金钛及钛合金不锈钢钴铬合金陶瓷材料陶瓷材料生物惰性陶瓷生物活性陶瓷生物可吸收陶瓷有机高分子有机高分子材料材料合成

3、高分子天然高分子复合材料复合材料金属+无机非金属无机非金属+有机高分子有机高分子+有机高分子 多为金属或多为金属或陶瓷陶瓷材料材料 用于用于人工牙根人工牙根、颌面赝复体固定桩、颌面赝复体固定桩经皮经皮/穿龈植入材料穿龈植入材料 四种材料都可四种材料都可 用作颌骨缺损修复用作颌骨缺损修复骨修复材料骨修复材料 多为有机高分子多为有机高分子或复合或复合材料材料 如如硅橡胶支架修复耳廓、鼻翼硅橡胶支架修复耳廓、鼻翼等等。软骨修复材料软骨修复材料 为有机高分子材料为有机高分子材料 如皮肤、黏膜补片如皮肤、黏膜补片和组织补片和组织补片皮肤和皮肤和黏黏膜等软组织修复材料膜等软组织修复材料 各类材料都有使用各

4、类材料都有使用 植入式化疗泵、皮肤扩张器等植入式化疗泵、皮肤扩张器等口腔颌面部疾患治疗用植入材料口腔颌面部疾患治疗用植入材料口腔颌面部疾患治疗用植入材料口腔颌面部疾患治疗用植入材料颌面骨折内固定板人工骨化疗泵皮肤扩张器缝线材料与组织界面材料与组织界面的的结合结合形式形式机械嵌合机械嵌合增大表面积，提高摩增大表面积，提高摩擦力和机械微锁合擦力和机械微锁合物理结合物理结合分子间作用力（分子间作用力（范德范德华力及氢键华力及氢键）化学键合化学键合共价键、离子键共价键、离子键最强结合力最强结合力材料植入材料植入后与组织后与组织接触接触界面急慢界面急慢性炎症反性炎症反应应材料与组材料与组织相容织相容材料

5、与组织界面的结合过程材料与组织界面的结合过程结合影结合影响因素响因素化学组化学组成成表面性表面性状状手术操手术操作作力学性力学性质质（一）材料化学组成与界面（一）材料化学组成与界面u植入材料的化学组成是影响界面结植入材料的化学组成是影响界面结合合最重要的因素最重要的因素u相似的化学组成容易实现化学键结相似的化学组成容易实现化学键结合合植入材料的表面能植入材料的表面能植入材料的孔隙植入材料的孔隙植入材料的形态植入材料的形态植入材料植入材料表面能越高表面能越高体液对材料的体液对材料的润湿性越好润湿性越好材料与组织的材料与组织的结合性越好结合性越好（1）为组织细胞向植入材料中生长提供）为组织细胞向植

6、入材料中生长提供通道通道和和生长场所生长场所。（2）增大增大组织液与植入材料之间的组织液与植入材料之间的接触表面积接触表面积，加速反应加速反应过程。过程。（3）孔隙有利于）孔隙有利于局部体液循环局部体液循环，为长入材料内部的新生组织提供营养。，为长入材料内部的新生组织提供营养。（4）组织长入孔隙后与材料形成）组织长入孔隙后与材料形成机械性锁结机械性锁结作用，显著提高两者的结作用，显著提高两者的结合强度。合强度。与颗粒状或粉末与颗粒状或粉末状材料相比，块状材料相比，块状材料长期植入状材料长期植入机体后容易导致机体后容易导致材料周围纤维组材料周围纤维组织瘤样增生织瘤样增生外形圆钝的材料外形圆钝的材

7、料与锐利的材料相与锐利的材料相比，有孔材料与比，有孔材料与无孔材料相比，无孔材料相比，可降低瘤样增生可降低瘤样增生发生率发生率（三）材料力学性质与界面（三）材料力学性质与界面u陶瓷材料陶瓷材料本身的本身的力学性质力学性质和在应力作用下的力传导性质，必和在应力作用下的力传导性质，必须须与骨与骨的力学性质和力的传导性质的力学性质和力的传导性质相匹配相匹配u陶瓷材料陶瓷材料与天然牙和骨组织相比，弹性模量高，刚性大，亦与天然牙和骨组织相比，弹性模量高，刚性大，亦形成种植体周围的形成种植体周围的应力集中应力集中，造成骨吸收和破坏。所以陶瓷材料，造成骨吸收和破坏。所以陶瓷材料的力学性质影响着种植界面的稳定

8、。的力学性质影响着种植界面的稳定。骨骨缺损人工缺损人工修复材料修复材料第三节第三节 骨缺损人工修复材料骨缺损人工修复材料 颌面部颌面部骨缺损骨缺损肿瘤外伤炎症先天畸形颌面骨缺损修复材料颌面骨缺损修复材料自体骨自体骨：主要供区骨为腓骨、肋骨、髂骨，颏部皮质骨主要供区骨为腓骨、肋骨、髂骨，颏部皮质骨生物衍生骨生物衍生骨：来源于同种异体、异种以及海洋动物骨来源于同种异体、异种以及海洋动物骨组织组织人工修复材料人工修复材料：人工合成材料人工合成材料（一）概（一）概 念念口腔植入材料（口腔植入材料（materials in dental implantology）是指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织、骨

9、组织的生是指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织、骨组织的生物材料，用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建其生物材料，用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建其生理功能，或为口腔颌面部组织器官缺失、缺损修复重建理功能，或为口腔颌面部组织器官缺失、缺损修复重建提供固位体，也可作为口腔颌面部疾患治疗装置提供固位体，也可作为口腔颌面部疾患治疗装置（二）性能要求（二）性能要求1口腔植入材料基本要求口腔植入材料基本要求2特有的生物学要求特有的生物学要求特有生物学要求特有生物学要求 材料为血管的长入和新骨的形成提供一个爬行支架。材料为血管的长入和新骨的形成提供一个爬行支架。1骨引导（骨引导（osteoconduct

10、ion）材料使宿主间充质干细胞分化为成骨细胞，进而形成骨组织的材料使宿主间充质干细胞分化为成骨细胞，进而形成骨组织的性能。性能。2骨诱导（骨诱导（osteoinduction）材料植入合适的环境能直接形成新骨材料植入合适的环境能直接形成新骨。3骨生成骨生成(osteogenesis)材料在不同的功能区域，随应力变化，参与机体代谢，被吸收材料在不同的功能区域，随应力变化，参与机体代谢，被吸收或生成新骨，形态发生功能适应性改变。或生成新骨，形态发生功能适应性改变。4骨改建（骨改建（bone remodeling）1.陶瓷骨修复材料陶瓷骨修复材料2.金属骨修复材料金属骨修复材料3.有机高分子骨修复材

11、料有机高分子骨修复材料4.复合骨修复材料复合骨修复材料陶瓷骨修复材料陶瓷骨修复材料 化学性质稳定，化学性质稳定，不不与骨组织产生与骨组织产生反应反应，材料与骨组织间形成，材料与骨组织间形成纤维接纤维接触界面触界面生物惰性陶瓷(bio-inert ceramic)与骨组织发生与骨组织发生反应反应，形成，形成骨性结合骨性结合界面，材料与骨组织界面界面，材料与骨组织界面无纤维无纤维组织膜组织膜生物活性性陶瓷(bio-active ceramic)材料可材料可被降解、吸收被降解、吸收，伴随着该过程发生有，伴随着该过程发生有新骨形成新骨形成，材料与骨组，材料与骨组织间形成织间形成骨结合界面骨结合界面生物

12、可吸收性陶瓷(bio-degradable ceramic)金属骨修复材料金属骨修复材料常用的金属材料是商业纯钛（常用的金属材料是商业纯钛（cpTicpTi）及）及钛合金，临床上以重建板作下颌骨节段钛合金，临床上以重建板作下颌骨节段性修复，用钛网与其他材料或自体松质性修复，用钛网与其他材料或自体松质骨复合进行面中份骨修复骨复合进行面中份骨修复有机高分子骨修复材料有机高分子骨修复材料 PLA、PGA、甲壳素等生物降解非生物降解复合型骨修复材料复合型骨修复材料 最常用的陶瓷是HA，有机高分子包括聚乳酸、胶原、聚酰胺。陶瓷与有机高分子复合骨修复材料陶瓷与有机高分子复合骨修复材料 采用转基因技术，将活

13、性因子与载体材料复合，应用时注入或填入骨缺损区。需在低温保存及运输。含生物活性因子的骨修复材料含生物活性因子的骨修复材料 细胞与支架材料构建形成的骨缺损修复替代物。该类材料目前在临床尚未应用，是今后骨缺损修复材料的发展方向。组织工程化骨修复材料组织工程化骨修复材料 本节主要介绍陶瓷类骨缺损人工修复材料本节主要介绍陶瓷类骨缺损人工修复材料陶瓷材料陶瓷材料显微结构显微结构力学性能生物学性能陶瓷骨修复材料陶瓷骨修复材料受材料受材料化学组成化学组成物理特性物理特性显微结构显微结构孔隙率孔隙率等影响等影响晶相晶相 即陶瓷晶体结构即陶瓷晶体结构 决定陶瓷的物理、决定陶瓷的物理、化学性质化学性质玻璃玻璃相相

14、 非晶态结构的低熔非晶态结构的低熔点固体，点固体，作用是充填晶粒间作用是充填晶粒间隙，粘接晶粒隙，粘接晶粒气相气相 即气孔即气孔 许多性能随着气孔许多性能随着气孔率、气孔尺寸及其率、气孔尺寸及其分布不同产生很大分布不同产生很大范围的改变范围的改变陶瓷材料陶瓷材料显微结构显微结构物理性能物理性能材料材料密度密度（g/cm3）努氏硬度努氏硬度(MPa)弯曲强度弯曲强度（MPa）压缩强度压缩强度（MPa）弹性模量弹性模量（GPa）羟基磷灰石陶瓷羟基磷灰石陶瓷3.1646001001309009503550磷酸三钙陶瓷磷酸三钙陶瓷3.14420014016047070038生物玻璃陶瓷生物玻璃陶瓷2.

15、63.8617021052035050010表表 常用骨缺损修复陶瓷材料常用骨缺损修复陶瓷材料(致密型致密型)物理性能物理性能（一）羟基磷灰石（一）羟基磷灰石（HA）n晶体结构以磷氧四面体为基础构成，为六方晶系晶体结构以磷氧四面体为基础构成，为六方晶系来源来源动物骨烧制天然珊瑚热化学液处理转化人工化学合成法制备人工制备方法人工制备方法性性 能能物理性能：物理性能：羟基磷灰石陶瓷质地坚硬，脆性较大，弯曲羟基磷灰石陶瓷质地坚硬，脆性较大，弯曲强度低于致密骨组织，强度低于致密骨组织，弹性模量弹性模量远大于骨组织远大于骨组织生物化学性能：生物化学性能：良好良好生物相容性生物相容性与成骨细胞共同培养表面

16、有与成骨细胞共同培养表面有成骨细胞聚集成骨细胞聚集与骨组织形成紧密与骨组织形成紧密化学性结合化学性结合骨传导骨传导能力强能力强非非生物生物降解降解材料材料应应 用用临床上使用的羟基磷灰石陶瓷有临床上使用的羟基磷灰石陶瓷有致密块状致密块状、多孔块状多孔块状和和颗颗粒状粒状l多孔块状羟基磷灰石陶瓷常用于颌骨多孔块状羟基磷灰石陶瓷常用于颌骨非节段性非节段性较大缺损较大缺损的充填修复的充填修复l颗粒状羟基磷灰石陶瓷常用于颌骨小缺损的充填修复，颗粒状羟基磷灰石陶瓷常用于颌骨小缺损的充填修复，例如骨囊肿的充填、牙周骨缺损的充填、牙槽嵴增高、拔例如骨囊肿的充填、牙周骨缺损的充填、牙槽嵴增高、拔牙窝的充填等牙

17、窝的充填等生物玻璃的制备采用生物玻璃的制备采用溶融方法溶融方法获得。为了防止杂质获得。为了防止杂质的混入和坩埚的污染，多采用高纯度化学试剂作原的混入和坩埚的污染，多采用高纯度化学试剂作原料和白金坩埚作熔融器皿，熔融温度一般在料和白金坩埚作熔融器皿，熔融温度一般在1250125013501350范围范围物理性能：生物玻璃的力学性能不是很高，脆性较物理性能：生物玻璃的力学性能不是很高，脆性较大，弯曲强度为大，弯曲强度为85MPa，断裂韧性为，断裂韧性为0.54MPam，弹性模量为弹性模量为79GPa生物化学性能：生物化学性能：1.生物反应性生物反应性 植入后与组织液持续反应，表面先植入后与组织液持

18、续反应，表面先形成形成SiO2 凝胶层凝胶层，并诱发成骨细胞和纤维状蛋白，并诱发成骨细胞和纤维状蛋白肌长入其中，从而在材料表面生成一层含钙和磷的肌长入其中，从而在材料表面生成一层含钙和磷的碳酸基羟磷灰石碳酸基羟磷灰石晶体层晶体层2.与骨组织与骨组织化学性结合化学性结合3.骨引导性骨引导性4.骨形成性骨形成性主要是粉料，用于颌骨小缺损的充填修复主要是粉料，用于颌骨小缺损的充填修复n生物活性玻璃陶瓷（生物活性玻璃陶瓷（bioactive glass ceramics,BGC），常），常指含指含CaO及及P2O5体系的微晶玻璃，最常用的是体系的微晶玻璃，最常用的是MgO-CaO-SiO2-P2O5系

19、列的生物玻璃陶瓷系列的生物玻璃陶瓷n组成组成SiO2 22%40%MgO 7%CaO33%60%P2O5 11%44%其他微量成分其他微量成分0.5%6%生物活性玻璃陶瓷的生物活性玻璃陶瓷的强度强度比生物玻璃显著比生物玻璃显著提高提高，弯曲强，弯曲强度为度为180200MPa，断裂韧性为，断裂韧性为22.5MPam，弹性，弹性模量为模量为100120GPa。当生物玻璃陶瓷植入骨组织内与。当生物玻璃陶瓷植入骨组织内与骨组织接触后，其表面被体液润湿，并有不同程度溶解，骨组织接触后，其表面被体液润湿，并有不同程度溶解，与骨组织间存在离子交换，材料表面形成一碱性的与骨组织间存在离子交换，材料表面形成一

20、碱性的硅凝硅凝胶层胶层，有利于与骨形成，有利于与骨形成化学键性结合化学键性结合，促进骨修复，促进骨修复l多孔块状多孔块状生物活性玻璃陶瓷常用来修复颅颌部骨质缺损生物活性玻璃陶瓷常用来修复颅颌部骨质缺损和矫正畸形以及外科整容术和矫正畸形以及外科整容术l颗粒型颗粒型的材料则一般用于牙槽嵴萎缩的防治，牙窝填塞，的材料则一般用于牙槽嵴萎缩的防治，牙窝填塞，骨缺损修补以及护髓，盖髓等骨缺损修补以及护髓，盖髓等（四）磷酸三钙（四）磷酸三钙nCa3(PO4)2l钙磷比为钙磷比为1.50，其物理、化学性能以及生物相容性都，其物理、化学性能以及生物相容性都和羟磷和羟磷灰石很相近灰石很相近。l磷酸三钙有两种晶型结

21、构，磷酸三钙有两种晶型结构，低温型低温型(-TCP)和和高温型（高温型（-TCP）l-TCP属于三方晶系，密度为属于三方晶系，密度为3.07g/cm3,-TCP属于单斜晶属于单斜晶系，密度为系，密度为2.86g/cm3。相转变成相转变成相的相变温度大致为相的相变温度大致为1120-1180-TCP 结晶度和机械强度比较高，生物降解性不如结晶度和机械强度比较高，生物降解性不如-TCP-TCP：可以：可以生物降解生物降解-TCP：遇水逐渐硬化，与弱磷酸水溶液或有机酸溶：遇水逐渐硬化，与弱磷酸水溶液或有机酸溶液混合后，在室温下能快速硬固，固化时间可控制在液混合后，在室温下能快速硬固，固化时间可控制在

22、5-30分钟范围。分钟范围。l-TCP的应用范围与羟磷灰石相似，其致密体可用的应用范围与羟磷灰石相似，其致密体可用于制作于制作人工牙根人工牙根，多孔体常用作，多孔体常用作骨充填骨充填和和骨置换骨置换材材料料l-TCP粉末具有水和硬化并逐步转变成羟磷灰石的粉末具有水和硬化并逐步转变成羟磷灰石的特性，因此可用来制备特性，因此可用来制备齿科水门汀齿科水门汀和和医用骨水泥医用骨水泥l含含HA和和TCP两种成分，钙磷比介于两种成分，钙磷比介于1.501.67之之间，形成不同比例的间，形成不同比例的HA:TCP。l常用常用HA:TCP为为80:20、70:30和和60:40。lHA几乎不降解可保持几乎不降

23、解可保持支架支架材料材料形态形态结构相对结构相对稳定稳定，并提供，并提供骨组织成分骨组织成分结合的位点结合的位点lTCP尤其是尤其是-TCP具有具有良好降解良好降解性，为材料与组织界面类骨性，为材料与组织界面类骨磷灰石层形成，以及新骨生成提供钙及磷酸根离子磷灰石层形成，以及新骨生成提供钙及磷酸根离子lHA/TCP在关于骨诱导研究中采用最多，也是在关于骨诱导研究中采用最多，也是骨诱导能力最骨诱导能力最强强的材料。固有骨诱导性的材料骨诱导能力与材料自身的化的材料。固有骨诱导性的材料骨诱导能力与材料自身的化学组成和物理结构均有关学组成和物理结构均有关三、临床应用选择三、临床应用选择（一）节段性骨缺损

24、（一）节段性骨缺损l多因肿瘤切除或外伤所致。多因肿瘤切除或外伤所致。l需需恢复骨的连续性恢复骨的连续性并尽可能并尽可能重建牙咬合功能重建牙咬合功能，修复，修复材料的材料的力学性能力学性能至关重要，术中便于材料与骨断端固至关重要，术中便于材料与骨断端固定。定。l选择除自体骨外，钛重建板、块状选择除自体骨外，钛重建板、块状PMMA、致密纳、致密纳米米HA/聚酰胺复合块状材料可以应用。聚酰胺复合块状材料可以应用。（二）腔穴性骨缺损（二）腔穴性骨缺损l常见囊肿刮除术后，骨的常见囊肿刮除术后，骨的连续性未破坏连续性未破坏，为尽早，为尽早实现缺损区骨再生，骨植入材料的实现缺损区骨再生，骨植入材料的骨生成性

25、能骨生成性能及及临临床操作性床操作性较为重要较为重要l多孔块状或颗粒型陶瓷人工骨、泡沫型聚四氟乙多孔块状或颗粒型陶瓷人工骨、泡沫型聚四氟乙烯，或胶原与磷酸钙复合材料可用烯，或胶原与磷酸钙复合材料可用（三）裂隙性骨缺损（三）裂隙性骨缺损l多发生在多发生在炎症炎症所引起牙周骨缺损及牙种植术中所引起牙周骨缺损及牙种植术中人工牙根周骨缺损人工牙根周骨缺损，修复材料的，修复材料的可塑操作性可塑操作性及成及成骨性能骨性能较重要较重要l可采用骨水泥、颗粒型陶瓷人工骨、可采用骨水泥、颗粒型陶瓷人工骨、rhBMP-2等，联合引导骨组织再生膜（胶原膜、聚乳酸膜、等，联合引导骨组织再生膜（胶原膜、聚乳酸膜、聚四氟乙烯膜、钛膜）对骨缺损修复聚四氟乙烯膜、钛膜）对骨缺损修复（四）外形轮廓骨缺损（四）外形轮廓骨缺损l多因先天发育畸形或外伤所致，为重建并维持良多因先天发育畸形或外伤所致，为重建并维持良好外形及微创外科要求，骨植入材料应具备好外形及微创外科要求，骨植入材料应具备适宜适宜力学性能力学性能，术中塑形术中塑形及及易固定易固定等临床操作性等临床操作性l可采用硅橡胶、多孔块状可采用硅橡胶、多孔块状HAThe end Thank you!