近年来，生物陶瓷材料的研究与应用于临床治疗取得重大突破。如在生物陶瓷取代人体关节、骨骼修复、药理功能与治疗癌症方面都有许多新的进展，有的已成功运用于临床治疗，取得疗效。人体是由诸多组织与器官组成，当其中一部分由于病变、老化或意外事故而丧失功能时，为取代与修补此类器官与组织的功能，并能够与生物组织及体液连接使用，这就是生物陶瓷材料。在20世纪70年代-80年代开发研制各种陶瓷材料，到90年代已能真正应用于人体生物体的修复，已在临床现场取得重要成果。现在在生物陶瓷研究领域处于领先地位的美国、日本，及其他国家的科学家们、正在利用陶瓷材料所具有的特性，开发具有新功能的生物材料。展现出美好的前景。

　　(一)用作人体关节的陶瓷材料

　　从1970年起，开始最初尝试以高纯度、高密度烧结氧化铝陶瓷置换过去金属制人工股关节骨头。在80年代后期，人们以部分烧结稳定氧化锆用作骨头取代烧结氧化铝材料，结果发现氧化锆显示出更高的机械强度与抗破坏韧性。由于推进这一研究成果，到90年代时，氧化锆陶瓷骨头已被用于临床治疗。使用烧结氧化锆陶瓷，可以使骨头直径变细，从而也使骨臼盖变小，可以减少周围骨骼的切削量。在采用股关节模拟的子牛血浆作了磨耗试验，证明氧化锆陶瓷制骨头比氧化铝陶瓷骨头具有更高的耐磨耗特性，成为新一代生物陶瓷材料。

　　(二)生物活体陶瓷材料

　　不仅仅局限于有机高分子骨聚合物与金属材料，包括氧化铝与氧化锆在内，被埋植人人体骨欠损部位的人工材料，一般表现为被纤维性覆盖膜包围，而与周围骨骼相隔离的状态。这是由生物组织显示的极其自然的防御而造成的。因此，将人工骨材料固定在骨组织甚为困难。1970年以来，人们发现在人工骨材上有少量未被纤维组织覆膜包围，而是与骨组织直接连接并牢固结合在一起。它们是Na2O—GaO—Si02—P205系的贝偶玻璃(Bioglass)及羟基磷灰石、磷灰石、硅灰石的晶体玻璃材料A-W。这类材料意味着由诱导与调节生理学活性可以设计出新的生物材料，亦称生物活体材料。接着，显示生物活体的陶瓷材料在80年代取得进展，到90年代已扩大了其临床应用范围。现在贝偶玻璃陶瓷因其高生物活性而用作人工耳小骨节，且也用于牙周病而失去的骨组织的修复。1982年研制出的晶体玻璃陶瓷材料A--W获日本政府批准使用。1991年开始以陶瓷骨A--W名称命名人工胫骨、人工椎体及骨骼补填材料，至今已达到45000个用例。

　　在80年代后期，磷酸钙系陶瓷烧结羟基磷灰石和臼磷酸三钙(3CaO·P205)作为骨骼补填材料开始上市销售。现在日本已形成磷质陶瓷、骨质陶瓷、骨质充填物、陶瓷石等名称的微密体、多孔性、颗粒状等生物陶瓷材料，用于临床治疗。本世纪90年代发展起来的磷酸钙系列的人工骨制造技术，已有成系列的人工骨订货。其中在复杂形状的人工骨制品中，以适应特殊的患者专用的人工骨需求中，尤以头盖骨及颚面骨材为多。随着90年代计算机与医学计量技术的进步，按订货要求生产人工骨成为可能，出现了根据CT图像而采用CAD／CAM方法设计人工骨的方法。这种方法是将CT图像中骨轮廓的数据汇集，制成三维立体图像。在其中引入各截面缺损部分的预测线，然后再设计出缺损部位三维预想曲面，提出缺损部位的数据。其后划出切削加工线，采用研磨机对烧成前的磷灰石进行磨削加工。在特定温度烧成后，即获得羟基磷灰石陶瓷材料。根据烧成工序与窑具的最佳适性，也可以解决

烧成过程中出现的收缩及形状不均匀等问题。生物陶瓷材料与信息领域技术融合一起，在医学范围的应用将更加广泛。　　，

　　(三)用于手术现场的陶瓷人工骨

　　将生物陶瓷粉末与液体混合，在空气中放置几分钟后呈现膏状，经凝固与周围骨骼结合在一起且呈现类似骨骼的力学性能。这种聚合物状人工骨材料仅使用注射器即可注入人体内而无需手术就可治愈骨骼缺损部位。制备此种生物活性陶瓷聚合材料大致分为两种材料，其一是将磷酸钙与生体活性玻璃粉末和有机高分子、单体混合；其二是将同一种粉末与无机磷酸盐水溶液或水混合。前者方法可以获得机械强度较高的固化体材料；后者机械强度较一般，不过在反应过程中PH值从中性领域中不会有大的变动，其本上能获得仅由类骨磷灰石组成的固化体。譬如α磷酸三钙(3CaO·P205)、磷酸一钙及一水化合物(Ca(H2p04)·H20)、碳酸钙(CaC03)的混合粉末或无水磷酸二钙(CaHP04)及磷酸四钙(4Ca0·P205)的混合粉末中分别掺入磷酸钠水溶液，即可呈现几分钟的流动性，在10分钟之内含有碳酸离子的羟基磷灰石析出并硬化。固体中的大部分材料在12小时内转化为类骨磷灰石，并能够与周围骨骼相结合，可长期用作骨骼替代材料。目前采用注射膏状陶瓷材料以修复人体骨欠损部位的试验取得进步。日本于1999年批准使用以α·3CaO·P205与磷酸四钙为主要成分的骨膏材料。其后开始以“生命复活”商品名称上市出售。不过此种骨膏的硬化体压缩强度仅为60-95Pa，目前尚不能使用于固定人工关节。人们希望将来会开发出机械强度更高的生物活性陶瓷材料。

　　(四)药理功能陶瓷材料

　　目前，促进失去组织的再生或修复组织再生的医疗工学，以及依靠体外组织培养、再造脏器官的组织工学等学科，倍受人们关注。采取医疗工学与组织工学构筑生物组织时，由干细胞、生长基因及细胞增值的原场组成基础材料的三个要素至关重要。其中作为补助生物组织再生的基础陶瓷材料，与使人工骨自身赋予骨形成促进及骨吸收缓和药理功能的试验亦正在进行。譬如使骨芽细胞活性化、以抑制碎骨细胞引起的骨吸收的生物微量成分—锌引入磷酸三钙中，促进骨形成的骨补充材料就能合成。见偶琉璃及晶体化玻璃A--W溶出硅虽然含量小，但作为对骨形成有效且必备的微量元素而发挥作用。人们期待利用此类微量元素开发出具有药理机能的新一代生物陶瓷材料。

　此外，采用生物陶瓷材料羟基磷灰石分极来控回生理学活性的新技术已经成功。日本的山下等人采用在加热条件下，将羟基磷灰石烧结体置于直流电场中的方法，成功地获得分极羟基磷灰石，分极的目的是即使返回室温条件下除去外部电场，羟基磷灰石也能长期保存达6个月以上的时间。这样将分极状羟基磷灰石埋人生物体内时，就可以对生物组织长期在局部电场下起作用。分极羟基磷灰石浸渍于虚拟体液中后，可以促进类骨磷灰石在负电荷被诱发的表面上生成，而在被正电荷诱发的表面它会受到抑制。根据动物试验，与诱发正电荷面比较，在诱发负电荷的羟基磷灰石面附近，骨芽状细胞活动旺盛，可以确认新生骨与材料结合良好。这些研究结果证明，控制好生物陶瓷的纳米结构，可以更多地提供生理学性的活性。

　　(五)陶瓷材料治疗癌症

　　近年来，陶瓷材料治疗癌症引起人们关注。在此之前、治疗癌症往往采用外科手术与化学疗法。采用外科手术时，许多器官一经被切除就失去功能；化学疗法存在的问题是尚未研制出只是有效杀死癌细胞的抗癌药剂。化学疗法形成的强烈的副作用，使患者承受巨大的负担。仅将患癌部位连续加热杀死癌细胞为目的的放射线疗法虽然仍在采用，但身体内部的癌细胞难以接受到足够的放射线，而且也容易使癌细胞附近的正常组织遭受损伤。因此多年来人们希望将放射线的发射源直接引导人体内深部的患癌部位，仅局部地对癌细胞进行放射线治疗以杀死癌细胞，同时又不损伤正常的组织，1987年美国科学家迪易等人研制出适用此目的的含铱硅酸锆玻璃陶瓷材料。89Y元素的天然存在率为100％，由于热中子的照射，可以转变为半衰期为64.1小时的p射线放射体90Y。含有铱材料的了Y20340％、A120320％、Si0240％组成的玻璃陶瓷材料显示出优秀的化学稳定性。并且在接受中子照射时，Y以外的A1、Si、O等均不出现放射反应。

所以，一旦将采用熔融法制成此类玻璃，以粉末喷雾状进入火焰中，即可形成为珍珠状外形。从其中选择出直径为20-30μm的玻璃状微球，经过对微球进行热中子线照射，89Y即转换成90Y，形成日射线放射体。将铱硅酸锆微球通过插入肝动脉的导管而流注入患癌肝脏中，其中大部分微球滞留于肝癌的毛细血管内，可以局部性直接以放射线照射癌细胞。另外，玻璃微球阻止为癌细胞提供营养补充的功能亦十分显著。这种抗癌玻璃陶瓷材料化学稳定性高，它几乎不会发生放射性90Y向正常人体组织移动的现象。从1991年开始，国际上加拿大及香港等地已经推广普及以玻璃状陶瓷微球治疗病人肝癌的治疗技术。

　　美国迪易等人发明的放射线治疗用陶瓷材料，在能够有选择对体内癌细胞进行放射线治疗的方面，是一项划时代的成果。不过，由于90Y半衰期仅为64.1小时，治疗时间仍然短些。尤其从制成材料具备放射性后，到运用于治疗期间，放射能量会快速衰减，影响了治疗效果。现在发现与90Y同样具有p射线放射效果，但放射时间更长，半衰期达到14.3天的放射性元素32P。32P与90Y同样是由热中子照射天然存在率为100％非放射性元素而获得的，但32P却是来自于P(磷)。因此，可以预测未来大量含有磷物质的陶瓷微球，将广泛用于放射线治癌的用途。不过，含磷较多且化学稳定性高的陶瓷材料，往往难以采用通常的熔融法制成。因此，采用向化学稳定性优良的二氧化硅玻璃微球中注入离子的方法以引人大量的磷元素，或者采用在二氧化硅上涂敷磷酸铱(YP4)的微球合成法应运而生。

　　采用陶瓷材料微球用于治疗癌症的研究，已经出现许多成果。由于人体内癌肿瘤部位血管欠发达，仅靠血流放热治癌的方法难以展开。根据相同的原理，癌肿瘤部位因供氧欠缺而不耐热，癌细胞在温度达到43℃时即呈现死亡。但正常的人体健康细胞直到加热到48％亦能健康生存。因此，利用正常细胞与癌细胞之间的耐热差别，将癌细胞部位加热到43％附近的温热疗法。作为有效的治癌疗法倍受注目。

　　20世纪90年代初，日本的小久保等人，为研究癌症温热治疗材料，合成制出一种在交流磁场下发热的，含有摆渡磁体的晶体玻璃陶瓷材料。它是将40％的Fe2O3、60％的CaO、Si02及3％的B203及3％P205质量比组成的原料粉末，在1553℃熔融，再快速冷却，即可获得含有大量的Fe3+与Fe2+离子的玻璃陶瓷材料。再把活性炭覆盖其上，再在1050℃加

热处理后，直径约为200n／n(纳米)的磁铁矿颗粒均匀分散在由β硅灰石及CaO-Si02- B203-P205系玻璃相组成的组织中、形成晶体玻璃陶瓷材料。这种晶体玻璃陶瓷材料在显示活性的同时，亦呈现出饱和磁性32emu/g、保持力为1200e的摆渡磁性。将此种晶体玻璃直径为2-3mm的颗粒植入家兔胫骨骨髓内，再以100KHz放置在3000e交流磁场内时，兔皮质骨的外表面在5分钟内即被加热至43％。只要保持磁场，其温度将一直维持在43℃。将这种材料移植人家兔骨髓内后，在经过两周时间长成的兔胫骨骨癌肿瘤中插入直径为3mm、直径为50mm的晶体玻璃针，放置在交流磁场中，经过50分钟后，家兔骨髓内的癌肿瘤细胞已被全部杀死。从20世纪80年代后期开始研究的治癌陶瓷材料所发挥的作用，及对它的期待，今后将更倍受注目。

　　总之，生物陶瓷材料不仅可以挽救人的生命，而且在完善提高生活质量与丰富人类生活方面都有重要作用。与生体有关的陶瓷材料的研究不仅包括生体材料，也应包括生命感知、生物反应、生物工程等利用的材料，以及模拟生物体内反应的仿生材料法等形成的新型高性能陶瓷材料的合成。还有无机与有机复合体在常温常压下的合成等方面，都存在着广泛应用的可能。人类对21世纪生物陶瓷材料的期望是巨大的。