齒科用生物玻璃陶瓷

祝賀成

摘 要：玻璃陶瓷又稱微晶玻璃，是一種經高溫熔煉、成型、熱處理而成的復合材料。具有機械強度高、熱膨脹性能可調、抗熱震、耐化學腐蝕、低介電損耗等優越性能，廣泛應用于機械制造、光學、電子與微電子、航空航天、化學、工業、生物醫藥與建筑等領域。玻璃陶瓷是一種由玻璃在催化劑或成核劑作用下結晶的新型多晶硅酸鹽材料。它是一種致密、無孔、均勻的結晶相和殘余玻璃相的混合物。晶體的尺寸一般在納米到微米之間，晶體的數量可以達到50% ～90%。具有機械強度高、電導率低、介電常數高、可加工性好、耐化學腐蝕、熱穩定性好等特點。這些性質取決于晶體的種類和數量，殘余玻璃相的組成和性質，并與結晶條件密切相關。按成核或結晶處理，可分為光敏玻璃和熱敏玻璃?？捎糜谥谱骶€路板、電荷存儲管、光電倍增管屏、導彈彈頭、天線罩、軸承、泵、反應堆吸中子材料、絕緣柱等。

關鍵詞：溶膠-凝膠法;玻璃陶瓷;新型復合材料

隨著科學技術的進步和醫療水平的提高，人類開始嘗試利用外部材料替代和修復人體受損組織，這促進了生物材料科學的發展。經過200多年的發展，生物材料已經發展成為一門新的學科。它的發展與醫學、物理、生物化學和分析技術等許多科學領域的發展密切相關。它不僅關系到保護人類健康，也成為各國新的經濟增長點。目前，美國、西歐、澳大利亞、日本等國家已建立了十多個高水平跨學科國家生物材料與工程中心，被許多國家列入高新技術重點新材料發展計劃。

生物材料，又稱生物醫學材料，是指用于醫療目的的、與組織接觸以完成其功能的無生命材料。生物醫用材料通過構建活性基質材料來修復或替換受損或有缺陷的組織，從而制造出具有生物相容性的裝置或器官。生物材料有兩種：自體材料和異體材料。自體移植材料是公認的理想的種植材料，但患者必須承受兩次手術的痛苦，數量有限。而異體移植材料具有自體骨優越的組織特性，但存在免疫排斥和感染免疫缺陷病毒的可能，且樣品制備、加工和儲存的成本很高。因此，它的應用是有限的。因此，人類有必要開發新的生物醫學材料來替代人體組織。生物材料作為人體組織的替代物和修復材料，由于人類環境的特殊性，對其有特殊的要求[1]。主要包括四個方面：

1.良好的生物相容性

生物相容性是指生物材料與人體組織之間能夠最終被人體組織所接受的一系列相互作用。同時，材料應對人體正常生理功能無不良影響，無毒，無排斥反應等。這是任何人工生物材料的先決條件。

2.良好的生物力學相容性

生物力學相容性是指植入材料與生物組織的彈性變形特性匹配。從現象來看，即在載荷作用下，材料及其接觸組織的變形是否相互協調。這一特性的重要性在于，體內植入物的應力必須通過植入物與組織之間的界面傳遞。如果在應力作用下，種植體的彈性變形不匹配，種植體就會松動，導致種植體失效。因此，種植體材料和組織的彈性模量、熱膨脹、強度等力學性能應盡可能一致。

3.良好的機械性能

如耐磨性、抗疲勞性、耐腐蝕性等。而且幾乎不會產生磨損碎片。人體關節在一年內反復承受1.5×106 ～ 3.5×106個循環的載荷，而且是人體體重的幾倍的載荷量。因為生物體的新陳代謝，天然生物器官可以很好地解決這一問題。而人工關節必須有足夠的疲勞強度才能滿足這一要求。同時，如果材料在這樣的載荷下產生大量的磨損碎片，很容易造成排斥反應等諸多負面影響。

4.良好的生物結合性能

由于機體的排斥反應，移植物易于移動和下沉，因此生物材料必須與周圍組織很好地結合。如果它能與人體組織本身一起生長，那是最理想的情況。

生物活性陶瓷的生物相容性介于惰性陶瓷和可降解陶瓷之間。生物玻璃作為無機材料的一個分支，具有良好的生物相容性和無毒副作用。此外，由于其化學成分與人體骨骼的成分非常相似，植入人體組織后，很容易與周圍組織形成緊密牢固的化學鍵，或通過生物降解形成新的人體組織。生物活性陶瓷的研究和臨床應用已成為材料科學、醫學和生物化學的研究熱點，并受到越來越多的關注。特別是一些高強度可加工玻璃陶瓷和功能性治療玻璃陶瓷的研發，為人類醫療開辟了一條新的途徑[2]。

生物玻璃陶瓷因其良好的生物相容性和力學性能而受到人們的青睞。此外，它的顏色與人骨相似，不容易染色。特別適用于牙洞、牙冠和牙體表面缺損的修復。特別是隨著CAD / CAM技術的發展，生物玻璃陶瓷已經成為金屬牙科材料的替代品。本文主要論述生物玻璃陶瓷的研究與開發。生物活性陶瓷首先由Hench L.L.等人提出。它是指植入后材料與周圍組織發生的生化反應，使植入物與組織發生生物結合。這主要包括生物玻璃和生物玻璃陶瓷復合材料[3]。

牙科充填材料可用于各種缺損、齲病的充填和可移動固定修復。隨著我國人口的增長，牙科患者的數量也在不斷增加，對牙科充填材料的需求也在不斷增加。銀汞合金是一種早期的補牙材料，用于治療具有咀嚼功能的后牙大面積缺損。但是，由于汞合金的毒性、環境污染、美觀性差、與牙齒顏色不一致、牙齒預備時的侵襲性大、對牙齒堅硬組織的粘附性低，許多患者不愿意接受汞合金填充物，更多地選擇復合樹脂材料。牙科光固化復合樹脂材料主要由無機填料和有機樹脂組成，填充損傷部位后可在可見光下進行固化。牙科光固化復合樹脂具有操作方便、透明度高、附著力強、外形美觀、色澤好等優點。特別適用于小面積原發性齲齒的修復[1]，[4]。

填料的含量對于牙科修復用樹脂體系的性能影響尤其明顯，當填料含量較小時，樹脂基體以連續相連接，這是無機填料與剛性顆粒的強化作用。為了獲得更好的力學性能，需要在復合樹脂中加入更多的填料。當含量高時，會破壞樹脂基體的連續性，同時會出現團聚現象，使樹脂分散不均勻，流動性小。實驗操作和臨床應用將變得極為困難，投射性將降低。復合樹脂很難實現完全固化。在復合樹脂與膠粘劑體系中，無機填料的含量一般在60% ～ 70%左右，有的產品高達90%。根據不同的臨床要求，無機填料的含量也有所不同[5]。

無機填料應進行表面處理。實驗室中最常用的表面處理是硅基化，硅基化可以在填料表面和樹脂基體之間形成一種薄膜，使兩者結合更牢固，從而提高耐磨性。除了提高材料的強度外，還要保證材料具有良好的透光率和小的光吸收。

參考文獻

[1]陳治清.口腔生物材料學 [M].北京：化學工業出版社，2004：115-120

[2]汪大林，劉玲.陶瓷修復體缺損的修補 [J].國外醫學生物醫學工程分冊，2000，3（6）：363-382

[3]孫風，張桂榮，張峰等.CAD/CAM氧化鋯全瓷在口腔修復領域的應用 [J].上?？谇会t學，2006，15（4）：337-344

[4]西北輕工業學院.玻璃工藝學 [M].北京：中國輕工業出版社，2000：261-294

[5]李延報，沈鴿，程逵.生物醫用鈣磷酸鹽微晶玻璃 [J].材料科學與工程，2001，19（1）：124-130