傳統與工程陶瓷

生醫陶瓷(bioceramic)

生醫陶瓷是為了在人體內或體表運作而設計的陶瓷——是髖關節球頭、牙冠、骨移植填料,或幫助植入物與骨結合之塗層的材料。人體是一個充滿鹽分、溫暖、活生生且充滿敵意的環境,會腐蝕金屬、降解塑膠,但許多陶瓷極為惰性又耐磨,這正是你在必須滑動數百萬次的關節、或必須咀嚼數十年的牙齒中想要的。生醫陶瓷是為生物相容性(biocompatibility)調校的陶瓷分支:完成其機械工作,卻不毒害、不發炎、也不被周圍組織排斥。

生醫陶瓷依與組織互動方式誠實地分成三類。生物惰性(bioinert)陶瓷——高純度氧化鋁與氧化鋯——化學極穩定,身體既不攻擊它們、也不與它們結合;只是隔著一層薄纖維囊容忍它們,這對髖關節球窩那種堅硬、光滑、耐磨的關節面正理想。生物活性(bioactive)陶瓷——氫氧基磷灰石與生物活性玻璃——刻意在表面反應,使活骨直接與它們化學結合,用於塗覆植入物、填補與支架骨頭。可再吸收(bioresorbable)陶瓷——某些磷酸三鈣與硫酸鈣材料——設計成在數月間溶解消失,讓身體以自己的新骨取代它們,充當任務完成後就消失的暫時支架。

在它們之間的選擇是一項對應於任務的設計決定。承載、對磨損關鍵的表面要用生物惰性、韌、硬的陶瓷(氧化鋯或氧化鋁);骨結合塗層要用生物活性的(氫氧基磷灰石);你希望身體長回去的缺損則要用可再吸收的支架。誠實的限制是熟悉的陶瓷限制,加上身體的特殊要求。生醫陶瓷脆且對缺陷敏感,因此陶瓷髖球在光滑滑動時極佳,卻絕不能以會讓裂縫奔跑的方式受載;而長期可靠性極其重要,因為人體內的失效不是「送回工坊」的事——這正是為什麼氧化鋯的低溫老化(在某些植入物中以慘痛方式被發現)被如此認真對待。

現代陶瓷人工髖關節以氧化鋯強化氧化鋁球頭對氧化鋁髖臼:兩者皆生物惰性,身體因此容忍它們;兩者皆硬且光滑,因此能相互滑動數十年而幾乎無磨屑——這是金屬對塑膠關節做得較不乾淨的工作。

生醫陶瓷分為生物惰性(氧化鋁、氧化鋯)、生物活性(氫氧基磷灰石、生物活性玻璃)與可再吸收——各對應於你想要容忍、結合、還是溶解。

生物相容不等於無敵。生醫陶瓷仍是植在人體內的脆性陶瓷,那裡的失效修復代價高昂,因此可靠性與缺陷控制比幾乎任何其他應用都更重要——這正是氧化鋯低溫老化成為警世故事的原因。

又称
biomedical ceramic生物陶瓷醫用陶瓷