Медицинская и биоинженерия

Применение глинозема (Al₂O₃), циркония (ZrO₂), карбида кремния (SiC) и нитрида кремния (Si₃N₄) в медицине и биоинженерии полностью демонстрирует исключительные характеристики передовой керамики в качестве биоматериалов.

Эти материалы являются предпочтительными в области медицины из-за их общих уникальных преимуществ:

1. Отличная биосовместимость: это имеет первостепенное значение. Они не вызывают значительного иммунного отторжения, токсичности или воспалительных реакций при контакте с тканями, кровью и жидкостями организма человека и могут безопасно существовать в организме человека в течение длительных периодов времени.

2. Отличные механические свойства:

• Высокая твердость и износостойкость: они значительно уменьшают образование износа имплантатов, что является ключом к успеху совместных имплантатов.
• Высокая прочность на сжатие: эти материалы могут выдерживать огромные нагрузки, создаваемые деятельностью человека.

3. Чрезвычайно высокая химическая инертность: они устойчивы к кислотам, щелочам и коррозии и чрезвычайно стабильны в сложной физиологической среде организма. Они не разрушают и не выделяют вредные ионы, что приводит к чрезвычайно длинному сроку службы.

4. Гидрофильность и лубриситы: Поверхность некоторой керамики (как глинозем) может сформировать жидкостную пленку с жидкостью, с весьма-низким коэффициентом трения, который очень соответствующий для совместных интерфейсов.

Хотя все четыре материала являются керамическими, глубина их применения и направленность в области медицины различаются.
1. Глинозем (Al₂O₃)

• Глинозем самое раннее, самое классическое, и наиболее широко используемое биосерамик, особенно как материал для шаровых головок тазобедренных протезов.
• Преимущества: Чрезвычайно высокая твердость, отличная износостойкость, хорошая биосовместимость и долгая история клинического успеха.
• Конкретные области применения: искусственные тазобедренные и коленные суставы, зубные имплантаты, костные винты и промежуточные компоненты.

2. Цирконий (ZrO₂)

• ZrO₂, через фазовое преобразование ужесточать, имеет твердость трещиноватости далеко главную к этому из глинозема, бросая вызов восприятию керамики как «хрупкий». Преимущества: Чрезвычайно высокая трещиностойкость и прочность на изгиб (ближе всего к металлу), износостойкость, отличная эстетика (цвет и прозрачность аналогичны натуральным зубам) и биосовместимость.
• Специфические применения:СтоматологическаяРеставрации, искусственные тазобедренные суставы и подшипники головки бедренной кости.

3. Нитрид кремния (Si₃N₄)

• Нитрид кремния-это новая биокерамика с большим потенциалом, обладающей несколькими свойствами, которые считаются превосходящими традиционные материалы.
• Преимущества: Косточкоподобные свойства трения (облегчая остеоинтеграцию), остеогенные свойства (повышая рост косточки), превосходная сопротивляемость инфекции (поверхностная структура блокирует бактериальную адгезию), видимость (отсутствие артефактов в рентгеновских лучах и КТ, облегчая послеоперационное наблюдение), высокая прочность и твердость.
• Специфические применения: Спинальные клетки сплавливания (это самое революционное применение нитрида кремния), заменители костного трансплантата, и небольшие совместные замены.

4. Карбид кремния (SiC)

• Медицинские применения карбида кремния, как правило, больше ориентированы на инкапсуляцию, а не на прямую несущую нагрузку, используя его беспрецедентную химическую инертность и биосовместимость.
• Преимущества: Чрезвычайная химическая инертность и стабильность (практически отсутствие деградации в организме), отличная биосовместимость, высокая твердость и полупроводниковые свойства.
• Конкретные области применения: инкапсуляционные покрытия для долгосрочных имплантируемых медицинских устройств, ортопедических покрытий и микроэлектромеханических систем (MEMS).