综述：生物陶瓷在生物医学应用中的进展

这篇综述系统阐述了生物陶瓷（Bioceramics）在骨科、牙科、药物递送（Drug Delivery）及组织工程（Tissue Engineering）等领域的突破性进展，重点探讨了纳米结构陶瓷（Nanostructured Ceramics）、3D打印复合支架（3D-printed Composite Scaffolds）及多功能诊疗平台（Theranostic Platforms）的创新应用，为精准医疗提供新材料范式。

　　

生物陶瓷的革新之路：从结构替代到功能调控

1. 引言

生物陶瓷凭借其与人体骨骼相似的化学组成（如羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）和卓越的生物相容性，已成为骨科和牙科的核心材料。早期惰性氧化铝（Al₂O₃）和氧化锆（ZrO₂）用于关节置换，而现代生物活性陶瓷如磷酸三钙（β-TCP）和45S5生物玻璃（Bioactive Glass）已拓展至再生医学和智能植入体领域。

2. 生物陶瓷类型与特性

• 钙磷陶瓷：羟基磷灰石（HA）直接促进骨整合，但脆性高；磷酸三钙（TCP）可降解并释放Ca²⁺/PO₄^3?离子，支持新骨形成。

• 氧化锆与氧化铝：氧化锆通过应力诱导增韧（Y-TZP）提升抗折性，适用于牙冠；氧化铝耐磨但易脆裂。

• 生物活性玻璃：通过形成羟基碳酸磷灰石层（HCA）促进软组织再生，其硅钙比可调控降解速率。

• 复合陶瓷：如聚合物-陶瓷杂化材料，结合机械强度与生物活性，3D打印定制支架孔隙率达50%以上。

3. 合成技术突破

纳米化使陶瓷表面积倍增，加速细胞粘附；3D打印实现仿生骨小梁结构，如双相磷酸钙（BCP）支架压缩强度达8.14 MPa。激光烧结硅掺杂氮化硅（Si₃N₄）展现抗菌和骨诱导双重功能。

4. 骨科应用

多孔HA涂层钛合金植入体促进骨长入，而掺镁（Mg²⁺）的β-TCP支架在动物模型中实现骨缺损完全修复。硅酸钙水泥（CSC）用于椎体成形术，兼具骨传导与抗炎特性。

5. 牙科革命

氧化锆种植体美学性能优异，但表面改性（如酸蚀纳米纹理）可提升骨结合率。MTA（矿物三氧化物聚合体）作为根管封闭剂，碱性pH抑制微生物且促进牙本质再生。

6. 药物与基因递送

介孔生物玻璃负载阿霉素（DOX）实现pH响应释放，Gd掺杂HA纳米棒（NHA:Gd）同时作为MRI造影剂和抗癌药载体。

7. 感染防控

银（Ag⁺）掺杂陶瓷显著降低金黄色葡萄球菌（S. aureus）感染率，铜（Cu²⁺）改性材料对SARS-CoV-2具灭活潜力。

8. 未来挑战

尽管4D打印刺激响应材料崭露头角，但长期体内稳定性、大规模生产标准化仍是瓶颈。抗氧化陶瓷调控免疫微环境或成炎症性疾病治疗新方向。

结语

生物陶瓷正从被动填充物进化为主动调控生命的智能材料，其与基因编辑、类器官技术的交叉将重塑再生医学格局。