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齿科用生物玻璃陶瓷

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  摘 要:玻璃陶瓷又称微晶玻璃,是一种经高温熔炼、成型、热处理而成的复合材料。具有机械强度高、热膨胀性能可调、抗热震、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能,广泛应用于机械制造、光学、电子与微电子、航空航天、化学、工业、生物医药与建筑等领域。玻璃陶瓷是一种由玻璃在催化剂或成核剂作用下结晶的新型多晶硅酸盐材料。它是一种致密、无孔、均匀的结晶相和残余玻璃相的混合物。晶体的尺寸一般在纳米到微米之间,晶体的数量可以达到50% ~90%。具有机械强度高、电导率低、介电常数高、可加工性好、耐化学腐蚀、热稳定性好等特点。这些性质取决于晶体的种类和数量,残余玻璃相的组成和性质,并与结晶条件密切相关。按成核或结晶处理,可分为光敏玻璃和热敏玻璃。可用于制作线路板、电荷存储管、光电倍增管屏、导弹弹头、天线罩、轴承、泵、反应堆吸中子材料、绝缘柱等。
  关键词:溶胶-凝胶法;玻璃陶瓷;新型复合材料
  随着科学技术的进步和医疗水平的提高,人类开始尝试利用外部材料替代和修复人体受损组织,这促进了生物材料科学的发展。经过200多年的发展,生物材料已经发展成为一门新的学科。它的发展与医学、物理、生物化学和分析技术等许多科学领域的发展密切相关。它不仅关系到保护人类健康,也成为各国新的经济增长点。目前,美国、西欧、澳大利亚、日本等国家已建立了十多个高水平跨学科国家生物材料与工程中心,被许多国家列入高新技术重点新材料发展计划。
  生物材料,又称生物医学材料,是指用于医疗目的的、与组织接触以完成其功能的无生命材料。生物医用材料通过构建活性基质材料来修复或替换受损或有缺陷的组织,从而制造出具有生物相容性的装置或器官。生物材料有两种:自体材料和异体材料。自体移植材料是公认的理想的种植材料,但患者必须承受两次手术的痛苦,数量有限。而异体移植材料具有自体骨优越的组织特性,但存在免疫排斥和感染免疫缺陷病毒的可能,且样品制备、加工和储存的成本很高。因此,它的应用是有限的。因此,人类有必要开发新的生物医学材料来替代人体组织。生物材料作为人体组织的替代物和修复材料,由于人类环境的特殊性,对其有特殊的要求[1]。主要包括四个方面:
  1.良好的生物相容性
  生物相容性是指生物材料与人体组织之间能够最终被人体组织所接受的一系列相互作用。同时,材料应对人体正常生理功能无不良影响,无毒,无排斥反应等。这是任何人工生物材料的先决条件。
  2.良好的生物力学相容性
  生物力学相容性是指植入材料与生物组织的弹性变形特性匹配。从现象来看,即在载荷作用下,材料及其接触组织的变形是否相互协调。这一特性的重要性在于,体内植入物的应力必须通过植入物与组织之间的界面传递。如果在应力作用下,种植体的弹性变形不匹配,种植体就会松动,导致种植体失效。因此,种植体材料和组织的弹性模量、热膨胀、强度等力学性能应尽可能一致。
  3.良好的机械性能
  如耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性等。而且几乎不会产生磨损碎片。人体关节在一年内反复承受1.5×106 ~ 3.5×106个循环的载荷,而且是人体体重的几倍的载荷量。因为生物体的新陈代谢,天然生物器官可以很好地解决这一问题。而人工关节必须有足够的疲劳强度才能满足这一要求。同时,如果材料在这样的载荷下产生大量的磨损碎片,很容易造成排斥反应等诸多负面影响。
  4.良好的生物结合性能
  由于机体的排斥反应,移植物易于移动和下沉,因此生物材料必须与周围组织很好地结合。如果它能与人体组织本身一起生长,那是最理想的情况。
  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间。生物玻璃作为无机材料的一个分支,具有良好的生物相容性和无毒副作用。此外,由于其化学成分与人体骨骼的成分非常相似,植入人体组织后,很容易与周围组织形成紧密牢固的化学键,或通过生物降解形成新的人体组织。生物活性陶瓷的研究和临床应用已成为材料科学、医学和生物化学的研究热点,并受到越来越多的关注。特别是一些高强度可加工玻璃陶瓷和功能性治疗玻璃陶瓷的研发,为人类医疗开辟了一条新的途径[2]。
  生物玻璃陶瓷因其良好的生物相容性和力学性能而受到人们的青睐。此外,它的颜色与人骨相似,不容易染色。特别适用于牙洞、牙冠和牙体表面缺损的修复。特别是随着CAD / CAM技术的发展,生物玻璃陶瓷已经成为金属牙科材料的替代品。本文主要论述生物玻璃陶瓷的研究与开发。生物活性陶瓷首先由Hench L.L.等人提出。它是指植入后材料与周围组织发生的生化反应,使植入物与组织发生生物结合。这主要包括生物玻璃和生物玻璃陶瓷复合材料[3]。
  牙科充填材料可用于各种缺损、龋病的充填和可移动固定修复。随着我国人口的增长,牙科患者的数量也在不断增加,对牙科充填材料的需求也在不断增加。银汞合金是一种早期的补牙材料,用于治疗具有咀嚼功能的后牙大面积缺损。但是,由于汞合金的毒性、环境污染、美观性差、与牙齿颜色不一致、牙齿预备时的侵袭性大、对牙齿坚硬组织的粘附性低,许多患者不愿意接受汞合金填充物,更多地选择复合树脂材料。牙科光固化复合树脂材料主要由无机填料和有机树脂组成,填充损伤部位后可在可见光下进行固化。牙科光固化复合树脂具有操作方便、透明度高、附着力强、外形美观、色泽好等优点。特别适用于小面积原发性龋齿的修复[1],[4]。
  填料的含量对于牙科修复用树脂体系的性能影响尤其明显,当填料含量较小时,树脂基体以连续相连接,这是无机填料与刚性颗粒的强化作用。为了获得更好的力学性能,需要在复合树脂中加入更多的填料。当含量高时,会破坏树脂基体的连续性,同时会出现团聚现象,使树脂分散不均匀,流动性小。实验操作和临床应用将变得极为困难,投射性将降低。复合树脂很难实现完全固化。在复合树脂与胶粘剂体系中,无机填料的含量一般在60% ~ 70%左右,有的产品高达90%。根据不同的临床要求,无机填料的含量也有所不同[5]。
  无机填料应进行表面处理。实验室中最常用的表面处理是硅基化,硅基化可以在填料表面和树脂基体之间形成一种薄膜,使两者结合更牢固,,从而提高耐磨性。除了提高材料的强度外,还要保证材料具有良好的透光率和小的光吸收。
  参考文献
  [1]陳治清.口腔生物材料学 [M].北京:化学工业出版社,2004:115-120
  [2]汪大林,刘玲.陶瓷修复体缺损的修补 [J].国外医学生物医学工程分册,2000,3(6):363-382
  [3]孙风,张桂荣,张峰等.CAD/CAM氧化锆全瓷在口腔修复领域的应用 [J].上海口腔医学,2006,15(4):337-344
  [4]西北轻工业学院.玻璃工艺学 [M].北京:中国轻工业出版社,2000:261-294
  [5]李延报,沈鸽,程逵.生物医用钙磷酸盐微晶玻璃 [J].材料科学与工程,2001,19(1):124-130

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