中國粉體網(wǎng)訊 氮化硅（Si3N4）是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料,，因具有高硬度,、高韌性、耐高溫,、耐腐蝕,、電性能好等優(yōu)異特性而被廣泛應(yīng)用于機械、冶金,、化學(xué),、航空、半導(dǎo)體等領(lǐng)域,。
隨著生物醫(yī)學(xué)材料研究的不斷深入,，人們發(fā)現(xiàn)氮化硅陶瓷不僅具有良好的生物相容性與骨傳導(dǎo)性，還能與細胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性,，而且還具有較好的成像性能,，是一種理想的人體植入材料。
氮化硅人體植入材料（圖片來源：Sintx）
氮化硅作為人體植入材料的優(yōu)勢
生物相容性
為保證臨床應(yīng)用的安全性,，人體植入材料必須具有良好的生物相容性,。良好的生物相容性具體表現(xiàn)在材料與生物體組織之間的相互作用不引起明顯的臨床反應(yīng)，在宿主體內(nèi)不產(chǎn)生生物排斥和破壞,。細胞毒性實驗是最常用的檢測生物相容性的體外實驗之一,。研究人員對致密氮化硅的細胞毒性和作為生物材料的適用性進行了研究，采用Al2O3-Y2O3-Yb2O3和Al2O3-Y2O3兩種不同燒結(jié)助劑體系的致密氮化硅樣品（SN1,、SN4）進行體外細胞毒性實驗,。結(jié)果表明，兩種氮化硅體系樣品及其制備過程對細胞毒性均呈現(xiàn)陰性,，游離Si4+含量（0.02ppm~0.05ppm）和其他離子（Al3+,、Y3+、Yb3+）含量（<0.006ppm）均屬于微量,，不足以產(chǎn)生毒性,，從而證明氮化硅陶瓷是一種非常有潛力的生物材料。
體外細胞毒性實驗對照曲線（圖片來源：王再義等，《氮化硅人體植入材料研究進展》）
射線成像性
氮化硅陶瓷能很好地阻擋射線透過,，作為生物植入材料在X射線成像時更加清晰,。另外氮化硅陶瓷是無磁性的，在計算機斷層掃描（CT）和核磁共振（MRI）成像時能清晰地顯示種植體周圍組織的整合,，不會產(chǎn)生通常在鈦合金植入體周圍觀察到的放射狀偽影,。
抗菌性
植入材料必須能夠抑制細菌的產(chǎn)生和附著，減少植入體附近組織炎癥的發(fā)生,。研究人員通過體外實驗分別研究了3種常見細菌（金黃色葡萄球菌,、表皮葡萄球菌和銅綠假單胞菌）在氮化硅、鈦合金,、聚醚醚酮上的生長情況,。研究表明，經(jīng)過72h培養(yǎng)后,，表皮葡萄球菌,、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌在氮化硅上的生物膜產(chǎn)量分別是聚醚醚酮的1/4、1/5,、1/10和鈦合金的1/2,、2/3、1/4,，說明氮化硅可以在不依賴抗生素的前提下降低生物膜的形成和細菌數(shù)量,。
骨傳導(dǎo)性
國外在骨傳導(dǎo)性方面開展了大量的動物植入實驗。Guedes等將氮化硅植入兔的脛骨部兩月后,，通過組織學(xué)和掃描電鏡觀察,，植入物周圍組織相容性良好，沒有副反應(yīng),，新生骨組織生長良好,，并且氮化硅表面有骨橋形成，說明其具有良好的骨傳導(dǎo)性能,。
氮化硅作為人體植入材料的應(yīng)用
牙科
氮化硅牙科種植體
目前常用的牙科種植材料是PEEK,、鈦合金等。PEEK力學(xué)強度,、生物相容性,、粘接性能等較差；鈦合金制作工藝復(fù)雜,、價格偏高,、表面活性較低、不耐磨損,，易引起患者過敏反應(yīng)和牙齦萎縮等問題,。氮化硅陶瓷以其優(yōu)異的綜合性能可以很大程度地避免以上問題,，是一種極具前景的新型牙科種植材料,，目前,，牙科植入物用的骨釘、外科鋼板,、螺釘軸等已開發(fā)和測試,。
牙科種植效果圖（圖片來源：姜磊等，《氮化硅陶瓷牙科修復(fù)材料研究進展》）
氮化硅樁核冠
金屬鑄樁核冠會因為微滲漏的存在,，發(fā)生不同程度的氧化,，長時間使用后金屬離子析出，對牙齦牙體產(chǎn)生顏色滲入,。而全瓷樁核冠不存在氧化的問題,，不會對牙齦及牙體的基本色澤產(chǎn)生影響。
氮化硅作為人體植入材料的應(yīng)用
骨科
氮化硅骨科植入材料（圖片來源：Sintx）
髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)
人工髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換負重面需要具有低磨損率和良好摩擦系數(shù)的生物材料,，這些材料在人體內(nèi)可以保持幾十年的穩(wěn)定使用壽命,。致密氮化硅陶瓷材料的力學(xué)性能優(yōu)于目前用于全髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換的氧化鋁基陶瓷和復(fù)合材料。當(dāng)與自身或CoCr合金接觸時,，氮化硅的磨損率比氧化鋁對氧化鋁關(guān)節(jié)面的磨損率低,，是骨科手術(shù)中使用的任何關(guān)節(jié)面材料中最低的。因此,，氮化硅是一種很好的人工髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)假體材料,，特別是當(dāng)這種材料在水中與自身發(fā)生摩擦?xí)r，具有非常好的摩擦學(xué)性能,。
顱頜面
顱頜面外科（CMF）涉及頭部和面部的先天性和后天性條件的矯正,。在美國，大量患者需要針對這些類型的疾病進行手術(shù),。以往都是利用預(yù)成型金屬,、聚合物或生物活性陶瓷植入物用于需要骨修復(fù)或置換的情況。然而,，這些材料的平均故障率為5.5%,，由此導(dǎo)致的感染，材料腐蝕,、退化和斷裂,，經(jīng)常需要手術(shù)修復(fù)、清創(chuàng),、長期抗生素使用和植入物更換,，因此需要更好的材料來克服這些問題。目前,，氮化硅植入材料在顱頜面外科的應(yīng)用是比較有潛力的,。與現(xiàn)有材料相比，它已被證明可以加速骨愈合，降低感染發(fā)生率,，消除金屬毒性,，增強影像學(xué)檢查，減輕患者疼痛和殘疾,，并減少失敗的植入物相關(guān)的整體醫(yī)療保健負擔(dān),。
頸椎、脊柱
由氮化硅復(fù)合材料制作的頸椎間隔器和脊柱融合器已投入使用,，并取得了成功的臨床結(jié)果,。尤其在脊柱方面，多孔氮化硅制備的脊柱椎間體融合手術(shù)的植入材料,，在澳大利亞的臨床應(yīng)用已經(jīng)超過15年,；致密氮化硅在美國的脊柱應(yīng)用中植入超過3年。
氮化硅頸椎植入物（圖片來源：Sintx）
結(jié)語
氮化硅基陶瓷在人體植入材料方面具有非常好的應(yīng)用前景,。然而,，氮化硅陶瓷同樣存在脆性大、可加工性欠佳等問題,。因此,，通過引入第二相在保持良好的生物性的同時改良其韌性和可加工性是之后的發(fā)展方向。
參考資料：
Sintx官網(wǎng)
1,、王再義等,，《氮化硅人體植入材料研究進展》
2、姜磊等,，《氮化硅陶瓷牙科修復(fù)材料研究進展》
3,、戴勇，《多孔聚醚醚酮/氮化硅涂層生物材料骨修復(fù)性能的研究》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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