本书为“生物材料科学与工程丛书”之一。本书系统阐述生物医用陶瓷的组成成分、结构性能、先进制备技术、生物与物理效应以及临床应用等方面的基础知识和最新研究进展，共12章。第1、2章介绍生物医用陶瓷的总体情况；第3、4章介绍生物医用陶瓷与蛋白质、细胞和活体组织的相互作用；第5章介绍典型的生物医用陶瓷的制备方法；第 6 章介绍生物医用陶瓷的表面结构特征及其构建方法；第7章介绍生物医用复合与掺杂陶瓷；第8章介绍生物医用陶瓷骨水泥；第9章介绍纳米陶瓷材料及其特殊的生物物理效应；第10章介绍生物医用陶瓷材料上固载药物、生长因子等实现调控组织再生的相关内容；第11章介绍材料基因组方法与生物医用陶瓷高通量制备；第12章介绍生物医用陶瓷的临床应用。
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总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 生物医用陶瓷概述及发展史 1
1.1.1 生物医用陶瓷的概念 1
1.1.2 生物医用陶瓷发展史 2
1.1.3 国际生物医用陶瓷会议演变 4
1.2 生物医用陶瓷的研究范围 5
1.2.1 主要研究内容 5
1.2.2 制备技术的发展 6
1.3 生物医用陶瓷的研究现状及应用 8
1.3.1 研究现状 8
1.3.2 应用领域 11
参考文献 12
第2章 生物医用陶瓷材料学基础 15
2.1 生物医用陶瓷的分类及定义 15
2.1.1 分类原则 15
2.1.2 各类生物医用陶瓷的定义 16
2.2 生物医用陶瓷的晶体结构 21
2.2.1 氧化铝晶体结构 21
2.2.2 氧化锆晶体结构 21
2.2.3 磷酸钙系列晶体结构 22
2.2.4 硫酸钙晶体结构 23
2.2.5 压电陶瓷晶体结构 24
2.2.6 其他生物医用陶瓷的晶体结构 25
2.3 生物医用陶瓷的多级结构 27
2.3.1 三维宏观多孔结构的类型 28
2.3.2 表面微纳结构 29
2.4 生物医用陶瓷的掺杂效应 30
2.4.1 掺杂元素 30
2.4.2 掺杂对晶体结构及生物学效应的影响 31
2.4.3 掺杂对多级结构的影响 36
2.5 生物医用陶瓷的机械性能 38
2.5.1 机械性能的表征方法 39
2.5.2 机械性能的影响因素 42
2.5.3 各类生物医用陶瓷的机械性能数据 44
参考文献 46
第3章 生物医用陶瓷的表界面生物效应 52
3.1 生物医用陶瓷表面的基本理化特性 52
3.1.1 陶瓷表面的基本物理特性 52
3.1.2 陶瓷表面的基本化学特性 56
3.1.3 陶瓷表面图案化 57
3.1.4 理化特性和形貌结构表征 58
3.2 与蛋白质的相互作用 59
3.2.1 蛋白质在生物医用陶瓷表面的吸附与脱附过程 60
3.2.2 影响蛋白质与表面作用的理化因素 61
3.2.3 影响蛋白质与表面作用的形态结构因素 63
3.3 细胞对生物医用陶瓷的响应 67
3.3.1 表面对细胞增殖的影响 67
3.3.2 表面对干细胞分化的影响 69
3.3.3 表面对细胞黏附的影响 71
3.3.4 表面对细胞迁移的影响 74
3.4 生物医用陶瓷与生物组织的相互作用 77
3.4.1 生物医用陶瓷在组织中的反应 77
3.4.2 组织与生物医用陶瓷表面结合的类型 80
3.4.3 影响组织与生物医用陶瓷表面结合的因素 82
3.4.4 存在界面间隙时的界面结合 84
3.4.5 组织与表面结合的表征 84
参考文献 85
第4章 生物医用陶瓷的组织诱导效应 102
4.1 材料组织诱导现象及历史 102
4.1.1 材料组织诱导现象及定义 102
4.1.2 生物医用陶瓷组织诱导现象的发现及演化 103
4.2 组织诱导的材料学因素 104
4.2.1 组织诱导中陶瓷组分的作用 104
4.2.2 陶瓷孔隙结构在组织诱导中的作用 105
4.2.3 表面微纳结构在组织诱导中的作用 109
4.3 生物医用陶瓷诱导组织再生的材料学机制 112
4.3.1 磷酸钙富集内源性生长因子诱导成骨 112
4.3.2 钙、磷离子释放对诱导成骨的作用 113
4.3.3 生物矿化类骨磷灰石层的作用 113
4.3.4 材料-细胞界面力传导 114
4.4 生物医用陶瓷诱导组织再生的生物学过程 115
4.4.1 材料诱导组织再生过程中激发的生物因子 117
4.4.2 材料诱导组织再生中的细胞响应 118
4.4.3 材料骨诱导过程的信号通路 119
参考文献 122
第5章 生物医用陶瓷的制备 133
5.1 陶瓷粉体合成 133
5.1.1 湿化学合成法 133
5.1.2 水热法 138
5.1.3 固相反应法 141
5.2 陶瓷的烧结工艺 144
5.2.1 制粉、成型工艺 144
5.2.2 烧结工艺 151
5.3 多孔陶瓷的制备 155
5.3.1 气体制孔工艺 155
5.3.2 颗粒去除制孔工艺 159
5.3.3 泡沫模板工艺 161
5.3.4 冷冻铸造工艺 163
5.4 自组装及仿生制备 168
5.4.1 自组装原理 168
5.4.2 成分仿生 169
5.4.3 生物过程仿生制备 170
5.5 3D打印工艺 176
5.5.1 3D打印原理 176
5.5.2 3D打印制备生物陶瓷原料与工艺 179
5.6 生物衍生陶瓷制备 185
5.6.1 生物来源材料的结构与特征 185
5.6.2 珊瑚的转化工艺 186
5.6.3 煅烧骨 189
参考文献 192
第6章 生物医用陶瓷表面工程技术 200
6.1 构建陶瓷涂层的工艺技术概述 201
6.1.1 陶瓷涂层的概念 202
6.1.2 陶瓷涂层制备技术的特点 203
6.1.3 陶瓷涂层的结构 204
6.1.4 陶瓷涂层与基底的结合及其表征方法 204
6.2 热喷涂涂层 205
6.2.1 热喷涂涂层原理 205
6.2.2 热喷涂工艺过程 206
6.2.3 等离子喷涂涂层 207
6.2.4 氧焰喷涂涂层 208
6.3 生物矿化涂层 208
6.3.1 生物矿化过程 208
6.3.2 生物矿化制备陶瓷涂层 210
6.4 电化学涂层 211
6.4.1 电化学涂层原理 211
6.4.2 电化学沉积技术制备陶瓷涂层 212
6.4.3 电泳沉积法制备陶瓷涂层 213
6.5 其他涂层技术 213
6.5.1 溶胶-凝胶法 213
6.5.2 物理气相沉积法 214
6.5.3 离子束溅射法 215
参考文献 215
第7章 生物医用复合与掺杂陶瓷 222
7.1 生物医用复合陶瓷概述 222
7.1.1 生物医用复合陶瓷分类 222
7.1.2 生物活性医用复合陶瓷 225
7.2 多相成分医用复合陶瓷 227
7.2.1 磷酸钙多相医用复合陶瓷 227
7.2.2 硅酸盐多相医用复合陶瓷 229
7.2.3 氧化铝基多相医用复合陶瓷 231
7.2.4 氧化锆基多相医用复合陶瓷 232
7.2.5 其他多相医用复合陶瓷 233
7.3 微量元素掺杂生物医用陶瓷 234
7.3.1 微量元素掺杂生物惰性医用陶瓷 236
7.3.2 微量元素掺杂生物活性医用陶瓷 236
7.3.3 微量元素掺杂可降解生物医用陶瓷 239
7.4 生物医用陶瓷/高分子复合材料 239
7.4.1 纳米羟基磷灰石与胶原复合 240
7.4.2 纳米羟基磷灰石与聚乳酸复合 241
7.4.3 纳米医用陶瓷与聚醚醚酮复合 241
7.4.4 生物医用陶瓷与其他高分子复合 242
7.5 生物医用陶瓷与细胞的杂化 243
7.5.1 医用陶瓷支架与细胞的杂化概述 243
7.5.2 医用陶瓷支架与细胞相互作用机制 244
7.5.3 医用陶瓷支架与细胞杂化复合物的构建及性能 246
参考文献 248
第8章 生物医用陶瓷骨水泥 255
8.1 骨水泥概述 255
8.1.1 骨水泥的基本概念 255
8.1.2 陶瓷类骨水泥的种类 256
8.1.3 磷酸钙骨水泥的固化过程 257
8.2 生物医用陶瓷骨水泥的组分及性能 259
8.2.1 生物医用陶瓷骨水泥的组分 259
8.2.2 生物医用陶瓷骨水泥的自固化特性 260
8.2.3 生物医用陶瓷骨水泥的机械性能 260
8.2.4 生物医用陶瓷骨水泥的孔隙率 261
8.2.5 生物医用陶瓷骨水泥的降解特性 261
8.2.6 生物医用陶瓷骨水泥的流变特性 262
8.3 磷酸钙复合骨水泥 262
8.3.1 硅掺杂复合骨水泥 263
8.3.2 镁掺杂复合骨水泥 263
8.3.3 磷酸钙与高分子复合骨水泥 265
8.4 生物医用陶瓷骨水泥的生物效应 267
8.4.1 生物医用陶瓷骨水泥的生物相容性 267
8.4.2 生物医用陶瓷骨水泥的骨传导性和诱导性 269
8.5 陶瓷骨水泥载药释放体系 271
8.5.1 陶瓷骨水泥固载药物工艺 272
8.5.2 载药陶瓷骨水泥的机械性能 273
8.5.3 载药陶瓷骨水泥的固化时间 276
8.5.4 载药陶瓷骨水泥的药物释放行为 276
8.5.5 载药陶瓷骨水泥的体内生物效应及应用 278
8.6 总结与展望 281
参考文献 282
第9章 纳米生物医用陶瓷 289
9.1 纳米生物医用陶瓷概述 289
9.1.1 纳米陶瓷的概念 289
9.1.2 纳米陶瓷的表征 290
9.2 无机纳米颗粒的制备 294
9.2.1 合成无机纳米颗粒的方法 295
9.2.2 纳米羟基磷灰石颗粒的制备 298
9.2.3 纳米氧化铁的制备 301
9.3 微纳结构陶瓷 304
9.3.1 介孔陶瓷的概念 305
9.3.2 纳米结构陶瓷微球的合成 306
9.4 纳米陶瓷载体及药物释放 310
9.4.1 纳米陶瓷载体固载药物 310
9.4.2 药物释放特性 311
9.4.3 纳米陶瓷释放体系的生物效应 313
9.5 纳米陶瓷的抗肿瘤效应 315
9.5.1 纳米羟基磷灰石的抗肿瘤效应及其机理 315
9.5.2 磁性氧化铁的磁热效应与抗肿瘤作用 318
9.6 纳米陶瓷示踪成像应用 320
9.6.1 纳米陶瓷荧光示踪颗粒 320
9.6.2 磁性纳米示踪成像颗粒 323
参考文献 325
第10章 携带药物缓释体系的生物医用陶瓷 333
10.1 骨组织再生修复 333
10.1.1 骨组织再生修复的生物过程 333
10.1.2 骨组织再生修复过程中的生物活性因子 333
10.1.3 生物陶瓷支架-药物缓释体系的提出 336
10.2 药物缓释体系在陶瓷支架上的组装技术 337
10.2.1 生物活性因子在陶瓷支架孔隙表面的物理吸附和化学交联 337
10.2.2 层层自组装载药修饰多孔支架 339
10.2.3 多孔陶瓷支架孔隙表面组装载药高分子微球体系 339
10.3 携带多重药物缓释体系的陶瓷支架的构建 342
10.3.1 多因子协同调控骨再生过程 342
10.3.2 多重药物缓释体系与三维多孔陶瓷支架的组装技术 342
10.3.3 多因子/药物缓释体系的设计思想及其细胞响应 347
参考文献 348
第11章 生物医用陶瓷基因组与高通量制备 353
11.1 材料及生物材料基因组概述 353
11.2 高通量筛选技术 354
11.2.1 材料高通量计算 354
11.2.2 材料数据库 357
11.2.3 材料高通量实验 358
11.3 高通量制备 358
11.3.1 光刻法 359
11.3.2 复制模塑法 360
11.3.3 生物打印技术 361
11.3.4 微阵列法 364
11.3.5 梯度法 365
11.3.6 微流控技术 372
11.4 高通量表征 374
11.4.1 材料本征性能表征 374
11.4.2 生物活体表征 379
11.5 总结 385
参考文献 386
第12章 生物医用陶瓷的临床应用 388
12.1 在牙科的应用 388
12.1.1 羟基磷灰石陶瓷粉末盖髓剂 388
12.1.2 羟基磷灰石陶瓷颗粒增扩牙槽嵴 389
12.1.3 多孔陶瓷修复体重建颌骨 390
12.2 在骨科的应用 392
12.2.1 陶瓷髋关节体系 392
12.2.2 生物活性涂层髋关节植入 394
12.2.3 人工椎板修复体 396
12.2.4 颅骨修复体 400
12.2.5 骨水泥的临床应用 403
12.2.6 羟基磷灰石纳米粒用于骨质疏松症 405
12.3 在其他临床领域的应用 406
12.3.1 陶瓷人工义眼 406
12.3.2 陶瓷颗粒软组织填充 408
参考文献 408
关键词索引 414
京公网安备 11010102004214号