生物硬组织修复用稀土稳定氧化锆纳米陶瓷材料

一、项目概述

上个世纪50年代以前，金属材料一直是口腔修复材料的主体。直到可熔附于金属表面的陶瓷材料面世以后，陶瓷材料才开始在口腔修复材料中得到临床应用。陶瓷材料具有良好的力学和生物学性能，并具有良好的美学效果，因而逐渐取代金属材料，成为口腔修复材料的主体。然而传统的口腔医用陶瓷，如长石质瓷材、白榴石强化玻璃陶瓷和氧化铝陶瓷等，均不同程度地存在力学强度低、加工工艺复杂等方面的缺陷，影响了修复体的寿命。这些不足既是制约其临床应用的瓶颈，也为材料研究者和口腔医学工作者提出了新材料研究和开发的迫切要求。近年来，人们对多种陶瓷体系进行了生物学和临床医学研究，其中氧化锆陶瓷体系的力学和生物学性能最为突出，因而开始成为国内外口腔材料开发的热点。

氧化锆体系由于其丰富的物相、优异的强度和韧性，已经作为一种新型功能陶瓷得到广泛使用。而利用稀土稳定氧化锆陶瓷的优良的化学稳定性、生物惰性和生物相容性，高的力学强度和韧性，拓展其口腔医用功能，研发易于加工、可安全使用的新型口腔修复陶瓷也具有巨大的应用前景，并很可能成为口腔修复的主导产品。

本项目针对目前氧化锆体系在临床试用中出现的疲劳强度降低、加工性能不稳定等问题，将从粉体制备、等静压成坯、二次烧结等关键步骤的创新和优化入手，面向口腔陶瓷修复材料的临床要求，开发和优化稀土稳定氧化锆纳米晶粉体的制备方法，充分利用纳米晶材料在压制成坯、烧结等方面的优势，获得合成过程简单洁净，合成条件温和可控，粉体物相和尺寸稳定，坯体易于加工切削，烧结体结构和收缩率稳定、符合强度等临床理化性能要求的氧化锆陶瓷口腔修复材料。同时，开发适合产业化生产的材料制备和加工工艺，进而根据临床性能要求，建立氧化锆全瓷材料的模拟临床评价体系，形成相关的产品的合成、加工和性能最优化参数，并以系统的专利体系保护相关的关键知识产权。

总之，本项目将通过自主创新获得具有我国知识产权的合成技术和工艺方法，从而在与境外机构和企业的竞争中掌握先机，为形成相关的高技术产业、开拓临床应用奠定基础。

二、技术特点和技术优势

使用简单价廉原料，利用两步水热(约85°C和180°C，最大压力<3Mpa)方法，将纳米晶成核和生长过程分开，高产率获得晶粒尺寸均一可控(8~15nm)、相态均匀稳定(单斜相含量<10%)、晶化度高、弱团聚的纳米粉体，从而保证后续成坯、二次烧结工艺条件及产品稳定性。

粉体合成过程洁净、温和、无副产物，不引入任何有机溶剂和表面活性剂，无强酸、强碱操作，废水中金属杂质含量低，不排出废气和废渣，制备能耗低、工艺简单。

由于氧化锆纳米晶粉体颗粒小而均匀，最大限度地降低了冷等静压的成坯压力，易于控制坯体的密度和强度，从而满足不同修复要求对切削加工、二次烧结的要求。同时，由于纳米晶表面的较高聚集趋势，使坯体在可切削加工的前提下保证了密度和强度，为降低二次烧结体的烧缩率、保证力学强度提供了保障。

纳米尺度材料的引入将降低预烧结和二次烧结的温度，抑制材料在高温下四方相向单斜相的转变，保证材料的热稳定性。同时，较低的烧结温度可降低烧结体的收缩率，从而得到性质和性能稳定可靠的陶瓷材料。

YSZ@SiO2体系的引入既能改善材料的烧结特性，进一步降低材料的烧缩率，又改善了基底瓷的色度和透明度，并能增强与饰面瓷的结合力。

通过建立相关材料的性能综合评价系统，为面向不同修复体的要求调整材料的组成和结构提供了依据。

三、技术水平

本实验室在纳米氧化锆基陶瓷材料的控制合成方面已有十余年的研究积累，在国际核心刊物已系统发表SCI收录论文30余篇，所采用的合成路线简单、绿色，与国内外现有专利不冲突，具有先进性和独特性。

目前，本实验室通过与企业合作，已经解决了工业生产的放大设备和技术关键难题。

四、项目所处阶段

本项目在纳米粉体制备上已达到了单釜公斤级生产能力。

五、市场状况及市场预测

据预测，到2015年，我国每年全冠修复需求将达到200万例，将形成40亿人民币的口腔修复市场。因此，对氧化锆口腔医用陶瓷体系的研发和产业化已经成为临床应用和市场的迫切需求。