With societal progress, ceramics, due to their unique properties, have evolved from simple containers into structural and functional materials. Their applications extend from daily life to various aspects of society and even cutting-edge technologies. They show particularly broad application prospects in areas such as artificial teeth, artificial bones, and artificial joints. These ceramics, primarily used within the human body, are termed “bioceramics.” This field represents a subject capable of generating significant social and economic benefits globally. The production of high-performance bioceramics often requires raw materials in the form of fine, uniform, and high-purity powders. Jet milling, also known as fluidized bed jet milling, is a crucial technology for achieving this kind of bioceramics powder.
01 Opkomst
Biokeramiek speelt als nieuw type materiaal een steeds belangrijkere rol in de productie en het leven, met steeds bredere toepassingen. Biokeramiek werd voor het eerst klinisch gebruikt in de 18e eeuw. In 1808 werden de eerste porseleinen tanden voor inlays vervaardigd. In 1871 werd hydroxyapatiet kunstmatig gesynthetiseerd en in 1971 werd het met succes ontwikkeld en gepromoot voor klinisch gebruik als keramisch botvervangend materiaal. Momenteel gaat de ontwikkeling van biokeramiek door.
Het gebruik van porseleinen tanden als inlaymateriaal markeerde de eerste internationale klinische toepassing van biokeramiek. Hun geboorte markeerde de opkomst van biokeramiek. Gepaard met de vooruitgang in wetenschap en technologie hebben ze zich ontwikkeld van aanvankelijk het vervangen van beschadigde tanden tot de huidige biochemische biokeramiek, waarmee ze een nieuw materiaal zijn geworden dat zich onderscheidt van traditioneel keramiek.
02 Materiaaleigenschappen
Biokeramiek is een nieuw type keramisch materiaal dat gerelateerd is aan de biochemie. Het omvat fijnkeramiek, poreus keramiek, bepaalde glassoorten en monokristallen. Enerzijds is bioimplantaatkeramiek ontworpen voor directe implantatie in levende organismen om lichaamsfuncties te herstellen of te verbeteren. Anderzijds functioneert biotechnologisch keramiek zonder direct contact met het organisme en wordt het gebruikt voor toepassingen zoals enzymimmobilisatie, de scheiding van bacteriën en virussen en het katalyseren van biochemische reacties.
Prestatie
Momenteel worden de meeste biokeramische materialen gebruikt om beschadigd weefsel te vervangen. Biokeramische materialen die bedoeld zijn om menselijk weefsel te vervangen, moeten uitstekende biocompatibiliteit, mechanische compatibiliteit, fysische en chemische stabiliteit, affiniteit met biologisch weefsel, antitrombotische eigenschappen en bacteriedodende eigenschappen bezitten.
Affiniteit en levensduur
Goede affiniteit voor organismen betekent dat de corrosie-/afbraakproducten van het geïmplanteerde keramische materiaal niet giftig zijn, geen mutatie of necrose van biologische cellen veroorzaken en niet leiden tot ontstekingen of granuloomvorming. Ze hebben een langdurig effect en een hoge in-vivo stabiliteit. Dat wil zeggen dat hun sterkte gedurende een lange levensduur van 10-20 jaar niet afneemt, hun oppervlak niet verslechtert en ze geen kankerverwekkende effecten op organismen hebben. Ze bieden snelle vorm- en verwerkingssnelheden.
Sterilisatie en hittebestendigheid
Ze zijn gemakkelijker te steriliseren. Vergeleken met metalen hebben keramische materialen sterkere covalente bindingseigenschappen, waardoor ze een goede chemische stabiliteit, lage afkeurpercentages en hoge prestaties op lange termijn in complexe biologische omgevingen behouden. Vergeleken met organische polymeren zijn biokeramische materialen beter bestand tegen hitte, wat hogedruksterilisatie mogelijk maakt.
03 Ontwikkelingsgeschiedenis
Ontwikkeling
Onderzoek en onderzoek op het gebied van biokeramiek zijn al lange tijd gaande. De ontwikkeling van implantaatmaterialen begon met natuurlijke grondstoffen zoals riet en ivoor. Naarmate de metallurgie verbeterde, ontwikkelde het zich vervolgens tot edelmetalen en maakte het halverwege de 20e eeuw een grote sprong voorwaarts met de introductie van geavanceerde legeringen en klinische polymeren. Begin jaren 60, met de komst van de nieuwe technologische revolutie, ontwikkelde de materiaalkunde zich snel en trok brede aandacht voor de ontdekking en synthese van nieuwe materialen, waarbij onderzoek naar biokeramiek en polymeermaterialen een speerpunt werd.
Tijdlijn
Biokeramiek bestaat sinds de oprichting slechts iets meer dan 60 jaar en heeft zich ontwikkeld van aanvankelijk monokristallijn aluminiumoxide keramiek, later polykristallijn aluminiumoxide en vervolgens koraalgestructureerd aluminiumoxide. Latere onderzoeksfocus verschoof naar bioactieve keramische materialen, waaronder bioglas, hydroxyapatiet en glaskeramiek. Bioglas bezit een uitstekende biocompatibiliteit en kan zich hechten aan bot, maar de sterkte is niet hoog. Na jaren van continu onderzoek en verbetering behouden de huidige bioglaskeramieken goede biologische prestaties en bieden ze een verbeterde mechanische sterkte en chemische stabiliteit, waardoor ze een veelbelovende nieuwe generatie biomaterialen vormen.
Vooruitzichten
De wereldwijde biomaterialenindustrie heeft momenteel een jaarlijkse transactiewaarde van ongeveer $12 miljard, waarbij de kosten voor het repareren en vervangen van hard weefsel alleen al oplopen tot $2,3 miljard. Wereldwijd zijn er meer dan 500.000 heupvervangingen uitgevoerd, een toename van bijna 100.000 gevallen per jaar. Hoewel biokeramiek succesvol is toegepast in menselijk hard weefsel, staan ze nog steeds voor veel uitdagingen, wat leidt tot steeds intensievere onderzoeksinspanningen.
04 Materiaalsoorten
Zirkonia Keramiek
Zirkoniumkeramiek bezit een goede biocompatibiliteit, slijtvastheid en corrosiebestendigheid en wordt veel gebruikt bij orale restauraties en botherstel. Dankzij de voortdurende ontwikkeling van nanotechnologie bieden nanozirconiumkeramiek brede toepassingsmogelijkheden in biokeramische materialen en de verwachting is dat hun uitstekende eigenschappen in steeds meer sectoren zullen worden toegepast.
Calciumfosfaatkeramiek
Calciumfosfaatkeramiek is goed biologisch afbreekbaar en biocompatibel en vormt een belangrijk onderdeel van botherstelmaterialen. Huidig onderzoek richt zich op het verbeteren van de biologische afbreeksnelheid en mechanische eigenschappen om te voldoen aan de klinische behoeften.
Calciumsilicaatkeramiek
Calciumsilicaatkeramiek heeft een goede biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid, wat een breed toepassingspotentieel biedt in weefseltechnologie en botherstel. Recent onderzoek richt zich op het verbeteren van de mechanische eigenschappen en bioactiviteit om te voldoen aan de klinische toepassingsvereisten.
Calciumcarbonaatkeramiek
Calciumcarbonaatkeramiek heeft een goede biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid, wat potentiële toepassingswaarde heeft in botherstel en weefseltechnologie. Huidig onderzoek richt zich voornamelijk op het verbeteren van de mechanische eigenschappen en bioactiviteit om te voldoen aan de klinische eisen.
Bioglaskeramiek
Bioglaskeramiek is een nieuw type biokeramisch materiaal met goede biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid en mechanische eigenschappen. In klinische toepassingen worden ze voornamelijk gebruikt voor botherstel en weefselreconstructie, wat veelbelovende ontwikkelingsperspectieven biedt.
Composiet biokeramiek
Samengestelde biokeramische materialen combineren twee of meer biokeramische materialen om de algehele prestaties van het materiaal te verbeteren. Huidig onderzoek richt zich op het vinden van geschikte composietmaterialen en het optimaliseren van composietprocessen om aan klinische behoeften te voldoen. Met de voortdurende ontwikkeling van materiaalkunde en biomedische technologie zullen biokeramische composietmaterialen naar verwachting in steeds meer vakgebieden worden toegepast.
Straalfrezen en de voordelen ervan
De productie van hoogwaardige biokeramiek vereist vaak grondstoffen in de vorm van fijne, uniforme en zeer zuivere poeders. Straalfrezen, ook wel wervelbedstraalfrezen genoemd, is een cruciale technologie voor het verkrijgen van dit biokeramiekpoeder. Hierbij worden hogesnelheidsstralen perslucht of gas gebruikt om deeltjes een hoge kinetische energie te geven, waardoor ze met elkaar botsen en vermalen worden. Dit proces vindt plaats in een gesloten systeem, waardoor contaminatie tot een minimum wordt beperkt.
Belangrijkste voordelen van straalfrezen voor biokeramische poeders zijn onder meer:
Ultrafijne en gecontroleerde deeltjesgrootte: Kan poeders produceren in het micron- en submicronbereik met een smalle deeltjesgrootteverdeling, cruciaal voor het sintergedrag en de uiteindelijke dichtheid van biokeramiek.
Hoge zuiverheid en minimale verontreiniging: Omdat het een droog proces betreft waarbij normaal gesproken geen maalmedia worden gebruikt, komen er geen onzuiverheden door slijtage vrij, wat van cruciaal belang is voor materialen van medische kwaliteit.
Lage thermische spanning: Het zelfkoelende effect van het uitzettende gas voorkomt dat warmtegevoelige materialen tijdens het frezen afbreken.
Morfologie van bolvormige deeltjes: Het botsingsgedomineerde proces kan helpen om meer bolvormige deeltjes te produceren, wat de poederstroom en pakkingsdichtheid verbetert voor daaropvolgende vormgevingsprocessen, zoals persen.
Geschikt voor harde en brosse materialen: Ideaal voor het frezen van verschillende keramische materialen zoals zirkonia, hydroxyapatiet en andere calciumfosfaten.
Epische poedermachines
Epische poedermachines is een professionele fabrikant die zich toelegt op onderzoek, ontwikkeling en productie van hoogwaardige poederverwerkingsapparatuur. Wij zijn gespecialiseerd in het leveren van geavanceerde straalmolens en complete systeemoplossingen, afgestemd op de hoge eisen van de biomaterialen- en geavanceerde keramische industrie. Onze apparatuur is ontworpen om een nauwkeurige deeltjesgrootte te bereiken, een hoge productzuiverheid te behouden en operationele efficiëntie te garanderen, waardoor het een ideale keuze is voor de productie van fijne poeders voor hoogwaardige biokeramiek. Met een toewijding aan innovatie en kwaliteit ondersteunt Epic Powder Machinery haar wereldwijde klanten bij het ontwikkelen van materiaaltechnologie voor toepassingen die het leven verbeteren.