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 Возникновение
Биокерамика, как новый тип материала, играет всё более важную роль в производстве и повседневной жизни, находя всё более широкое применение. Биокерамика впервые была применена в клинической практике в XVIII веке. В 1808 году были изготовлены первые фарфоровые зубы для зубных вкладок. В 1871 году был искусственно синтезирован гидроксиапатит, а в 1971 году он был успешно разработан и внедрён в клиническую практику в качестве керамического материала для замены костной ткани. В настоящее время разработка биокерамики продолжается.
Использование фарфоровых зубов в качестве материалов для зубных вкладок ознаменовало первое международное клиническое применение биокерамики. Их появление ознаменовало появление биокерамики. Благодаря научно-техническому прогрессу, биокерамика прошла путь от первоначальной замены повреждённых зубов до современной биохимической биокерамики, став новым материалом, отличным от традиционной керамики.
02 Свойства материала
Биокерамика — это новый тип керамических материалов, связанный с биохимией. К ним относятся тонкая керамика, пористая керамика, некоторые виды стекла и монокристаллы. С одной стороны, керамика для биоимплантации предназначена для прямой имплантации в живые организмы для восстановления или улучшения их функций. С другой стороны, биотехнологическая керамика функционирует без прямого контакта с организмом, выполняя такие функции, как иммобилизация ферментов, разделение бактерий и вирусов, а также катализ биохимических реакций.
Производительность
В настоящее время большинство биокерамических материалов используется для замещения повреждённых тканей. Биокерамика, предназначенная для замещения тканей человека, должна обладать высокой биосовместимостью, механической прочностью, физико-химической стабильностью, сродством к биологическим тканям, антитромботическими свойствами и бактерицидными свойствами.
Сродство и долголетие
Высокая степень сродства к организмам означает, что продукты коррозии/разложения имплантированного керамического материала нетоксичны, не вызывают мутаций или некроза биологических клеток, не приводят к воспалению и образованию гранулём. Они обладают длительным действием и высокой стабильностью in vivo. В течение длительного срока службы (10–20 лет) их прочность не снижается, поверхность не разрушается, и они не оказывают канцерогенного воздействия на организмы. Они обеспечивают высокую скорость формования и обработки.
Стерилизация и термостойкость
Их легче стерилизовать. По сравнению с металлами, керамические материалы обладают более прочными ковалентными связями, что позволяет им сохранять хорошую химическую стабильность, низкий уровень отторжения и высокую долгосрочную эффективность в сложных биологических средах. По сравнению с органическими полимерными материалами, биокерамика обладает лучшей термостойкостью, что облегчает стерилизацию под высоким давлением.
03 История развития
Разработка
Исследования в области биокерамики продолжаются уже давно. История имплантационных материалов началась с природных ресурсов, таких как лоза и слоновая кость. Затем, по мере развития металлургии, они перешли к драгоценным металлам и совершили значительный скачок в середине XX века с появлением современных сплавов и клинических полимеров. В начале 1960-х годов, с началом новой технологической революции, материаловедение стремительно развивалось, привлекая всеобщее внимание к открытию и синтезу новых материалов, при этом исследования биокерамики и полимерных материалов стали одним из самых актуальных направлений.
Хронология
Биокерамика существует всего чуть более 60 лет, эволюционируя от первоначальной монокристаллической керамики на основе оксида алюминия к поликристаллическому оксиду алюминия, а затем к оксиду алюминия с коралловой структурой. В дальнейшем фокус исследований сместился на биоактивные керамические материалы, включая биостекло, гидроксиапатит и стеклокерамику. Биостекло обладает превосходной биосовместимостью и может связываться с костью, но его прочность невысока. Благодаря многолетним непрерывным исследованиям и усовершенствованиям современная биостеклокерамика сохраняет хорошие биологические свойства, обладая при этом повышенной механической прочностью и химической стабильностью, становясь перспективным новым поколением биоматериалов.
Перспективы
В настоящее время годовой оборот мировой индустрии биоматериалов составляет около 1412 млрд долларов США, при этом стоимость только восстановления и замены твёрдых тканей достигает 142,3 млрд долларов США. Во всём мире было проведено более 500 000 операций по замене тазобедренного сустава, и ежегодно их число увеличивается почти на 100 000. Несмотря на успешное применение биокерамики в твёрдых тканях человека, её применение по-прежнему сталкивается с множеством сложностей, что обусловливает всё более интенсивные исследования.
04 Типы материалов
Циркониевая керамика
Циркониевая керамика обладает хорошей биосовместимостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, широко применяется для реставрации полости рта и восстановления костей. Благодаря постоянному развитию нанотехнологий, наноциркониевая керамика имеет широкие перспективы применения в биокерамических материалах, и ожидается, что её превосходные свойства найдут применение в других областях.
Керамика из фосфата кальция
Керамика на основе фосфата кальция обладает хорошей биоразлагаемостью и биосовместимостью и является важным компонентом материалов для восстановления костей. В настоящее время исследования направлены на повышение скорости её биоразлагаемости и улучшение механических свойств для удовлетворения клинических потребностей.
Керамика из силиката кальция
Керамика на основе силиката кальция обладает хорошей биосовместимостью и биоразлагаемостью, что открывает широкие возможности для применения в тканевой инженерии и восстановлении костей. В последнее время исследования направлены на улучшение её механических свойств и биоактивности для соответствия требованиям клинического применения.
Керамика из карбоната кальция
Керамика на основе карбоната кальция обладает хорошей биосовместимостью и биоразлагаемостью, что потенциально важно для применения в костной пластике и тканевой инженерии. В настоящее время исследования направлены, главным образом, на улучшение её механических свойств и биоактивности для адаптации к клиническим требованиям.
Биостеклянная керамика
Биостеклокерамика — это новый тип биокерамического материала с хорошей биосовместимостью, биоразлагаемостью и механическими свойствами. В клинической практике она используется преимущественно для восстановления костей и тканевой инженерии, демонстрируя многообещающие перспективы развития.
Композитная биокерамика
Композитные биокерамические материалы представляют собой комбинацию двух или более биокерамических материалов для улучшения общих характеристик материала. В настоящее время исследования направлены на поиск подходящих композитных материалов и оптимизацию процессов их производства для удовлетворения клинических потребностей. В связи с непрерывным развитием материаловедения и биомедицины ожидается, что композитные биокерамические материалы найдут применение в более широком спектре областей.
Струйное фрезерование и его преимущества
Для производства высокоэффективной биокерамики часто требуется сырье в виде мелкодисперсных, однородных и высокочистых порошков. Струйное измельчение, также известное как измельчение в псевдоожиженном слое, является ключевой технологией для получения этого биокерамического порошка. В нём используются высокоскоростные струи сжатого воздуха или газа для придания частицам высокой кинетической энергии, что приводит к их столкновению и измельчению. Этот процесс происходит в закрытой системе, что сводит к минимуму загрязнение.
Основные преимущества струйного измельчения биокерамических порошков включают:
Сверхтонкие и контролируемые размеры частиц: возможность производства порошков в микронном и субмикронном диапазоне с узким распределением размеров частиц, что имеет решающее значение для характеристик спекания и конечной плотности биокерамики.
Высокая чистота и минимальное загрязнение: поскольку это сухой процесс, в котором обычно не используются измельчающие тела, исключается попадание примесей в результате износа, что крайне важно для материалов медицинского назначения.
Низкое термическое напряжение: эффект самоохлаждения за счет расширяющегося газа предотвращает деградацию термочувствительных материалов во время фрезерования.
Сферическая морфология частиц: Процесс с преобладанием столкновений может способствовать получению более сферических частиц, что улучшает текучесть порошка и плотность упаковки для последующих процессов формования, таких как прессование.
Подходит для твердых и хрупких материалов: идеально подходит для фрезерования различных керамических материалов, таких как диоксид циркония, гидроксиапатит и другие фосфаты кальция.
Эпическая Порошковая Машина
Эпическая Порошковая Машина — профессиональный производитель, занимающийся исследованиями, разработкой и производством высокопроизводительного оборудования для обработки порошков. Мы специализируемся на поставках современных струйных мельниц и комплексных системных решений, разработанных специально для нужд промышленности биоматериалов и высококачественной керамики. Наше оборудование разработано для точного контроля размера частиц, поддержания высокой чистоты продукта и обеспечения эксплуатационной эффективности, что делает его идеальным выбором для производства тонких порошков для высококачественной биокерамики. Компания Epic Powder Machinery, приверженная инновациям и качеству, поддерживает своих клиентов по всему миру в развитии технологий производства материалов для повышения качества жизни.