氮化硅(Si3N4)是一种由硅和氮组成的共价键化合物，1857 年被发现，到 1955 年，其作为陶瓷材料实现了大规模生产。作为新一代生物陶瓷材料，氮化硅陶瓷除了具备陶瓷材料应有的优秀品质外，还具有良好的射线成像性能、抗感染性能、生物相容性能以及骨整合性能，自 1989 年以来就作为骨科关节植入物开始应用，在生物医疗领域具有广阔的应用前景。
研究结果证明，氮化硅陶瓷具有很好的抗菌性，体内生物相容性，在骨科，氮化硅植入物已应用于脊柱修复和关节植入术。
图 氮化硅在医疗领域的应用，来源：SINTX
美国 Amedica 公司最早利用三维打印（3DP）技术将氮化硅材料应用于骨科植入物领域，其浆料直写成型（DIW）的氮化硅椎间融合器与传统方式制造的氮化硅椎间融合器具有相似的理论密度和微观结构特征。研究发现，氮化硅椎间融合器在骨密度和促进骨生长方面优于 PEEK 椎间融合器，在促进骨生长方面具有较大优势，另外，氮化硅陶瓷具有非传导性和无磁性，在术后影像检查中不会对医学影像设备产生杂讯等不良影响，基于以上独有优势，氮化硅陶瓷作为优异的骨替代材料必将在 3DP 椎间融合器领域占据一定的市场份额。
图 氮化硅椎间融合器，图源：CTL Amedica
髋关节是人体重要的负重关节，同时也是负重关节中活动范围最大的关节，目前人工髋关节置换手术已成为治疗髋关节疾病的有效手段。氮化硅陶瓷植入物的各项机械性能指标都优于目前市场上的氧化物陶瓷，其具有高硬度，高弯曲强度，优异的摩擦性能，尤其是断裂韧性，获得了大幅度提高，此外氮化硅作为一种化学稳定材料，不存在氧化锆的老化问题，还具有良好的骨长上与骨长入能力(形成生物固定的能力)和抗感染能力以及良好的显影性。氮化硅陶瓷球头有非常光滑的表面和自润滑性能，强度大于氧化锆陶瓷球头，性能与设计寿命优于金属球头。氮化硅陶瓷球头经过细胞毒性试验表明其生物相容性好，满足作为植入物材料的安全性要求。
氮化硅断裂韧性高，抗压强度与人体骨相似，可以满足种植体的基本力学要求，氮化硅具有良好的生物相容性，氮化硅表面的微米/纳米级形貌赋予其良好的成骨和抗菌性能，对口腔病原体牙龈卟啉单胞菌、金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的抑菌性均优于纯钛和氧化锆，有助于种植体的长期稳定并减少种植体周围炎的发生，因此，氮化硅在牙科种植体方面具有很好的应用潜力。
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原文始发于微信公众号（陶瓷科技视野）：氮化硅陶瓷在医疗领域的应用
