การประยุกต์ใช้เซรามิกอะลูมินา

เซรามิกส์ใช้เป็นวัสดุชีวภาพเพื่อเติมเต็มข้อบกพร่องในฟันและกระดูก แก้ไขการปลูกถ่ายกระดูก กระดูกหักหรือกระดูกเทียม และทดแทนเนื้อเยื่อที่เป็นโรค เรียกว่า ไบโอเซรามิกส์ เซรามิกส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการสึกหรอ แรงอัดและแรงดัดงอที่สูงขึ้น และความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง

แนวคิดของเซรามิกส์อะลูมินาครอบคลุมหลากหลาย นอกจากเซรามิกส์อะลูมินาบริสุทธิ์แล้ว วัสดุเซรามิกใดๆ ที่มีปริมาณอะลูมินามากกว่า 45% ก็สามารถเรียกว่าเซรามิกส์อะลูมินาได้ เซรามิกส์อะลูมินามีผลึกไอโซมอร์ฟัสและเฮเทอโรมอร์ฟัสจำนวนมาก แต่ที่ใช้กันทั่วไปมีเพียง α-Al2O3 และ γ-Al2O3 เท่านั้น เนื่องจากมีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน จึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน α-Al2O3 หรือที่เรียกว่าคอรันดัม เป็นเฟสผลึกหลักของเซรามิกส์อะลูมินา ซึ่งมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน

การประยุกต์ใช้เซรามิกอะลูมินาในข้อต่อเทียม

เซรามิกอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก มีความแข็งสูง และมีความสามารถในการเปียกน้ำได้ดี ทำให้เหมาะมากสำหรับการใช้เป็นพื้นผิวแรงเสียดทานของข้อต่อ สามารถใช้เฉพาะอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้นในทางการแพทย์ และสิ่งเจือปนที่สามารถสร้างเฟสขอบเกรนแก้วได้ (เช่น ซิลิกา ซิลิเกตของโลหะ และออกไซด์ของโลหะอัลคาไล) ต้องมีปริมาณน้อยกว่า 0.1% เนื่องจากการสลายตัวของสิ่งเจือปนดังกล่าวจะนำไปสู่จุดที่มีความเข้มข้นของความเค้นซึ่งอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ จากการศึกษาพบว่าการเลือกพารามิเตอร์การเผาที่เหมาะสม (อุณหภูมิ เวลา อัตราการให้ความร้อน/ทำความเย็น) และสารเติมแต่งสารเจือปน (เช่น แมกนีเซียมออกไซด์ เซอร์โคเนียมออกไซด์ และโครเมียมออกไซด์) สามารถควบคุมขนาดเกรนและรูพรุนของอะลูมินาได้ และสามารถปรับปรุงความเหนียวและความแข็งแรงในการแตกของอะลูมินาได้อย่างมีประสิทธิภาพ
วัสดุคอมโพสิตที่เกิดจากเซอร์โคเนียมออกไซด์และอะลูมินาเรียกว่า เซอร์โคเนียมออกไซด์เสริมความแข็งแกร่งอลูมินา (ZTA) หรือ เซอร์โคเนียเสริมความแข็งแกร่งอลูมินา (ATZ) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในวัสดุข้อต่อเทียม วัสดุคอมโพสิตทั้งสองชนิดนี้ขึ้นอยู่กับเนื้อหาของส่วนประกอบหลัก วัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ผสมผสานความสามารถในการเสริมความแข็งแกร่งของเซอร์โคเนียมออกไซด์เข้ากับความไวต่ำของอะลูมินาต่อการย่อยสลายในของเหลวทางชีวภาพที่อุณหภูมิต่ำ ตามข้อกำหนดการออกแบบของวัสดุ สามารถใช้ ATZ ได้เมื่อต้องการความทนทานต่อการแตกหักสูง ในขณะที่ ZTA สามารถใช้ได้เมื่อต้องการความแข็ง ไม่มีข้อมูลทางคลินิกเพียงพอที่จะแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวรับน้ำหนักข้อต่อ ZTA มีข้อได้เปรียบที่มากกว่าในด้านความทนทานต่อการสึกหรอ การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าการใช้ ZTA และ เซอร์โคเนียมออกไซด์เสริมความแข็งแกร่งอลูมินา (ZPTA) ในการผ่าตัดข้อต่อนั้นมากกว่า ATZ มาก

การใช้เซรามิกอะลูมินาในการบูรณะช่องปาก

เซรามิกอะลูมินามีค่าการส่งผ่านแสงและสีที่ตรงกับฟันจริง และมีพิษเล็กน้อย เซรามิกอลูมินามีค่าการนำความร้อนต่ำมาก ซึ่งช่วยลดการกระตุ้นของอาหารเย็นและร้อนบนโพรงประสาท เซรามิกเซอร์โคเนียมีความทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน และอุณหภูมิสูง และมีสีคล้ายกับฟันจริง เหมาะสำหรับการบูรณะฟันและมีความแข็งแรงสูง ตามองค์ประกอบทางกายภาพของวัสดุเซรามิกอลูมินาและกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน เซรามิกอลูมินาที่ใช้ในด้านการบูรณะเซรามิกทั้งหมดสามารถแบ่งออกได้เป็นประเภทต่อไปนี้:

(1) เซรามิกอลูมินาแบบแทรกซึมแก้ว

การแทรกซึมแก้ว ชื่อเต็มคือวิธีการแทรกซึมแก้วเคลือบสารละลาย อลูมินาเป็นวัสดุเมทริกซ์ที่มีโครงสร้างพรุน และสีแก้วแลนทานัม-โบโรซิลิเกตจะแทรกซึมเข้าไป หลังจากก่อตัวแล้ว จะมีโครงสร้างจุลภาคที่เฟสผลึกอลูมินาและเฟสผลึกแก้วแทรกซึมซึ่งกันและกัน

(2) เซรามิกอลูมินาแบบเผาผนึกหนาแน่นที่มีความบริสุทธิ์สูง

ประกอบด้วยอลูมินาที่มีความบริสุทธิ์ 99.9% ผงอลูมินาถูกกดให้เป็นวัตถุสีเขียว (การกดแห้ง) ภายใต้แรงกดสูงแล้วจึงเผาผนึก วิธีการขึ้นรูปด้วยแรงกดทำให้เซรามิกอลูมินามีความหนาแน่นสูงและมีรูพรุนต่ำ

(3) เซรามิกอลูมินาที่เสริมความแข็งแกร่งด้วยเซอร์โคเนียที่แทรกซึมด้วยแก้ว

เซรามิกประเภทนี้ขึ้นรูปโดยการเติมเซอร์โคเนียที่ปรับเสถียรบางส่วน 35% ลงในผงเซรามิกอลูมินาที่แทรกซึมด้วยแก้ว สามารถสังเกตเห็นเซอร์โคเนียเตตระโกนัลที่กระจายอย่างสม่ำเสมอภายในวัสดุที่ขึ้นรูป

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี วัสดุไบโอเซรามิกอลูมินาจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในสาขาการแพทย์ และการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้จะมุ่งไปสู่ทิศทางทางการแพทย์ใหม่ๆ ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้นและมีแนวโน้มมากขึ้น