奈米陶瓷是20世紀80年代中期發展起來的先進材料，是由奈米級水平顯微結構組成的新型陶瓷材料，它的晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分佈、氣孔尺寸、缺陷尺寸等都只限於100nm量級的水平。奈米結構所具有的小尺寸效應、表面與介面效應使奈米陶瓷呈現出與傳統陶瓷顯著不同的獨特效能。奈米陶瓷已成為當前材料科學、凝聚態物理研究的前沿熱點領域，是奈米科學技術的重要組成部分。
生物陶瓷作為一種生物醫用材料，無毒副作用，與生物組織具有良好的相容性和耐腐蝕性，備受人們的青睞，在臨床上已有廣泛的應用，用於製造人工骨、骨釘、人工齒、牙種植體、骨髓內釘等。目前，生物陶瓷材料的研究已從短期的替代與填充發展成為永久性牢固種植，從生物惰性材料發展到生物活性材料。但是由於常規陶瓷材料中氣孔、缺陷的影響，該材料低溫效能較差，彈性模量遠高於人骨，力學效能不匹配，易發生斷裂破壞，強度和韌性都不能滿足臨床上的要求，致使其應用受到很大的限制。
奈米材料的問世，使生物陶瓷材料的生物學效能和力學效能大大提高成為可能。與常規陶瓷材料相比，奈米陶瓷中的內在氣孔或缺陷尺寸大大減小，材料不易造成穿晶斷裂，有利於提高固體材料的斷裂韌性。而晶粒的細化又使晶界數量大大增加，有助於晶界間的滑移，使奈米陶瓷材料表現出獨特的超塑性。一些材料科學家指出，奈米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑。同時，奈米材料固有的表面效應使其表面原子存在許多懸空鍵，並且有不飽和性質，具有很高的化學活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導能力，實現植入材料在體內早期固定的目的。
美國的科學家研究了納米固體氧化鋁和奈米固體磷灰石材料與常規的氧化鋁和磷灰石固體材料在體外模擬實驗中的差異，結果發現，奈米固體材料具有更強的細胞吸附和繁殖能力。他們猜測這可能是由於以下原因。
（1）奈米固體材料在模擬環境中更易於降解。
（2）晶粒和孔洞尺寸的減小改變了材料的表面粗糙度，增強了類成骨細胞的功能。
（3）奈米固體材料的表面親水性更強，細胞更易於在其上吸附。
此外，人們還利用奈米微粒顆粒小，比表面積大並有高的擴散速率的特點，將奈米陶瓷粉體加入某些已被提出的生物陶瓷材料中，以便提高此類材料的緻密度和韌性，用做骨替代材料，如用奈米氧化鋁增韌氧化鋁陶瓷，用奈米氧化鋯增韌氧化鋯陶瓷等，已取得了一定的進展。
中國四川大學的科學家將奈米類骨磷灰石晶體與聚醯胺高分子製成複合體，並將奈米晶體含量調節到與人骨所含的奈米晶體比例相同，研製成功奈米人工骨。這種奈米人工骨是一種高強柔韌的複合仿生生物活性材料。由於這種複合材料具有優異的生物相容性、力學相容性和生物活性，用它製成的奈米人工骨不但能與自然骨形成生物鍵合，而且易與人體肌肉和血管牢牢長在一起。並可以誘導軟骨的生成，各種特性幾乎與人骨特性相當。另外他們還構思將奈米固體陶瓷材料製造成人工眼球的外殼，使這種人工眼球不僅可以像真眼睛一樣同步移動，也可以透過電脈衝刺激大腦神經，看到精彩世界；理想中的奈米生物陶瓷眼球可與眶肌組織達到很好的融合，並可以實現同步移動。
在無機非金屬材料中，磁性奈米材料最為引入注目，已成為目前新興生物材料領域的研究熱點。特別是磁性奈米顆粒表現出良好的表面效應，比表面激增，官能團密度和選擇吸附能力變大，攜帶藥物或基因的百分數量增加。在物理和生物學意義上，順磁性或超順磁性的奈米鐵氧體奈米顆粒在外加磁場的作用下，溫度上升至40～45℃，可達到殺死腫瘤的目的。
德國學者報道了含有75％～80％鐵氧化物的超順磁多糖奈米粒子（200～400nm）的合成和物理化學性質。將它與奈米尺寸的SiO2相互作用，提高了顆粒基體的強度，並進行了奈米磁性顆粒在分子生物學中的應用研究，試驗了具有一定比表面的葡萄糖和二氧化矽增強的奈米粒子。在卞列方面與工業上可獲得的人造磁珠做了比較：DNA自動提純、蛋白質檢測、分離和提純、生物物料中逆轉錄病毒檢測、內毒素消除和磁性細胞分離等。例如在DNA自動提純中，用濃度為25mg/mL的葡聚糖奈米磁粒和SiO2增強的奈米粒子懸濁液，達到了＞300ng/μL的DNA型1-2KD的非專門DNA鍵合能力。SiO2增強的葡聚糖奈米粒子的應用使背景訊號大大減弱。此外，還可以將磁性奈米粒子表面塗覆高分子材科後與蛋白質結合，作為藥物載體注入到人體內，在外加磁場2125×103/π（A/m）作用下，透過奈米磁性粒子的磁性導向性，使其向病變部位移動，從而達到定向治療的目的：例如10～50nm的Fe3O4磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸約為200nm，這種亞微米級的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物可以用於癌症的診斷和治療。這種區域性治療效果好，副作用少。一前途無量的奈米技術。
另外根據TiO2奈米微粒在光照條件下具有高氧化還原能力而能分解組成微生物的蛋白質，科學家們進一步將TiO2奈米微粒用於癌細胞治療，研究結果表明，紫外光照射10min後，TiO2奈米微粒能殺滅全部癌細胞。
其他方面的應用還有一些例子。
20世紀80年代初，人們開始利用奈米微粒進行細胞分離，建立了用奈米SiO2微粒實現細胞分離的新技術。其基本原理和過程是：先製備SiO2奈米微粒，尺寸大小控制在15～20nm。結構一般為非晶態，再將其表面包覆單分子層。包覆層的選擇主要依據所要分離的細胞種類而定，一般選擇與所要分離細胞有親和作用的物質作為附著層。這種SiO2奈米粒子包覆後所形成複合體的尺寸約為30nm；第二步是製取含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液，適當控制膠體溶液濃度；第三步是將奈米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，再透過離心技術，利用密度梯度原理，使所需要的細胞很快分離出來。此方法的優點是：①易形成密度梯度；②易實現奈米SiO2粒子與細胞的分離。這是因為奈米SiO2微粒是屬於無機玻璃的範疇，效能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應，既不會玷汙生物細胞，也容易把它們分開。
利用不同抗體對細胞內各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將奈米金粒子與預先精製的抗體或單克隆抗體混合，製備成多種奈米金-抗體複合物。藉助複合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的複合物，在白光或單色光照射下呈現某種特徵顏色（如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標籤，因而為提高細胞內組織的解析度提供了一種急需的染色技術。
生物材料應用於人體後，其周圍組織有伴生感染的危險，這將導致材料的失效和手術的失敗，給患者帶來巨大的痛苦。為此，人們開發出一些兼具抗菌性的奈米生物材料。如在合成羥基磷灰石奈米粉的反應中，將銀、銅等可溶性鹽的水溶液加入反應物中，使抗菌金屬離子進入磷灰石結晶產物中，製得抗菌磷灰石微粉，用於骨缺損的填充和其他方面。
目前已發現多種具有殺菌或抗病毒功能的奈米材料。二氧化鈦是一種光催化劑，普通TiO2在有紫外光照射時才有催化作用，但當其粒徑在幾十奈米時，只要有可見光照射就有極強的催化作用。研究表明在其表面會產生自由基離子破壞細菌中的蛋白質，從而把細菌殺死，並同時降解由細菌釋放出的有毒複合物。實踐中可透過向產品整體或部件中新增奈米TiO2，再用另一種物質將其固定化，在一定的溫度下自由基離子會緩慢釋放，從而使產品具有殺菌或抗菌功能。例如用TiO2處理過的毛巾，只要有可見光照射，毛巾上的細菌就會被奈米TiO2釋放出的自由基離子殺死。TiO2光催化劑適合於直接安放於醫院病房、手術室及生活空間等細菌密集場所。
經過近幾年的發展，奈米生物陶瓷材料研究已取得了可喜的成績，但從整體來分析，此領域尚處於起步階段，許多基礎理論和實踐應用還有待於進一步研究。如奈米生物陶瓷材料製備技術的研究——如何降低成本使其成為一種平民化的醫用材料；新型奈米生物陶瓷材料的開發和利用；如何儘快使功能性奈米生物陶瓷材料從展望變為現實，從實驗室走向臨床；大力推進分子奈米技術的發展，早日實現在分子水平上構建器械和裝置，用於維護人體健康等，這些工作還有待於材料工作者和醫學工作者的竭誠合作和共同努力才能夠實現。
奈米陶瓷是20世紀80年代中期發展起來的先進材料，是由奈米級水平顯微結構組成的新型陶瓷材料，它的晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分佈、氣孔尺寸、缺陷尺寸等都只限於100nm量級的水平。奈米結構所具有的小尺寸效應、表面與介面效應使奈米陶瓷呈現出與傳統陶瓷顯著不同的獨特效能。奈米陶瓷已成為當前材料科學、凝聚態物理研究的前沿熱點領域，是奈米科學技術的重要組成部分。
生物陶瓷作為一種生物醫用材料，無毒副作用，與生物組織具有良好的相容性和耐腐蝕性，備受人們的青睞，在臨床上已有廣泛的應用，用於製造人工骨、骨釘、人工齒、牙種植體、骨髓內釘等。目前，生物陶瓷材料的研究已從短期的替代與填充發展成為永久性牢固種植，從生物惰性材料發展到生物活性材料。但是由於常規陶瓷材料中氣孔、缺陷的影響，該材料低溫效能較差，彈性模量遠高於人骨，力學效能不匹配，易發生斷裂破壞，強度和韌性都不能滿足臨床上的要求，致使其應用受到很大的限制。
奈米材料的問世，使生物陶瓷材料的生物學效能和力學效能大大提高成為可能。與常規陶瓷材料相比，奈米陶瓷中的內在氣孔或缺陷尺寸大大減小，材料不易造成穿晶斷裂，有利於提高固體材料的斷裂韌性。而晶粒的細化又使晶界數量大大增加，有助於晶界間的滑移，使奈米陶瓷材料表現出獨特的超塑性。一些材料科學家指出，奈米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑。同時，奈米材料固有的表面效應使其表面原子存在許多懸空鍵，並且有不飽和性質，具有很高的化學活性。這一特性可以增加該材料的生物活性和成骨誘導能力，實現植入材料在體內早期固定的目的。
美國的科學家研究了納米固體氧化鋁和奈米固體磷灰石材料與常規的氧化鋁和磷灰石固體材料在體外模擬實驗中的差異，結果發現，奈米固體材料具有更強的細胞吸附和繁殖能力。他們猜測這可能是由於以下原因。
（1）奈米固體材料在模擬環境中更易於降解。
（2）晶粒和孔洞尺寸的減小改變了材料的表面粗糙度，增強了類成骨細胞的功能。
（3）奈米固體材料的表面親水性更強，細胞更易於在其上吸附。
此外，人們還利用奈米微粒顆粒小，比表面積大並有高的擴散速率的特點，將奈米陶瓷粉體加入某些已被提出的生物陶瓷材料中，以便提高此類材料的緻密度和韌性，用做骨替代材料，如用奈米氧化鋁增韌氧化鋁陶瓷，用奈米氧化鋯增韌氧化鋯陶瓷等，已取得了一定的進展。
中國四川大學的科學家將奈米類骨磷灰石晶體與聚醯胺高分子製成複合體，並將奈米晶體含量調節到與人骨所含的奈米晶體比例相同，研製成功奈米人工骨。這種奈米人工骨是一種高強柔韌的複合仿生生物活性材料。由於這種複合材料具有優異的生物相容性、力學相容性和生物活性，用它製成的奈米人工骨不但能與自然骨形成生物鍵合，而且易與人體肌肉和血管牢牢長在一起。並可以誘導軟骨的生成，各種特性幾乎與人骨特性相當。另外他們還構思將奈米固體陶瓷材料製造成人工眼球的外殼，使這種人工眼球不僅可以像真眼睛一樣同步移動，也可以透過電脈衝刺激大腦神經，看到精彩世界；理想中的奈米生物陶瓷眼球可與眶肌組織達到很好的融合，並可以實現同步移動。
在無機非金屬材料中，磁性奈米材料最為引入注目，已成為目前新興生物材料領域的研究熱點。特別是磁性奈米顆粒表現出良好的表面效應，比表面激增，官能團密度和選擇吸附能力變大，攜帶藥物或基因的百分數量增加。在物理和生物學意義上，順磁性或超順磁性的奈米鐵氧體奈米顆粒在外加磁場的作用下，溫度上升至40～45℃，可達到殺死腫瘤的目的。
德國學者報道了含有75％～80％鐵氧化物的超順磁多糖奈米粒子（200～400nm）的合成和物理化學性質。將它與奈米尺寸的SiO2相互作用，提高了顆粒基體的強度，並進行了奈米磁性顆粒在分子生物學中的應用研究，試驗了具有一定比表面的葡萄糖和二氧化矽增強的奈米粒子。在卞列方面與工業上可獲得的人造磁珠做了比較：DNA自動提純、蛋白質檢測、分離和提純、生物物料中逆轉錄病毒檢測、內毒素消除和磁性細胞分離等。例如在DNA自動提純中，用濃度為25mg/mL的葡聚糖奈米磁粒和SiO2增強的奈米粒子懸濁液，達到了＞300ng/μL的DNA型1-2KD的非專門DNA鍵合能力。SiO2增強的葡聚糖奈米粒子的應用使背景訊號大大減弱。此外，還可以將磁性奈米粒子表面塗覆高分子材科後與蛋白質結合，作為藥物載體注入到人體內，在外加磁場2125×103/π（A/m）作用下，透過奈米磁性粒子的磁性導向性，使其向病變部位移動，從而達到定向治療的目的：例如10～50nm的Fe3O4磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸約為200nm，這種亞微米級的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物可以用於癌症的診斷和治療。這種區域性治療效果好，副作用少。一前途無量的奈米技術。
另外根據TiO2奈米微粒在光照條件下具有高氧化還原能力而能分解組成微生物的蛋白質，科學家們進一步將TiO2奈米微粒用於癌細胞治療，研究結果表明，紫外光照射10min後，TiO2奈米微粒能殺滅全部癌細胞。
其他方面的應用還有一些例子。
20世紀80年代初，人們開始利用奈米微粒進行細胞分離，建立了用奈米SiO2微粒實現細胞分離的新技術。其基本原理和過程是：先製備SiO2奈米微粒，尺寸大小控制在15～20nm。結構一般為非晶態，再將其表面包覆單分子層。包覆層的選擇主要依據所要分離的細胞種類而定，一般選擇與所要分離細胞有親和作用的物質作為附著層。這種SiO2奈米粒子包覆後所形成複合體的尺寸約為30nm；第二步是製取含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液，適當控制膠體溶液濃度；第三步是將奈米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，再透過離心技術，利用密度梯度原理，使所需要的細胞很快分離出來。此方法的優點是：①易形成密度梯度；②易實現奈米SiO2粒子與細胞的分離。這是因為奈米SiO2微粒是屬於無機玻璃的範疇，效能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應，既不會玷汙生物細胞，也容易把它們分開。
利用不同抗體對細胞內各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將奈米金粒子與預先精製的抗體或單克隆抗體混合，製備成多種奈米金-抗體複合物。藉助複合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的複合物，在白光或單色光照射下呈現某種特徵顏色（如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標籤，因而為提高細胞內組織的解析度提供了一種急需的染色技術。
生物材料應用於人體後，其周圍組織有伴生感染的危險，這將導致材料的失效和手術的失敗，給患者帶來巨大的痛苦。為此，人們開發出一些兼具抗菌性的奈米生物材料。如在合成羥基磷灰石奈米粉的反應中，將銀、銅等可溶性鹽的水溶液加入反應物中，使抗菌金屬離子進入磷灰石結晶產物中，製得抗菌磷灰石微粉，用於骨缺損的填充和其他方面。
目前已發現多種具有殺菌或抗病毒功能的奈米材料。二氧化鈦是一種光催化劑，普通TiO2在有紫外光照射時才有催化作用，但當其粒徑在幾十奈米時，只要有可見光照射就有極強的催化作用。研究表明在其表面會產生自由基離子破壞細菌中的蛋白質，從而把細菌殺死，並同時降解由細菌釋放出的有毒複合物。實踐中可透過向產品整體或部件中新增奈米TiO2，再用另一種物質將其固定化，在一定的溫度下自由基離子會緩慢釋放，從而使產品具有殺菌或抗菌功能。例如用TiO2處理過的毛巾，只要有可見光照射，毛巾上的細菌就會被奈米TiO2釋放出的自由基離子殺死。TiO2光催化劑適合於直接安放於醫院病房、手術室及生活空間等細菌密集場所。
經過近幾年的發展，奈米生物陶瓷材料研究已取得了可喜的成績，但從整體來分析，此領域尚處於起步階段，許多基礎理論和實踐應用還有待於進一步研究。如奈米生物陶瓷材料製備技術的研究——如何降低成本使其成為一種平民化的醫用材料；新型奈米生物陶瓷材料的開發和利用；如何儘快使功能性奈米生物陶瓷材料從展望變為現實，從實驗室走向臨床；大力推進分子奈米技術的發展，早日實現在分子水平上構建器械和裝置，用於維護人體健康等，這些工作還有待於材料工作者和醫學工作者的竭誠合作和共同努力才能夠實現。