生物活性玻璃

1、生物活性玻璃1生物活性玻璃11.1有序皆空生物活性玻璃21.2生物活性玻璃發(fā)展史22 生物活性玻璃的制備方法32.1 熔融燒結法32.2 溶膠凝膠法41971年，美國福羅里達州立大學l.l.hench教授偶然發(fā)現(xiàn)，一些特殊組分的玻璃材料植入生物體內，作為骨骼或牙齒的替代物，能與骨形成緊密結合，經過一系列的動物實驗，證實它具有良好的生物相容性和迅速有效的促進骨修復的特點，因此首次提出了生物活性的概念。為了區(qū)別于一般的玻璃，所以稱其為生物活性玻璃。繼hench之后，又有多種生物活性玻璃不斷被開發(fā)研制出來。研究者們對生物活性玻璃進行了大量體外生物活性測試、體外細胞培養(yǎng)實驗以及動物體內移植實驗，使得人

2、們逐漸了解了生物玻璃與人體骨組織成鍵聯(lián)結的過程和機理。至今人們對于生物玻璃的研究已達三十多年，已成為材料學、生物化學以及分子生物學的交叉學科。目前生物玻璃在骨科、牙科、中耳科等方面有著廣泛的臨床應用，其前景可觀。由此可見，對于生物玻璃組成、結構的進一步研究，對于材料與細胞作用機理的進一步探討，以及積累更廣泛的動物和人體實驗數(shù)據(jù)，有望給人類醫(yī)療健康事業(yè)帶來巨大貢獻。1生物活性玻璃生物玻璃是一種能實現(xiàn)特定的生物、生理功能的玻璃。將生物玻璃植入人體骨缺損部位，它能與骨組織直接結合，起到修復骨組織、恢復其功能的作用。其主要成分有na2o、cao、sio2和p2o5。由于生物材料的特殊要求，制備生物玻璃

3、須采用高純試劑作原料，以鉑坩堝為容器，盡可能減少雜質混入。由于生物玻璃化學穩(wěn)定性差，易與環(huán)境中的水分反應，因此在加工、滅菌和保存中，須保持干燥，防止變質。目前主要用溶膠凝膠制備，這樣能很好的保留其生物活性。1.1有序皆空生物活性玻璃有序介孔生物活性玻璃（mbg）是mesoporous bioactive glass的簡稱，是將介孔材料的合成引入到生物材料中，合成出的一種高于普通生物玻璃的比表面積和孔容，并具有可控的介孔和介觀結構的新型材料。介孔材料最突出的特點就是介孔的孔徑分布均一、可調，比表面積以及孔容較大。期望利用介孔材料的這些特點，獲得組分、結構可控，生物性能更佳的新型生物玻璃材料。1.

4、2生物活性玻璃發(fā)展史1971年，hench教授等合成了一種由鈉-鈣-磷-硅組成的特殊玻璃，植入老鼠股骨后，并不在界面形成疤痕組織，相反它們與活體骨形成骨鍵結合而牢固地固定在植入處，這個發(fā)現(xiàn)就是我們前文中所提到的生物活性玻璃材料(bioaetiveglass，bg，簡稱生物玻璃)。這種玻璃不是一種常規(guī)的玻璃，其sio2的質量百分數(shù)僅為45%，其他組分請見下圖1。在組分中na和ca作為玻璃網絡改性劑。此外，為了有類似經基磷灰石的ca/p組分，6%的p被加入。這就是商品化的生物玻璃bioglass45s5，其在骨科、口腔科、整形外科得到廣泛應用。80年代中生物活性玻璃作為中耳骨植體開始人體臨床應用研

5、究；90年代初作為骨修復替代材料在臨床上使用;某些產品己獲得美國fda許可和歐洲 cemark認證;1999年中國亦許可其在骨科上的臨床使用。繼hench之后又有多種生物活性玻璃不斷被開發(fā)研制出來。如西德bromerx等在生物活性玻璃成分基礎上，減少鉀、鈉含量，增加鈣、磷含量，合成了塞拉維托玻璃，被廣泛地應用于中耳外科手術；1982年，日本京都大學的kukob。等研制成功a-w微晶玻璃。為滿足臨床使用的需要，生物材料必須被加工成一定形狀，這就要求所使用的生物材料具有良好的加工性能。為此，人們設計出一種含氟磷灰石和氟金云母兩種微晶相的可切削加工生物玻璃陶瓷。隨著研究的進步，生物玻璃的合成有了重大

6、突破。 1991年，hench課題組鈞各溶膠凝膠技術與生物玻璃的合成技術相結合，合成了三元的生物玻璃。溶膠凝膠方法的引入，大大地拓展了生物玻璃在組成上的變化，降低了合成時焙燒溫度的要求，最為關鍵的是使得生物玻璃由完全致密的結構轉化為多孔材料。這些將在下面有詳細介紹。其后，vanet-regi課題組對生物玻璃進行了大量的研究，包括不同組分材料的體外生物活性，不同材料孔徑與體外生物活性的關系，以及生物玻璃材料在醫(yī)學上的潛在應用等?，F(xiàn)在，合成生物玻璃的手段隨著研究的深入而得到了極大的豐富。近年來，合成大孔的生物玻璃，逐漸成了研究者們關心的另一個研究方向。由于大孔材料能有效地為附著在材料上的細胞傳輸營

7、養(yǎng)物質，有利于其繁殖分裂，從而使其成為優(yōu)良的骨組織工程支架材料。 此外，復合材料也越來越引起人們的重視，生物材料由于其本身收縮大，強度低等缺點，在骨組織工程支架材料的實際應用中遇到了很多問題。最近出現(xiàn)了生物玻璃與生物降解性的高分子材料的復合，提高了機械性能；生物玻璃與羥基磷灰石的復合；生物玻璃與磁性粒子的復合等。圖1 生物玻璃主要組分圖總之，從hench教授發(fā)明生物玻璃至今己經過去快四十年，生物玻璃已經在骨科，牙科，五官科等醫(yī)學領域有著廣泛應用，前景可觀。隨著研究的發(fā)展，生物玻璃的研究己經成為材料學、生物學及醫(yī)學的交叉學科，成為研究熱點。2 生物活性玻璃的制備方法目前，生物玻璃材料的制備方法可

8、分為熔融燒結法和溶膠凝膠法兩大類。2.1 熔融燒結法 早期生物玻璃就是通過熔融燒結法合成的，其中sio2和p2o5構成了材料的骨架，cao和na2o則作為玻璃網絡的改性劑。將以上組分的前驅物混合之后，在1400高溫條件下將反應原料進行熔融，然后冷卻，固化，褪火得到無色透明的生物玻璃。由于此種方法合成的生物玻璃材料經過高溫處理，所以結構較為致密。2.2 溶膠凝膠法 使用溶膠凝膠法制備生物玻璃是將實驗用原料，一般是正硅酸乙酯（teos）、硝酸鈣和磷酸三乙酯（tep），鹽酸作為催化劑，按照一定的比例依次加入燒杯中攪拌成均勻溶液。在室溫下陳化使水解-縮聚反應充分進行，形成凝膠，將所得的凝膠塊烘干，最后進行熱處理（700左右），便制得生物玻璃材料。 與傳統(tǒng)熔融燒結法制備