生物玻璃材料

第四節(jié)生物玻璃材料4.1

定義生物玻璃是經(jīng)特別設(shè)計(jì)的化學(xué)組成可誘發(fā)生物活性的含氧化硅化合物。玻璃生物管一般把原料粉末按成分要求配比混合均勻，將粉末在高溫爐內(nèi)熔化，再將融化好的玻璃澆注成型（板、條、塊等形狀），然后在適當(dāng)溫度進(jìn)行退火處理（消除應(yīng)力），即可得到玻璃。玻璃器皿玻璃管玻璃珠1970,美Florida大學(xué)L.Hench開(kāi)發(fā)45S5生物玻璃，成分：SiO2：45%，Na2O：24.5％，CaO：24.5％，P2O5：6％.1982，日本京都大學(xué)小久保研制A-W微晶玻璃，成分：SiO2：34.2%，CaO：44.9％，P2O5：16.3％,MgO：4.6％，CaF2：0.5％.4.2

生物玻璃的發(fā)展我國(guó)生物玻璃的研究已達(dá)二十多年,現(xiàn)已成為材料學(xué)、生物化學(xué)以及分子生物學(xué)的交叉學(xué)科。由于生物玻璃具有人體硬或軟生命組織有機(jī)聯(lián)結(jié)的特點(diǎn),在骨科、牙科、中耳等方面,對(duì)人體的傷害部位可進(jìn)行修護(hù)治療以至康健,其前景可觀。骨修復(fù)牙修復(fù)生物玻璃主要由si、Na、Ca以及P的氧化物組成。被發(fā)現(xiàn)具有生物活性的玻璃已有一系列組成,并且對(duì)這些系列玻瑞已積累了大量的模擬人體溶液實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).常用的模擬人體溶液有兩種:（1）是Tris緩沖液;（2）是離子濃度與人體液體中含量相近的模擬人體溶液。理論研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)生物玻璃浸在類(lèi)人體溶液中時(shí),其表面將發(fā)生五步系列反應(yīng)以及在表面建立起雙電層和負(fù)的Zeta電勢(shì),從而誘導(dǎo)含碳的經(jīng)磷灰石在生物玻璃表面的沉積和結(jié)晶,而經(jīng)磷灰石被公認(rèn)在與硬或軟體組織連接中起關(guān)鍵作用;除溶液實(shí)驗(yàn)外,生物玻璃在動(dòng)物移植實(shí)驗(yàn)中實(shí)際地發(fā)現(xiàn)了與硬或軟組織的有機(jī)聯(lián)結(jié),基于這些研究成果,已有生物玻璃產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上。磷灰石

生物玻璃在世界廣泛的應(yīng)用,給人類(lèi)醫(yī)療健康帶來(lái)又一突破性進(jìn)展,將取決科學(xué)研究對(duì)無(wú)機(jī)材料怎樣與有機(jī)體相聯(lián)結(jié)的進(jìn)一步了解,以及更為廣泛的積累動(dòng)物和人體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.3微晶玻璃如將某些玻璃在適當(dāng)?shù)母邷剡M(jìn)行晶化處理，則玻璃中可析出大量微小晶體（一般小于1nm），這樣的玻璃稱(chēng)為微晶玻璃、結(jié)晶化玻璃或玻璃陶瓷。微晶玻璃凹堝微晶玻璃復(fù)合材料微晶玻璃中通常含有50％～90％的微小晶體成分，而非晶態(tài)(玻璃態(tài))含5％～50％，玻璃相把微小的晶粒連結(jié)起來(lái)。4.3.1微晶玻璃的特點(diǎn)4.3.2微晶玻璃的性質(zhì)微晶玻璃較普通玻璃的機(jī)械強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、硬度、耐磨)有很大提高。全球生物玻璃生物玻璃材料與生物陶瓷一樣，按其與生物體組織相互作用情況分為兩類(lèi)：（1）非活性的近似惰性（2）生物活性的4.4生玻璃的分類(lèi)4.4.1惰性生物玻璃惰性生物玻璃在生物體中由于體液的用，只是表面組成出現(xiàn)少量的脫堿作用或因硅氧網(wǎng)絡(luò)稍有溶解而產(chǎn)生變化，基體則未發(fā)生改變。4.4.2活性玻璃活性玻璃則由于體液作用，玻璃中堿性離子和硅氧網(wǎng)絡(luò)在浸蝕過(guò)程中逐漸破壞，離子溶解并進(jìn)入體液中循環(huán)?？傮w上看，生物玻璃較降解性陶瓷降解速度慢，組織反應(yīng)活性差一些，但活性高于惰性生物材料?；钚圆Ａ锵嗳菪院?，植入體內(nèi)后能在界面上通過(guò)一系列離子交換和溶解—沉淀反應(yīng)，在其表面形成磷灰石晶體，殘留下的玻璃被巨嗜細(xì)胞侵蝕，玻璃表面被基質(zhì)類(lèi)物質(zhì)覆蓋，玻璃附近的軟骨芽細(xì)胞和造骨細(xì)胞的增殖趨于活躍，不久就形成了骨膠原纖維和磷灰石結(jié)晶，從而和軟組織及組織成骨鍵合，骨組織和軟組織很容易在其表面生長(zhǎng)，其生物活性主要與化學(xué)組成相關(guān)。生物活性玻璃與骨組織間的反應(yīng)玻璃與骨組織形成界面鍵合區(qū)生物玻璃大多是與磷酸鹽有關(guān)的玻璃和混合材料，或是含磷的硅酸鹽玻璃、高氟鋁硅酸鹽玻璃。它們一般含有氧磷雙鍵(P＝O)、硅氟鍵(Si—F)或鋁氟鍵(Al—F)。硅酸鹽玻璃高氟鋁硅酸鹽玻璃活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷，通常要求SiO2的含量低于60%，同時(shí)含有Na2O以及CaO／P2O5。

與生物陶瓷一樣，生物玻璃具有一定大小的孔徑，維持一定的孔率是保持生物活性的關(guān)鍵因素之一。純粹玻璃的成型有一個(gè)熔融過(guò)程，常用致孔劑難以有效形成多孔結(jié)構(gòu)、特別是難以形成開(kāi)口的孔隙；可以仿照陶瓷的燒結(jié)過(guò)程，將一些微晶玻璃原粉，通過(guò)磨細(xì)后加致孔劑靜壓成型，然后在高溫下燒結(jié)得到多孔結(jié)構(gòu)體。作為骨組織替代物或填充材料，一定的力學(xué)強(qiáng)度是必須的。生物玻璃的抗壓強(qiáng)度以及其他主要物理性質(zhì)(密度、熱膨脹系數(shù)等)均與人體骨相近，但韌性較人體骨組織差，通過(guò)加入特殊組分可改善生物玻璃的韌性，甚至得到可切削的生物玻璃。

例如：組成為MgO(15.5％)、Al2O3(12.6％)和SiO2(71.9％)的玻璃，當(dāng)部分氧原子被F(11.2％)原子取代后，再摻雜5.2％氧化鈉得到可切削玻璃；加入少量CaO、P2O5不會(huì)影響其機(jī)械性質(zhì)而形成生物活性玻璃。4.5生物玻璃在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：生物玻璃主要用于人工骨、人工牙或骨缺損部位的填充等，少數(shù)作為人工關(guān)節(jié)、斷指連接材料。也可作為鈦合金牙種植體的表面涂層。治療用生物玻璃。

（1）人工骨用生物玻璃，它具有良好的耐酸堿腐蝕特性、生物相容性和耐磨性能；（2）治療用生物玻璃，可埋入腫瘤部位，通過(guò)在磁場(chǎng)下發(fā)熱的特性或其內(nèi)部的同位素放出的射線殺死癌細(xì)胞，也