生物玻璃的研究现状、制备及发展趋势

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1、生物玻璃的研究现状、制备及发展趋势摘要:生物玻璃具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性，已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点。本文论述了生物玻璃的研究现状，M时对生物玻璃的不M制备方法进行了概述，重点介绍了溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃，丼展望了生物玻璃发展与疲用前景。关键词:生物玻璃；研究现状；溶胶-凝胶法；应用前景1引言生物玻璃是一种与竹组织和软组织均有良好的结合能力的特种玻璃，在植入体内n生物活性玻璃表面即与体液发生离子反应，最终在玻璃表面形成类似骨小无机矿物的低结晶度碳酸羟蕋磷灰石S（HCA）。20世纪70

2、年代初，Hench教授通过熔融法制备出Na20-Ca0-Si02-P205系统的牛物玻璃45S5,开创了一个崭新的生物材料研究领域。研究发现，在体内实验中生物活性玻璃比其他生物陶瓷能更快的勾骨组织键合，体外模拟体液（SBF）屮浸泡一段时M能在表而生成类竹的碳酸羟基磷石晶体。而且生物玻璃可以通过组分的改变来调节它们的牛物矿化及降解性能。然而，牛物坡璃材料的牛物力#性能，可梯度降解性能和孔结构等问题在一定程度上影响Y生物玻璃医疗器械的临床治疗效果。因此，克服生物活性玻璃的不；li,进一少改莕和捉高生物活性玻璃材料的各项性质，将

3、成为材料科学、生物科学及匡学及等交叉学科的研究热『1］。2生物玻璃的发展过程及现状继Hench教授研制开发出45S5生物玻璃之后，又有多种生物活性微晶玻璃不断被研制开发出來。1973年，德国Bromer等人通过大幅度减少碱金属氧化物的含呈，即减少钾、钠含暈，增加钙、磷含量并应川坡璃的微晶技术，成功制备了Na20-K20-Mg0-Ca0-PA-Si0^^统的微品生物玻璃（Ceravital），主品相为碳酸磷灰石。其化学组成为（呼尔分数）Na204.8%,K200.4%,MgO2.9%,Ca034.0%,PA11.7%,Si0

4、246.2%。其生物活性低于45S5玻璃,但其机械性能却存了较人的提高，可以应用于受力不明显的骨缺损的填充，如颂骨的修补，也可作为骨水泥材料应用于临床上。由Hench教授开发的45S5生物玻璃中，K、Na含量较高，因而化学稳定性不好，从而影响其长期耐久性，且强度较低，应用受到限制，1982年，日木京都人学的小久宝正等通过热处现MgO-CaO-SiO2-P2O5-CaF2玻璃制出丁高强度的生物微晶玻璃（A-W微晶玻璃），其玻璃基质屮含杏晶相磷灰石和硅灰石。W不含碱金属氣化物，所以它的机械性能较好，是当前力学性能最好的医用微品

5、玻璃材料，各项力学性能均接近人骨，此外，它与骨骼组织的结合强度也较高。为满足临床使用的需要，生物材料必须被加工成一定形状，这要求生物材料具有良好的可加工性。1983年，Holland等研制成功了商品名为Bioverit的可切削生物微晶玻璃，其主晶相是磷灰石和金云埘晶体。这类微晶生物玻璃的特点是既其有一定的生物活性又其有较好的可切削加工性能，可根据临床需要利用一般的机械加工方法制成各种不同形状，材料不会发屯断裂。此外，近年来生物材料领域的研究者们相继研制出磷酸盐多孔微品玻璃、铁磁玻璃陶瓷和含生物玻璃相的S合生物材料等一系列特

6、定性能的生物活性玻璃。生物活性玻璃作为人工医学材料已得到广泛研究和临床应用，越来越敁示岀惰性生物材料所不能比拟的优势12］。3生物玻璃的制备3.1熔融法制备生物活性玻璃最早制备生物活性玻璃的方法是熔融法。通常原料耍求有一定的纯度，不含有超过限量或未知的对生物体冇害的成分。粉状原料在配合时应按适当的称虽步骤及次序称出，并放迕一起混合，混合时乂须注意使配合料保持一定的湿度，以避免粉尘飞扬，一般水分可控制在之间。高碱和含磷较®的生物玻璃的熔制，最高温度约在1300-1350°C。熔融法是制备生物玻璃的常用方法，但用这种方法制备生

7、物活性玻璃对原料要求卨；熔融过程中易侵蚀坩埚，熔融所需温度高，而高温烧结易造成材料成分不均匀，降低材料的生物活性；组分不易控制，采用该方法制备的生物玻璃密实无孔、比表面积小，一般当$川2含量超过60%（质量分数）时，玻璃就不再具有生物活性。3.2溶胶-凝胶法制备生物活性玻筠熔融法制备的生物活性玻璃成功用于各种临床应用已冇I•多年，但由于熔融法的局限性，人们研究开发了溶胶-凝胶生物活性玻璃。SiO2-CaO-PA生物玻璃系统的前驱体主要是正硅酸乙脂（TEOS）、卩q水硝酸钙和磷酸三乙脂（TEP）。用盐酸或硝酸催化TEOS和T

8、EP的水解,通常H2O与醇盐的比值（R值）为（摩尔比）；所有反应物都加入后，充分搅拌，经过充分水解后得到均匀的溶胶；胶凝后陈化一段时间，蛣后在15（TC下干燥；干凝胶经过研磨和过筛，得到的粉体经过压制和烧结就可得到所需的块体材料。人致少骤如图1所示。TEOSTEPCN胶凝加工和烧结研磨和过筛千凝胶图1溶