生物玻璃材料研究进展

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1、生物玻璃材料研究进展摘要：随着材料科学的发展，生物材料由于具冇対机体组织进行修复替代与再生的特殊功能己成为当今生物医学工程学屮的重要组成部分。其研究内容涉及材料医学物理牛物化学和现代高技术等诸多学科领域。牛物活性玻璃是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料。通过熔融法、溶胶-凝胶法等制备的生物活性玻璃，广泛应用于骨骼修复、口腔治疗以及创I」愈合等方面。已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点，越來越受到人们的重视。关键词：生物活性玻璃；溶胶-凝胶法；骨骼修复；生物材料正文生物材料，包括生物玻璃、生物玻璃

2、陶瓷、生物磷酸钙陶瓷以及生物复合材料、生物涂层等，是一类可对肌体组织进行修复、替代与再生，貝有特殊功能的材料。由于其具有较高的生物活性、生物相容性和化学稳定性，近几十年来的研究十分活跃。生物活性玻璃(bioactiveglass,BG)是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料，由美国佛罗里达大学Hench教授在1969年研发出来的。具有与骨组织形成化学性结合能力，与骨组织和软组织均冇良好的结合能力，在植入体内后生物活性玻璃表而即与体液发生离了反应，最终在玻璃表面形成类似骨中无机矿物的低结晶度碳酸轻基磷灰石层

3、(HCA),因化学组成与生物体的骨骼相似，容易与周围的骨骼形成牢固的化学键合即骨性结合，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，越来越受到人们的重视，特别是生物活性玻璃复合材料的研发成功，更是给人类健康带来了又一突破性进展。1生物活性玻璃的制备方法1.1熔融法熔融法是制备牛物玻璃最常用的办法之一，采用该方法制备的生物玻璃密实无孔、比表面积小。熔融法的一般制备工艺是将原料混合均匀后，在千摄氏度以上的高温下熔融成玻璃液，保温一段时间后淬冷，得到成品。熔融法制备工艺

4、简单、易于大规模生产，但是通过熔融法制得的生物玻璃，其组成范围和生物活性都受到一定的局限，因为高温容易使配料屮的磷等元素挥发、使其成分的控制难以精确，而且玻璃的高温熔制容易导致Si-0H官能团的减少，且得到的生物材料中的溶解性能相对较低，这些因素都会降低材料的生物活性。另外制备反应温度也比较高，能耗较大。1.2溶胶-凝胶法近年来，溶胶-凝胶技术已成为制备新材料的重要方法。不同于传统的熔融法制备的生物活性玻璃，溶胶-凝胶生物活性玻璃（sol-gelderivedbioactiveglasses,SGBG）是由

5、大量的粒径为几十纳米的微球组成，微球堆积间隙形成均匀分布的微孔，孔径分布在几纳米到几十纳米。虽然溶胶■凝胶工艺过程若干机制尚未清楚，但典型的溶胶■凝胶反应通常包括两个步骤：（1）烷氧基金属有机化合物水解成轻基化合物；（2）轻基化合物缩合及缩聚过程。工艺流程包括：溶胶的制备、溶胶•凝胶转化、凝胶干燥等步骤。缩聚过程可形成二氧化硅（SiOJ无机网络，水和醇的挥发造成网络的多孔性，使其具冇较大的比表而积。高的比表面积和均匀分布的微孔有利于提高材料的化学反应活性和降解速度，形成较多的疑磷灰石矿物的成核位以及改善材料

6、的组织细胞亲和性，促进冇利于新骨生长的各种胶原、蛋白物质及骨细胞的附着。2生物玻璃的活性生物活性玻璃植入人体体内后会与体液反应。在生物玻璃表而生成疑基磷灰右结构层，这是生物玻璃具有活性的重要原因。经过一段吋间的反应，碳酸疑基磷灰石晶相支架层形成，它具冇较人的表面积11表面带有负电荷，适合吸附大量的生物分子，因此瓮基磷灰石晶相层成为新组织生长的基床。细胞在生物活性玻璃表面快速增殖与分化，最终与周同组织相融合。3生物活性玻璃的应用3.1在骨骼修复中的应用生物活性玻璃作为骨替代材料具冇以下优点：（1）骨形成迅速，

7、除骨引导作用以外，在颗粒内部及其周围也可见骨生成。（2）颗粒大小均匀，由于颗粒之间空隙和材料表面的大量微孔存在，为血管和组织的长人和紧密结合提供了良好条件。（3）操作性能良好，生物相容性好，冇黏附性和局部止血作用。（4）X线阻射，便于术后检查。（5）貝有降解性，颗粒可被吸收，最终形成骨样结构。植入体内的BG的降解有以下几个机制：（1）物理降解，包括曲磨损、折断、断裂等物理作用造成的材料结构的破坏和质量的损耗；（2）化学降解，主要是材料的水解、晶体结构的破坏和小分子降解颗粒的形成与扩散：（3）生物降解，就是巨

8、噬细胞和多核乔噬细胞等白细胞的参与下将化学降解得到的小颗粒进一步分解、消化，并将其运送至周围组织进入循环系统的过程。三种降解过程使得BG颗粒在生物组织中被逐步降解和吸收，其降解速率与其促进骨修复的速度相适应，在促进新骨形成的同吋，木身亦随降解而从体内消失，并为新生组织所代替。3・2在药物载体方面的应用一药物治疗载体是生物玻璃最有而景的应用Z—。各类药物储存在多孔的生物玻璃中，植入人体的关键部位，随着生物玻璃表面反