生物活性玻璃
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生物活性玻璃一、引言生物活性玻璃(bioactive glass,BAG)是一种具有良好生物相容性和生物活性的材料,具有广泛的应用前景。
其中,BAG-被用来修复和再生骨骼和牙齿组织,被广泛应用于医疗领域。
二、生物活性玻璃的历史20世纪50年代,全欧洲的学者和医生都在寻找一种可以更好地修复骨骼缺陷的方法,而玻璃领域的科学家们则在研究如何用玻璃代替骨骼的缺陷。
这些研究最终导致了生物活性玻璃的发现。
1969年,英国剑桥大学的Larry Hench教授首先提出了生物活性玻璃的概念。
Hench通过在玻璃中添加天然的人体成分和改变玻璃化学构成来使玻璃具有生物活性,并被称为“胡萝卜玻璃”,因为它的配方中包含了苹果、胡萝卜和菠菜。
在BAG-45S5的构成和材料所使用的原理上,也是Hench教授在20世纪70年代末期发明的。
20世纪70年代末期,Hench创造了第一种BAG, BAG-45S5,它包括SiO2、Na2O、CaO和P2O5。
BAG-45S5存储在A-W慢晶体基质的研究并且在存储后才释放出离子,该研究是BAG行业的里程碑。
三、生物活性玻璃的材料和制造方法生物活性玻璃是由玻璃形成材料和可释放出溶解离子的化学元素的混合物组成的。
BAG的组成可以通过改变其成分控制所释放的离子,包括Na+、Ca2+和SiO4^-4等。
BAG的制造方法大多基于锻造、键合、重燃及溶胶-凝胶等步骤,其中,溶胶-凝胶法是被广泛运用的一种。
四、生物活性玻璃的生物活性及应用BAG具有良好的生物活性是由于其表面的氢氧根离子与生物体的液体接触产生化学反应,释放出有益于骨细胞生长和修复的离子。
因此,BAG在医学领域被广泛应用于骨科修复和牙科修复。
(一)BAG在骨科修复中的应用1、 BAG可以加速骨细胞形成和骨重构,它的离子能够引发生长因子的生物化学反应,加速骨细胞的分化和增殖。
2、 BAG可以促进骨重构,并增强骨密度、硬度、强度和抗扭曲性等物理特性。
生物活性玻璃材料的合成与性能研究引言生物活性玻璃是一种可以与人体骨组织相结合的特殊材料,具有广泛的应用前景。
为了实现更好的疗效和生物相容性,对生物活性玻璃材料的合成与性能进行深入研究具有重要意义。
合成方法目前,合成生物活性玻璃材料的方法有多种,其中最常见的是烧结法和溶胶-凝胶法。
烧结法是将特定比例的无机物粉末制备成块状,然后高温加热使粉末熔融并冷却形成玻璃材料。
溶胶-凝胶法是将适量的金属盐或金属有机物在溶剂中制备成胶体溶液,然后通过加热和干燥过程形成玻璃材料。
性能研究生物活性玻璃材料具有一系列特殊的性能,如生物相容性、生物固定性和生物可解性。
生物活性玻璃材料能够与人体骨组织形成化学结合,促进骨再生。
此外,它还能够释放出有益的离子,如钙离子,促进骨细胞的增殖和分化。
这些特殊性能使得生物活性玻璃材料在骨修复和组织工程等领域具有广泛的应用前景。
性能与合成的关系研究合成方法对生物活性玻璃材料的性能有着重要影响。
溶胶-凝胶法合成的生物活性玻璃材料具有较高的孔隙度和比表面积,有利于药物的吸附和释放,从而提高治疗效果。
烧结法合成的生物活性玻璃材料则具有较高的力学强度,可用于骨缺损更为困难的情况下。
因此,选择合适的合成方法对于获得具有特定性能的生物活性玻璃材料至关重要。
应用前景生物活性玻璃材料的研究和应用已经涉及到多个领域。
在骨修复领域,生物活性玻璃材料可以用于治疗骨折、骨缺损以及关节置换术后的骨修复。
在牙科领域,生物活性玻璃材料可以用于治疗牙髓炎、牙周病等口腔疾病。
此外,在组织工程和药物传递领域,生物活性玻璃材料也被广泛应用于三维打印技术和药物缓释系统的研究。
结论生物活性玻璃材料的合成与性能研究是一个具有重要意义的领域。
合成方法对于生物活性玻璃材料的性能具有重要影响,不同的合成方法可以制备出具有特定性能的生物活性玻璃材料。
生物活性玻璃材料具有广阔的应用前景,在骨修复、牙科、组织工程和药物传递等领域具有重要价值。
第1篇一、实验目的1. 了解生物活性玻璃的制备方法及其基本原理;2. 掌握生物活性玻璃的性能测试方法;3. 研究生物活性玻璃在不同条件下的性能变化。
二、实验材料与仪器1. 实验材料:硅砂、硼砂、氧化钙、氧化钠、氧化铝等;2. 实验仪器:高温炉、研磨机、电子天平、分析天平、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子吸收光谱仪等。
三、实验方法1. 生物活性玻璃的制备(1)按一定比例称取硅砂、硼砂、氧化钙、氧化钠、氧化铝等原料;(2)将原料混合均匀,加入适量去离子水;(3)将混合物放入高温炉中,在1200℃下熔融;(4)将熔融物倒入模具中,自然冷却;(5)将冷却后的玻璃块研磨成粉末,过筛,得到生物活性玻璃。
2. 生物活性玻璃的性能测试(1)X射线衍射分析(XRD):分析生物活性玻璃的晶体结构;(2)扫描电子显微镜(SEM):观察生物活性玻璃的微观形貌;(3)原子吸收光谱仪(AAS):测定生物活性玻璃中各元素的含量;(4)力学性能测试:测定生物活性玻璃的抗压强度、抗折强度等;(5)生物活性测试:模拟人体生理环境,研究生物活性玻璃的溶出性能和细胞毒性。
四、实验结果与分析1. XRD分析通过XRD分析,发现制备的生物活性玻璃具有典型的玻璃晶体结构,表明制备方法合理。
2. SEM分析SEM分析显示,生物活性玻璃的微观形貌呈现出均匀的颗粒状,说明玻璃粉末具有良好的分散性。
3. 元素含量测定AAS测定结果表明,生物活性玻璃中Si、B、Ca、Na等元素的含量与理论值基本一致,表明原料配比合理。
4. 力学性能测试抗压强度和抗折强度测试结果表明,生物活性玻璃具有良好的力学性能。
5. 生物活性测试模拟人体生理环境下,生物活性玻璃具有良好的溶出性能,溶出物中Si、B、Ca等元素含量较高,表明生物活性玻璃具有良好的生物相容性。
细胞毒性实验结果显示,生物活性玻璃对细胞无明显毒性。
五、结论1. 本研究成功制备了生物活性玻璃,并通过XRD、SEM、AAS等方法对其进行了性能分析;2. 生物活性玻璃具有良好的生物相容性和力学性能,为生物医学领域提供了新的材料选择;3. 本实验为生物活性玻璃的制备与性能研究提供了参考,有助于进一步优化制备工艺和拓宽应用领域。
生物活性玻璃在软组织修复的研究
生物活性玻璃(bioactive glass)是一种与生物体组织具有相似化学成分和结构的无机材料,其主要成分为SiO2、CaO、Na2O和P2O5等。
生物活性玻璃展现出在人体内具有良好的生物相容性、生物活性、生物降解性和组织再生诱导能力等特点,因此广泛用于医学
领域及各种软组织修复中。
生物活性玻璃具有多种能够促进软组织修复的生物学效应。
首先,通过其表面含有的
诱导生长因子,例如骨形态发生蛋白(BMP)以及成纤维细胞生长因子(FGF),可以促进
细胞迁移、增殖和分化,从而促进组织重建和修复。
此外,生物活性玻璃的可生物降解性,可以调节组织的生长和修复过程,利于软组织愈合。
最后,生物活性玻璃的生物活性可以
提高其在组织修复过程中的接近程度和修复效率。
近年来,生物活性玻璃已被广泛用于软组织修复过程中。
例如,生物活性玻璃可以制
成各种机械支架和载体,用于软骨、腱骨连接以及软组织缺陷修复等。
在软骨修复应用中,研究表明生物活性玻璃可促进皮肤细胞和软骨细胞的生长、分化和胶原合成,推动软骨愈
合和重建。
在腱骨连接修复应用中,生物活性玻璃也可以提高软组织接触,增强软组织愈
合和附着。
总体而言,生物活性玻璃在软组织修复中具有广泛的应用前景和强大的生物学效应。
未来,随着对其物理化学性能和生物学行为的深入探究和扩展应用,其在各种软组织修复
中的应用前景将进一步展现出来。
生物活性玻璃材料的制备与性能研究I. 引言生物活性玻璃材料是一种具有广泛应用潜力的材料,可用于骨修复、医疗器械、药物传递等领域。
本文旨在探讨生物活性玻璃的制备方法以及其性能研究。
II. 生物活性玻璃的制备方法A. 熔融法熔融法是制备生物活性玻璃的常见方法之一。
通过将合适的化学成分混合,并在高温下熔融,然后迅速冷却,可得到无定形的玻璃材料。
此方法可实现大规模生产,但由于工艺复杂,可能导致玻璃中的结晶和气泡形成。
B. 反应法反应法是制备生物活性玻璃的另一种常见方法。
一种典型的反应法是溶胶-凝胶法。
通过将溶胶中的金属离子与氢氧根离子或多元羟基有机分子进行反应,形成凝胶。
凝胶可通过干燥、烧结等工艺得到生物活性玻璃材料。
此方法可控制材料的孔隙结构,但制备周期长。
III. 生物活性玻璃的性能研究A. 生物活性生物活性是衡量材料的重要性能之一。
生物活性玻璃具有良好的生物活性,即能在生物环境中与组织发生相互作用,促进骨组织再生。
该性能由玻璃中的离子交换和表面反应引起。
B. 生物相容性生物相容性是评价材料在体内应用时对机体无害性和可接受性的指标。
生物活性玻璃材料的低毒性和生物相容性使其成为理想的医疗材料。
研究表明,该材料对人体细胞具有良好的相容性。
C. 力学性能生物活性玻璃的力学性能对其在骨修复中的应用起着重要的作用。
优秀的力学性能可以保证材料在植入后的稳定性和持久性。
因此,研究人员对生物活性玻璃的强度、韧性、硬度等力学性能进行了广泛的研究。
D. 药物传递性能生物活性玻璃材料还具有良好的药物传递性能。
其孔隙结构和表面活性可用于控制药物缓释速率,实现局部治疗和药物输送。
许多研究表明,生物活性玻璃可有效提高药物传递效果。
IV. 结论生物活性玻璃材料的制备和性能研究已取得了不俗的进展。
熔融法和反应法是常用的制备方法,各有优劣。
生物活性、生物相容性、力学性能和药物传递性能是评价该材料的重要指标。
未来应进一步深入研究和优化制备方法,以实现其在医学领域的广泛应用。
生物活性玻璃在软组织修复的研究引言生物活性玻璃是一种具有生物活性的材料,能够与生物体组织发生良好的相容性,被广泛应用于骨外科领域。
近年来研究发现生物活性玻璃在软组织修复中也具有潜在的应用价值。
本文将就生物活性玻璃在软组织修复中的研究进展进行综述,探讨其在软组织修复中的应用前景。
生物活性玻璃的基本特性生物活性玻璃是一种由硅酸盐玻璃和生物活性物质组成的材料,具有优异的生物相容性和生物活性。
在生物活性玻璃表面,存在着富含羟基(OH-)的无定形结构,使其具有良好的生物吸附性和生物活性。
生物活性玻璃还具有可溶性的特性,能够释放出活性离子,如钙离子、磷酸盐离子等,促进组织修复和再生。
这些特性使得生物活性玻璃成为一种优秀的软组织修复材料。
生物活性玻璃在软组织修复中的应用主要包括两个方面:一是作为软组织填充材料;二是作为软组织修复支架材料。
作为软组织填充材料,生物活性玻璃可以用于填充软组织缺损,如皮肤损伤、软组织创面等。
研究表明,生物活性玻璃具有良好的渗透性和形态可控性,能够填充软组织缺损并促进软组织再生。
生物活性玻璃还能够释放出钙离子等活性离子,促进软组织细胞的增殖和分化,加速软组织修复过程。
近年来,越来越多的研究关注生物活性玻璃在软组织修复中的应用。
一些研究表明,将生物活性玻璃与生物活性材料(如生物活性陶瓷、生物活性高分子材料)复合应用,可以提高软组织修复材料的生物活性和机械性能,促进软组织修复和再生。
另一些研究表明,通过表面改性和纳米结构设计,可以调控生物活性玻璃的生物活性和可降解性,实现对软组织修复的精准促进。
一些研究还关注生物活性玻璃的生物降解性能和组织材料相互作用机制,以期能够更好地发挥其在软组织修复中的作用。
结论与展望生物活性玻璃在软组织修复中具有广阔的应用前景,但也面临一些挑战。
目前,生物活性玻璃在软组织修复中的研究还处于初步阶段,需要进一步深入研究其与软组织的相互作用机制和作用方式。
还需要完善生物活性玻璃的制备工艺和应用技术,提高其生物活性和可降解性,以更好地满足软组织修复的临床需求。
生物活性玻璃是一种具有组织修复功能的特种玻璃材料,最初由佛罗里达大学的Hench教授于19世纪70年代研制开发出来,属于硅酸盐体系且具有特定的化学组成。
其在植入体内后能够产生键合作用从而紧密的结合骨组织,同时不产生炎症等不利反应,具有良好的生物相容性和生物活性,因而引起了生物医用材料界的高度关注,并且随着材料制备技术的发展,生物活性玻璃的特性、制备工艺、化学组成、组织结构以及理化性能也在不断改进,应用前景也越来越广泛。
生物活性玻璃的制备1、熔融法熔融法生物玻璃是第一代生物玻璃,被广泛应用于临床。
其制备方法与普通玻璃的方法类似,首先将一定纯度的粉体原料按照一定化学计量比均匀混合,然后将混合原料在高温条件下(1300~1500℃)熔融,再将高温熔体在水中淬冷,最后通过干燥、研磨和过筛得到生物活性玻璃粉体。
Hench使用熔融法制备了生物活性玻璃(45S5)。
研究发现,45S5生物玻璃具有良好的生物相容性、高生物活性和优异的骨修复性能,其产品已在牙科和整形外科等临床中得到很好的应用,如中耳骨修复、牙周缺损修复以及牙槽脊增高等,并取得良好的治疗效果。
但是,熔融法自身却存在一些不容忽视的缺点,比如高温熔融工艺能耗较大,生物玻璃中的碱金属成分在高温下易腐蚀坩锅造成成分污染,研磨过筛进一步导致有害杂质摻杂且导致颗粒形貌不规则、粒度不均匀,混料不均和分相现象导致成分不均匀,材料呈块状且致密无孔,比表面积小,离子释放和降解速度慢,不利于新生组织的长入等。
2、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是在酸或碱催化下,使含有Ca、P、Si等化合物前驱体在溶液中发生水解生成玻璃溶液,后经过陈化等后处理形成玻璃态凝胶,最后通过干燥工艺去除凝胶材料中未反应的挥发有机物得到生物活性玻璃的方法。
相对于传统的熔融法,制备的产品具有颗粒小、比表面积大等优点。
此外,烧结温度远低于熔融法制备玻璃温度,该工艺技术对设备要求较低,制备的材料具有更高的物理化学稳定性及相容性。
生物活性玻璃材料的制备与应用研究近年来,随着生物医学领域的不断发展,生物活性玻璃材料作为一种具有广泛应用潜力的新型材料备受关注。
生物活性玻璃材料以其良好的生物相容性和生物活性,可以广泛用于骨组织修复、药物传递以及组织工程等多个领域。
本文将对生物活性玻璃材料的制备和应用进行探讨。
一、生物活性玻璃材料的制备方法1. 熔融法制备:熔融法是生物活性玻璃材料制备的常用方法。
通过将多种金属氧化物和无机盐混合加热熔融,然后迅速冷却得到玻璃材料。
不同的成分配比可以获得不同性质的玻璃材料。
2. 溶胶-凝胶法制备:溶胶-凝胶法是一种制备高纯度、纳米级生物活性玻璃材料的方法。
通过将金属盐和有机预体进行水解、缩合和烧结等过程,最终得到具有良好生物活性的纳米级生物活性玻璃材料。
3. 生物结构仿生法制备:生物结构仿生法是新近出现的一种生物活性玻璃材料制备方法。
通过对自然界中的生物材料进行分析,模仿其结构和组成,最终制备出具有类似生物结构的生物活性玻璃材料。
二、生物活性玻璃材料的应用1. 骨组织修复:生物活性玻璃材料具有良好的生物相容性和生物活性,可以与骨组织充分结合,促进骨细胞生长和骨再生。
因此,生物活性玻璃材料被广泛应用于骨组织修复领域,如骨水泥、骨粉和骨填充材料等。
2. 药物传递:生物活性玻璃材料具有较大的比表面积和孔隙结构,能够有效地嵌载和释放药物。
通过调节材料的孔隙结构和表面性质,可以实现不同速率和方式的药物释放,从而提高药物的治疗效果。
3. 组织工程:生物活性玻璃材料可以作为三维支架用于组织工程。
通过将生物活性玻璃材料与干细胞或组织片段相结合,可以促进细胞附着、增殖和分化,从而实现组织再生和修复的目标。
4. 软硬组织接合修复:生物活性玻璃材料还可以在软硬组织接合修复过程中发挥重要作用。
通过使用生物活性玻璃材料作为介质,可以促进软组织和硬组织的接合,提高修复效果。
总结生物活性玻璃材料作为一种具有广泛应用潜力的新型材料,在生物医学领域得到了广泛关注。
生物玻璃简介生物玻璃(bioglass) 能实现特定的生物、生理功能的玻璃。
将生物玻璃植入人体骨缺损部位,它能与骨组织直接结合,起到修复骨组织、恢复其功能的作用。
生物玻璃是佛罗里达大学美国人 L.L.亨奇于 1969 年发明的。
其主要成分有约占45%Na2O、占25%CaO与25%SiO2和约占5%P2O5。
若添加少量其他成分,如K2O、MgO、CaF2、B2O3等,则可得到一系列有实用价值的生物玻璃。
用这种玻璃来造人体骨比某些金属要优越的多。
生物玻璃已成为材料科学、生物化学以及分子生物学的交叉学科,由于生物玻璃具有生物活性等特点,在组织工程支架材料、骨科、牙科、中耳、癌症治疗和药物载体等方面的应用前景可观。
主要由Si、Na、Ca 以及P 的氧化物组成。
IntroductionBioglass (bioglass) can implement specific biological and physiological function of glass. The bioglass implanted bone defect site, it can be combined with bone tissue directly, have the effect of repairing bone tissue, restore its function. Bioglass is americans at the university of Florida L.L. hencky invented in 1969. Its main composition is about 45% of Na2O, 25% 25% CaO and SiO2 and about 5% P2O5. If add a small amount of other constituents, such as K2O, MgO style, CaF2, B2O3, etc, can get a series of useful biological glass. With this kind of glass to make human bone is much superior than certain metals.Bioglass has become a material science, biochemistry and molecular biology of interdisciplinary, because bioglass has the characteristics of biological activity, in tissue engineering scaffold material, orthopedist, dentist, middle ear, cancer therapy and drug carrier and so on the application prospect is considerable. Is mainly composed of Si, Na, Ca and P of oxide.第一章综述1.1 生物玻璃的定义生物活性玻璃是指能够满足或达到特定生物、生理功能的特种玻璃。
神奇的生物活性玻璃一、生物活性玻璃1、生物活性材料的历史上世纪60年代的越南战场,有大批受伤的美军士兵由于长期处于热带雨林的恶劣环境中,皮肤溃烂、骨骼受损等疾病久治不愈,伤亡惨重。
为此美国政府斥巨资,聚集了大量的科研人员集中研制能快速治愈软组织溃烂、修复受损骨组织并能牢固键合二者的新型材料。
由于提取该材料活性成分的难度极高,日本研制约十六年后放弃此项目。
而美方历经三十余载,耗资巨大,终于研制出目前世界上唯一同时对软组织和骨组织具有修复和键合作用的“生物活性玻璃(bioglss,BAG)”,美国科学家希金斯为此获得了当年的诺贝尔医学奖。
其结构和普通玻璃类似,并含有Na(硅),Ca(钙),Si(锶)等元素。
生物活性玻璃具有高度的生物相容性、骨引导性、骨生成性、良好的止血效果和抗菌潜力等,此材料一经在众多领域运用,即展现了它的神奇功效,如:烧烫伤、杀灭有害菌、皮肤溃疡、肠胃溃疡、骨骼修复等。
特别是21世纪开始在牙病治疗和口腔护理方面的临床使用,更是具有划时代的意义,填补了世界口腔医学的空白。
在欧洲很多国家已经早就开始用生物活性材料治疗口腔疾病。
价值:15美金 /克,国外健齿膏产品中含有16克=80美金=人民币1680元/支。
牙齿健康是文明象征,美国人对牙齿的厚爱早已形成了一种文化。
在交际中,尤其是在较高档次的场合,牙齿不整洁会被人看不起,口臭更被认为不讲礼貌。
牙不整洁、口不清爽,甚至会影响到求职就业。
在美国,牙科诊所比医疗门诊要多得多。
他们并非等到牙齿痛了才来看病,而是来洗牙、矫牙、做口腔保健的,半年洗一次牙是非常普遍和正常的。
为什么美国的旅馆,不为客人配备牙刷牙膏?因为每个人都会根据牙医的建议,购买适合自己使用的牙具。
世界卫生组织1981年制定牙齿健康标准①牙齿清洁②无龋洞②无疼痛感④牙龈颜色正常⑤无出血现象,我国达到牙齿健康标准的人口不足1%。
据了解,中国口腔病患病率高达97.6%,几乎人人都有牙病。
高分子0902 吴俊3090705061生物活性玻璃研究及应用摘要:生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。
主要介绍了生物活性玻璃的制备方法、特殊活性以及在各方面的广泛应用。
关键字:生物活性玻璃制备活性应用绪论生物材料,包括生物玻璃、生物玻璃陶瓷、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,具有特殊功能的材料。
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(bioactive glass,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有良好的结合能力,在植入体内后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中无机矿物的低结晶度碳酸羟基磷灰石层(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,广泛开展生物活性玻璃复合材料的研究具有重要的理论价值和应用价值。
1.生物活性玻璃的制备与传统玻璃制备工艺一样,最早的生物玻璃和微晶玻璃都是通过熔融法制备的。
随着溶胶凝胶技术的发展,该方法被引用到生物玻璃的制备中来,该方法制备的生物玻璃由于具有高的比表面积,显示出了较高的生物活性。
1.1熔融法高温熔融法是大规模工业生产的主要方法也是传统的玻璃制备方法,这种方法具有工艺成熟,操作简单,制得玻璃质量高等特点。
高温熔融法制备玻璃时在反应中参与反应的组分的原子或离子受到晶体内聚力的限制,所以反应动力学的决定因素有晶体结构和缺陷、物质的化学反应活性和能量等内在因素;也有反应温度、参与反应气相物质的分压、电化学反应中电极上的外加电压、射线的辐照、机械处理等外部因素。
本研究充分利用实验室现有的条件,所有试样均采用高温熔融冷却法制备。
实验在空气环境下,于硅碳棒加热炉中熔化;玻璃均化好后在加热的铁板上淬火成型,之后在马弗炉中退火处理。
所有玻璃均采用氧化铝柑祸熔制。
熔融法制备生物玻璃的方法与传统制备玻璃的方法没有本质差别。
一定纯度的粉体原料按照化学计量比混合均匀,在高温(1300~1500℃)下熔融,然后淬冷制得玻璃块体,微晶玻璃则还需要进一步的热处理析晶过程。
由于生物玻璃中多含碱金属成份,在高温下腐蚀性极强,容易腐蚀增祸带入杂质,因此对增祸具有严格的要求,最好是用铂金增祸。
而1300~1500℃的高温熔融,对高温设备也有一定的要求,同时能耗较大。
含CaO和P2O5的生物玻璃,最具代表性的是Hench等人研制的组成为Na2O24.5%、CaO24.5%、SiO245%、P2056%的Na2O-CaO-SiO2-P205系生物玻璃。
Hench生物玻璃的制备过程是将高纯度化学试剂的纯石英(平均颗粒度为5pm)的混合物在含10%锗的铂金柑祸内熔化,然后将增祸密封以避免挥发。
将配合料熔融两个小时不要揭开盖子以使其充分均化。
大多数规格不同的植入体骨件的制备是将玻璃液倾入不同的石墨模具中。
对于直径超过1cm的样品,模具要预热到300℃,小件或者薄平的试样是在室温一F倾入石墨模具中的。
然后将试样很快转入退火炉中。
在退火温度下的热处理时间是4h,此后试样随炉缓慢冷却至室温。
表2-1给出了不同组成的Hench玻璃的熔点和退火温度。
在熔化和退火过程中需要特别精细以防止生物活性玻璃的任何热致裂纹。
将这种玻璃植入骨骼的缺损部位后并不生成软组织膜而直接与生物骨骼形成紧密的化学结合。
采用熔融法制备的玻璃具有致密的结构,密度大,比表面积小,生物活性依赖于化学组成。
1.2溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种新兴的玻璃制备技术,溶胶一凝胶法是以金属醇盐为原料,在有机介质中进行水解、缩合反应,使溶液经溶胶一凝胶过程,加热凝胶干燥,然后锻烧得到最后产品。
目前该法在无机材料科学界受到广泛重视,在稀土发光材料的合成中也占据了极大的比重。
这种方法在20世纪90年代才被引用到生物玻璃的制备过程中。
溶胶凝胶生物玻璃的玻璃网络结构主要来自于其凝胶过程Si-O的聚合,而不是靠熔融过程中的Si-O重组,锻烧主要是除去凝胶中的有机成份和硝酸根,因此其锻烧温度较低,只需600~800℃,以保证硝酸根的排除。
溶胶凝胶法制生物玻璃主要采用金属醇盐作为生物玻璃中氧化物的前驱体,一般使用正硅酸乙醋(TEOS)作为SiO2的前驱体,磷酸三乙醋(TEP)作为PZO:的前驱体,碱金属和碱土金属氧化物则采用各自的硝酸盐作为前驱体。
TEOS和TEP在酸或碱的催化作用下在水溶液中进行水解形成溶胶,然后加入硝酸盐等混合均匀,均化后得到凝胶,再经过干燥和锻烧后得到玻璃。
溶胶凝胶生物玻璃的制备前期是一种简单的化学过程,后期又不需要过高温度的锻烧,整个工艺过程操作简单,对设备的要求不高。
在干燥和锻烧过程中,凝胶块体容易碎裂,而后又不经过熔融成型过程,通过该方法难以得到大块的玻璃块体材料。
在锻烧过程中,有机物、水份和硝酸根的排除留下大量的孔洞,溶胶凝胶玻璃具有多孔的结构,密度小,比表面积高,生物活性高,在保持生物活性的前提下,其化学组成可在较大范围内进行调整。
溶胶凝胶法反应温度一般为室温或稍高一点,大多数有机活性分子可以引入此体系中并保持其物理性质和化学性质:反应从溶液开始,易控制各组分的比例,且达到分子水平上的均匀,所以产品组成均匀;缺点是反应的原料价格高,且有时较难制得,反应操作也较复杂,周期长。
1.3微晶化工艺微晶玻璃是将加有成核剂(个别可以不加)的特定组成的基础玻璃,在一定温度下热处理后,就变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。
微晶玻璃与普通玻璃的区别,主要是它们具有结晶结构,而同陶瓷材料的区别,主要是它们的结晶结构更细。
微晶玻璃的生产过程,除增加热处理过程外,同普通玻璃的生产工序一样。
它的性能是由晶相的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量所决定的。
调整上述各因素,就可以生产出各种预定性能的材料。
微晶化过程又可分为光敏微晶化和热敏微晶化。
热处理是微晶玻璃产生预定晶相和玻璃相的关键工序。
微晶玻璃的结构,取决于热处理的温度制度。
热处理时,玻璃中先后发生分相、晶核形成、晶体生长、二次结晶生长等过程。
对于不同各类的微晶玻璃,上述各过程进行的方式也不同,所以每种微晶玻璃都有自己的特殊热处理温度制度。
热敏微晶玻璃如在成型后不需要进行进行机械加工或者热加工时,可以进行晶化热处理,同时完成退火的工序。
一般采用分段的退火方式进行。
第一阶段是在一定温度下保温,使玻璃中产生尽可能多的晶核,这是制得具有微晶玻璃结构材料的先决条件。
第二阶段是在较高一些的温度下,令晶体生长,使基础玻璃转化为以微晶结构为主的微晶玻璃。
多数微晶玻璃经两个阶段热处理就完成了全部结晶化过程。
有时候也要在更高的温度下进行第三次热处理。
2.生物医用玻璃的活性2.1生物医用玻璃的活性度不同的生物活性材料,其键合机理及键合速度差异显著,这主要归因于材料的活性度不同。
生物性度的研究有利于拓展生物活性材料在临床上广泛而有目的的应用。
据此,Hench将生物活性材料按其物活性度的高低分成两个等级:一是A级生物活性材料,该材料具有高活性度,不仅能与骨发生键合,且能与软组织发生键合;另一是B级生物活性材料,该材料具有低生物活性度,只能与骨发生键合。
生物性材料的生物活性度可用I B来表征:I B=100/t其中t表示50%骨——材料界面发生键合所需的时间。
由上式可知t越小,即50%骨)材料界面发生键合所用的时间越短,则I B越大,该生物活性材料的生物活性度越高。
表1列出了目前临床上所使用的各种生物玻璃的活性度、活性等级及组织反应情况。
3.生物活性玻璃的应用3.1在骨骼修复中的应用根据生物学活性不同,可以将骨移植替代材料分为两类。
一类材料除具有骨传导作用外,还具有骨形成促进作用,能在材料组织界面引起胞内和胞外反应;另一类材料只具有骨传导作用,仅仅引起胞外反应。
生物活性玻璃属于第一类材料,具有良好的骨传导和骨形成作用。
由于生物玻璃表面在人体的生理环境中可发生一系列的化学反应,并可直接参与人体骨组织的代谢和修复过程,最终可以在材料表面形成与人体骨相同的无机矿物成分——碳酸羟基磷灰石[ Ca10(PO4)6 (2OH-,CO32-) ] ,并诱导活骨组织的生长,所以可用于人体骨缺损的填充和修复。
生物活性玻璃作为骨替代材料具有以下优点:(1)骨形成迅速,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,有黏附性和局部止血作用。
(4)X线阻射,便于术后检查。
(5)具有降解性,颗粒可被吸收,最终形成骨样结构。
对生物活性材料在体内与骨组织结合面的研究发现,材料在体内环境中表面会形成一层类骨羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)层,骨组织通过HA层与材料进行结合。
在力学实验中,断裂不是发生在骨的一侧就是发生在材料一侧,界面结合处却完好无损,表明HA层与骨结合密切,材料在体液环境中沉积HA层的能力成为评判材料活性的一个重要依据。
以Ca-Si为基础的生物玻璃。
在体液环境中,其表面形成一层富硅层,诱导HA的沉积,从而显示出生物活性。
与磷酸钙生物材料相比,生物活性玻璃的组分范围要广,各种对人体无害和能促进骨组织生长的离子都可以添加到生物活性玻璃中以改善其性能。
由于生物活性玻璃优良的生物活性和可调节的化学组成,其性能如活性、降解性和力学性能都可以人为调节和控制,使生物活性玻璃成为骨组织修复材料的一个研究热点。
国内外许多科学家对此进行了研究。
陈晓峰利用溶胶-凝胶法制备了CaO-P2O- SiO2系统生物活性材料,实验表明该类材料为无定形态材料,具有良好的生物活性、组织与细胞亲和性及生物矿化功能,是一类新型的骨修复和骨组织工程材料,可单独或与具有良好生物相容性的高分子类生物材料复合制成性能理想的新型骨组织工程支架。
另外还对溶胶-凝胶过程中所需的催化剂进行了选择和研究,研究表明以盐酸为催化剂所制得的溶胶-凝胶生物玻璃具有相对更高的比表面积和较小的平均孔径。
张梅梅等通过溶胶-凝胶法合成制备了CaO-P2O5-SiO2系统生物活性玻璃,并通过一定的烧结工艺将其制备成用作骨组织工程支架的多孔材料。
宁佳等采用熔融的方法制备出了Na2O-CaO-SiO2-P2O5-B2O3系生物玻璃,发现当玻璃中B2O3/SiO2的摩尔比为3:1时,生物活性较好。