生物医用材料专题5生物玻璃

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1、专题生物玻璃生物玻璃是由SiO2, Na2O, CaO, P2O5等氧化物组成的玻璃系列，改变比例，可以得到活性程度不同的生物玻璃。生物玻璃的最大优点是具有很高的生物活性，快速与骨组织结合；但它的缺点是强度太低，弯曲强度仅为30-50MPa，无法承受应力的作用。因此它的应用受到了限制，目前仅用于涂层、颗粒和不受力的场合。生物玻璃是软的玻璃，最后的形状尺寸由机械加工得到。常用的机械加工手段都可以用于加工生物玻璃。大多数的生物玻璃的基本成分是SiO2, Na2O, CaO, P2O5等四种氧化物。H. Hench教授发展的第一个生物玻璃成分按重量百分比计为：45%SiO2, 24.5%Na2O,

2、24.4%CaO, 6%P2O5等，商品名 Bioglass 45S5。在上图中，区域A范围成分的生物玻璃都具有生物活性，在体内可以与骨组织形成直接的化学结合。在A区域中心虚线划出的成分范围内的生物玻璃还同时具有软组织的结合能力。图中对应的成分正是Bioglass 45S5 。在区域B内的玻璃是惰性的，它们与骨结合时界面上形成纤维包绕层。在区域C内的玻璃是可吸收的玻璃，植入体内1030天内就完全被吸收。在上述成分中，用CaF2或MgO部分替代CaO对玻璃的生物活性产生很小影响；K2O部分替代Na2O同样不明显影响生物活性。生物玻璃与骨组织结合的原理生物玻璃与骨组织化学结合的本质是在体液中的化学

3、反应，在生物玻璃表面发生的反应导致生成羟基磷灰石层，羟基磷灰石层则可直接与骨发生结合。表面反应的过程是以往众多研究热点，目前一致认为分以下5步进行：Stage I：玻璃表面溶出K+，Na+，Ca2+离子，这些离子在玻璃中没有形成网络，因此它们的溶出速度快、而且对性能没有影响。溶出的直接结果是玻璃表面pH值升高到7.4以上；Stage II：形成网络的-Si-O-Si-O-Si-键断裂，硅以Si(OH)4的形式被溶出。 Si(OH)4的溶出速度取决于玻璃中SiO2的含量，含量越高，网络越完全，溶出速度越慢。-Si-O-Si- + H2O - -Si-OH + HO-Si-Stage III： 溶出的Si(OH)4在表面聚合，形成水合的SiO2凝胶层；Stage IV： 生理液中的二价钙离子Ca2+, 磷酸根离子PO43- 迁移至SiO2凝胶表面，形成非晶的CaO- P2O5 层；Stage V：非晶的CaO-P2O5层进一步吸收Ca2+, PO43-, OH-等离子，并发生晶化，最终形成晶态的羟基磷灰石层。