生物微晶玻璃的生物活性

生物微晶玻璃是指具有生物活性,能够用于人体牙齿、骨骼等硬组织修复微晶玻璃。据研 究,人骨由70%的无机质与30%的有机质组成,其中无机质主要是羟基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]晶体。而牙齿的97%由羟基磷灰石组成。因此,要使微晶玻璃具有生物活 性,就必须本身含有或在使用过程中生成羟基磷灰石,才能与人体组织良好结合,融为一体。

最早研究开发的是生物玻璃(bioglass),由于其中Na20和CaO含量较高,植入人体 以后,Na+和Ca2+迅速溶出,同时体液中的H30+进人玻璃表面,形成Si—OH基,从而 与体液中的Ca2+和HP042—形成非晶态的磷酸钙,随后转变成磷灰石,因而具有生物活性。 但因为玻璃表面形成的富硅凝胶层较厚,使其与骨的结合强度降低,并且生物玻璃本身机械 强度也较低,因而转而研究机械强度和生物活性更佳的生物微晶玻璃。

Na20-K20-MgO-Ca0-Si02-P205系统生物微晶玻璃的商品名称为Ceravital,基础玻璃 在600°C保温24h核化,在750°C保温24h晶化后生成磷灰石,其晶体尺寸为40〜50nm,抗 弯强度为150MPa,抗压强度高达500MPa。既具有较好的生物活性,能够与骨缺损部位形 成牢固的化学结合,又避免了生物玻璃由于Na+和Ca2+溶出在玻璃表面形成低强度的富硅 凝胶层。在这个系统中添加A1203和F还能够形成同时含有云母和氟磷灰石两个主晶相的 生物微晶玻璃。核磁共振研究发现,微晶玻璃中氟的含量高低直接与氟磷灰石含量高低相关 联。如果母体玻璃中没有氟,就不可能析出磷灰石,因为玻璃中的OH-太少,不足形成羟 基磷灰石。以其最大特点是同时具有生物活性及机械加工性,可用于人工耳小骨、人工齿 根、人造牙齿及人造骨骼等。

为了进一步提高生物微晶玻璃的机械强度,在Mg0-CaO-Si02-P205-F系统中研制出以 磷灰石和硅灰石(ß-CaSi03)为主晶相的A-W微晶玻璃。A-W微晶玻璃中硅灰石在体液的 作用下溶解出Ca2+,与体液中的HPO—结合生成羟基磷灰石,微晶玻璃表面Si4+起到磷 灰石晶核的作用。A-W微晶玻璃在大约870〜900°C时,析出氟氧磷灰石 [Ca10(P04)6(0,F2)]和硅灰石。晶粒大小约50〜lOOnm,由XRD分析可知,A-W微晶玻 璃中磷灰石含量为38%,硅灰石含量为24%。A-W微晶玻璃的抗弯强度为215MPa,抗压 强度为1080MPa,断裂韧性为2.OMPa.m1/2,已经用于人工齿根、人工椎体、人工肋骨和 骨填充材料等。


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