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生物玻璃诱导磷灰石层形式的机理

发布时间:2016/5/27

生物玻璃的定义是指能够满足或达到特定生理、生物功能的特种玻璃,作为生物材料重要组成部分的生物活性玻璃具有良好的生物相容性、生物活性和可加工性,不同于惰性生物 陶瓷和可吸收生物陶瓷,生物玻璃是表面活性材料,能与人体骨或软组织形成生理结合。生 物活性玻璃骨植入的组织学研究证明,生物材料的表面活性是这类材料骨再生率高的主要原 因。生物玻璃植人体内后,表面溶解并形成类骨磷灰石层是其与骨形成结合的根本原因,这 种磷灰石层在多种生物活性玻璃如Bioglass、Cerabone、Ceravital等表面生成,但在生物惰性玻璃或微晶玻璃表面则无法生成。

生物玻璃与体液接触时,其表面发生的一系列反应导致了磷灰石形成。首先玻璃中的碱 与水发生交换,然后是硅石网络断裂形成硅烷醇,再聚合形成含水的、具有高表面积的富硅 层;富硅层表面吸附有机分子(蛋白质、黏多糖和胶原蛋白)促进玻璃表面碳酸羟 基磷灰石(HCA)层的形成。

不含碱金属离子的AW微晶玻璃与体液接触后,玻璃基质和硅灰石晶相的溶解释放出 大量钙和硅离子,钙离子的溶解提高了周围环境中形成磷灰石的活性,而硅离子的溶解则为 磷灰石成核提供了合适的空间。磷灰石相由于溶液中离子浓度过饱和而不会溶解,从而形成 富磷灰石的粗糙表面层,为磷灰石的沉积提供适宜成核空间。另外,由于体液中Ca2+和 po〗—浓度过饱和,磷灰石层在aw微晶玻璃表面自发生成。玻璃表面磷灰石层形成之后进 行的反应是细胞与玻璃的相互作用。

总之,生物玻璃的活性在于其在体内能与自然骨、软组织形成化学键合,其作用机制如下:在玻璃表面溶出Na+、Ca2+、P5+等离子,玻璃表面形成一富硅的凝胶层,骨细胞在 增殖过程中,骨胶原纤维可以进入凝胶层内。在此附近,由于钙磷的富集,同时生成碳酸羟 基磷灰石晶体(HCA);这种晶体在与周围自然骨延伸过来的新生骨相遇时,形成牢固的化 学键,由于表面的HCA与骨胶原纤维能形成很强的化学键,所以生物玻璃也能通过这一 HCA层和骨胶原纤维层与软组织形成牢固的化学键,从而具有活性。Na20-Ca0-Si02- P2O5系统生物活性玻璃与骨结合过程大致包含12步反应,表23-6对生物活性玻璃在体内 的整个活性反应过程进行了总结。



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