生物调节玻璃的组成和改进制备工艺

生物调节玻璃

玻璃化学组分多，组成复杂，因而通过适当调整玻璃组成，可获得特定的结构，从而显 著改善玻璃的性质，在生物玻璃中调整玻璃组成要注意以保证玻璃的生物活性为前提。

(1) Si含量由于Si以[SiC)₄]形式构成网络结构，所以适当提高Si〇2的含量，可以

提高玻璃的网络结构，从而提高玻璃强度、密度，提高玻璃的抗水性，在一定程度上还可以 提高玻璃的耐腐蚀性。但为了产生富钙磷的表面，Si〇2的含量不能超过60%(摩尔分数）， 因而通过提高Si含量来提高玻璃强度的办法调整范围是有限的。

(2) F含量玻璃中加入适量的F，通过在适当温度下保温，可以生成氟金云母相，云 母的层状结构可以改善玻璃的可加工性能。生物玻璃的体外试验表明，F能促进较稳定的 HA溶液中HA晶体的沉积，另有研究表明用CaF₂代替CaO可获得更牢固的界面结合，但 是F过高会使骨正常吸收及重建停止。

(3) Ca、P含量羟基磷灰石、是人体骨中的主要活性成分，因而生物玻璃在水解过程中 生成HA的能力便成为衡量其生物活性的一个重要标志。玻璃中Ca和P含量越多，其水解 能力越好，玻璃的生物活性越高。但是，P和Ca含量过高的玻璃水解过快，性质不稳定，在体内的代谢速度过快，因而不具有实际应用价值，而且Ca和P含量高的玻璃与骨的结合 面范围宽，结合性能差，因而Ca和P的含量也不是越高越好。

(4) A1含量A1为网络中间体，在碱含量低的玻璃中，A1离子是以[A10₆]的形式 存在，可以破坏玻璃的网络结构，起到高温助熔的作用；而在碱含量高的玻璃中，它又可以 [aio₄]的形式进入玻璃网络，起到补强的作用，并能稳定硅酸盐的结构。在磷酸盐玻璃 中，A1也有特殊的作用，A1能够与磷酸盐玻璃中的P=0中的氧形成[A10₄]，有效改善 和强化磷酸盐玻璃。由于A1对硅酸盐和磷酸盐玻璃均具有稳定作用，所以它可以抑制生物 玻璃的水解，从而影响Ca和P的沉积，因此A1含量过多会影响玻璃的生物活性。研究表 明，A1含量达到3%时就会降低玻璃的生物活性，一般A1的添加量小于1.5%。

(5) Zr的添加添加少量的Zr，在某一确定温度下保温生成Zr〇₂，利用Zr〇₂也可以/ 达到增韧的效果。Zr〇₂的增韧机理有许多种：应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧， 表面诱发强韧化和微裂纹分支增韧等。Zr0₂的增韧机制在很大程度上取决于_T_Zr0₂向 m-Zr0₂马氏体相变程度的高低及相变在材料中发生的部位。

(6) 其他离子的添加引入Ag+，利用其抗菌广谱、杀菌效率高、不易产生抗药性的 特点，也可以制得抗菌性生物玻璃；加入Fe，利用铁磁性还可以制得热疗用玻璃。

改进制备工艺

传统的制备生物玻璃的方法为高温熔制法，在玻璃生成过程中通过调节气氛、熔制温 度、退火温度、保温时间等可使玻璃产生特定的结构，并可以在热处理过程中生成晶体。而 控制析出晶体的种类、颗粒大小以及含量多少等可以改善玻璃的一系列性质，如适当调整熔 制温度可以提高玻璃的生物活性；生成细小的晶粒可以提高玻璃的断裂韧性。与传统的熔融 法相比，溶胶-凝胶法具有许多优点，如原料组分可在分子水平上均勻混合，所得制品具有 均匀性高、合成产物纯度高并且热处理温度低等。近来人们还发现利用Sol-Gel法制备生物 玻璃可扩大玻璃的形成范围，生成的材料比表面积大，残余羟基多，其中的羟基能与生物机 体内的蛋白质氨基酸以低能途径形成肽键，从而更快更多地实现骨键合，因而Sol-Gel法制 备生物玻璃是一¹条新途径。