[科普中國]-生物活性陶瓷

生物活性陶瓷又叫生物降解陶瓷，包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點(diǎn)是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。

能在材料界面上誘發(fā)特殊生物反應(yīng)，從而在材料和組織間形成化學(xué)鍵結(jié)合的生物陶瓷。包括：

（1）羥基磷灰石生物活性陶瓷；

（2）生物玻璃或生物活性玻璃陶瓷，其表面可通過在生理環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成羥基磷灰石覆蓋層。

這兩類材料和組織間的鍵接都是通過其表面的羥基磷灰石層發(fā)生的。另外，可吸收生物陶瓷如磷酸三鈣等，由于在體內(nèi)被逐步降解吸收并隨之成新生組織所替代，所以也被認(rèn)為是生活活性陶瓷1。

用途主要用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工種植牙等?，F(xiàn)已開發(fā)出具有較好組織相容性的羥基磷灰石陶瓷、活性氧化鋁鍘玉、β-磷酸三鈣多孔陶瓷等材料，但對這類材料的生物活性表征及生物活性的可信賴機(jī)理、應(yīng)力傳遞時(shí)彈性模量的不匹配效應(yīng)、生物活性界面鍵合的長期穩(wěn)定性等問題仍需進(jìn)一步解決2。

產(chǎn)品分類1、水熱法制備生物活性玻璃陶瓷

采用水熱法合成了Ca-P-Si-Na生物活性玻璃陶瓷。實(shí)驗(yàn)首先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.6%SiO2，22.9%CaO，21.5%Na20，6.0%P2O5生料置于聚氨酯球磨罐里混合球磨5h，然后施以5～20MPa的壓力壓制成塊，置于高壓釜內(nèi)在200～250%水熱處理12～72h。樣品檢測采用體外實(shí)驗(yàn)（in vitro）方法，通過把樣品在模擬體液里浸泡不同的時(shí)間，觀察其表面反應(yīng)特征；采用XRD分析產(chǎn)物的晶相和FTIR轉(zhuǎn)換紅外光譜表征其生物活性，以及采用SEM研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：該生物活性玻璃陶瓷的主晶相是Na2CaSi3O8；玻璃陶瓷的生物活性基于磷灰石相的存在。

2、磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷

磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷是近年發(fā)展起來的優(yōu)良骨修復(fù)支架材料,可為種子細(xì)胞提供良好的生長環(huán)境。但是細(xì)胞與載體的相互作用及變化機(jī)制尚未完全清楚。

目的：考察溶膠-凝膠法制備的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷對谷氨酸的吸附行為，探討溫度、溶液pH值、質(zhì)量濃度對谷氨酸吸附量的影響。

設(shè)計(jì)、時(shí)間及地點(diǎn)：觀察實(shí)驗(yàn)，于2008-03/09在四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院完成。材料:用溶膠-凝膠法制備的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷。

方法：將片狀磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷浸泡于谷氨酸溶液中，改變谷氨酸溶液質(zhì)量濃度、pH值、溫度等吸附條件。主要觀察指標(biāo):測量不同條件下的谷氨酸吸附量。

結(jié)果：

①磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷初次對谷氨酸吸附時(shí)，屬于Freundlich型吸附，包括物理吸附和化學(xué)吸附。

②谷氨酸較適宜的吸附條件為pH3.4或者8，溫度為37℃左右。

結(jié)論：磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷對谷氨酸的吸附受溶液pH值、溫度、谷氨酸質(zhì)量濃度等因素的影響，且存在一定的規(guī)律。

3、燒結(jié)法制備生物活性玻璃陶瓷

以氧化鋯為成核劑，采用燒結(jié)法制備了基玻璃化學(xué)組成為49.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）SiO2，21.7%CaO，22.7%Na2O，6.1% P2O5的生物活性玻璃陶瓷材料。通過XRD、TF-XRD、SEM等測試分析對其物相及生物活性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在基玻璃中引入適量的氧化鋯,可獲得物相組成良好的材料，且該材料具有較高的生物活性3。

生物活性陶瓷材料生物活性陶瓷包括表面活性玻璃、表面活性玻璃陶瓷和羥基磷灰石3種類型。它們的共同特點(diǎn)是：它們與原骨相結(jié)合時(shí)，在界面處無纖維狀的組織，它們的表面可與生理換進(jìn)發(fā)生選擇性的化學(xué)反應(yīng)，所形成的界面能保護(hù)移植物而防止降解。特別要指出的是它們的化學(xué)成分與動(dòng)物的骨頭和牙齒等硬組織相似，這類材料的組成中含有能夠通過人體正常的新陳代謝途徑進(jìn)行置換的鈣、磷等元素，或含有能與人體組織發(fā)生鍵合的羥基等基團(tuán)。它們的表面同人體組織可通過鍵的結(jié)合達(dá)到完全的親和；它們之間具有良好的化學(xué)親和性。這類材料對動(dòng)物體無毒、無害、無致癌作用，生物相容性極佳1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)