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生物活性玻璃BAG陶瓷是什么?

信息来源: http://kjnano.com  时间:2019-1-8 14:24:20 

为了克服生物玻璃在力学上的缺点,人们进行了含磷灰石和硅灰石结晶的玻璃研究,在保持生物活性玻璃与骨组织良好键合优点的同时,其力学性能也得到了提高。通常将生物活性玻璃陶瓷(bioactive glass ceramics)也称为生物活性微晶玻璃,它是一种多相复合材料,含有一种以上的结晶相及玻璃相。对含有磷灰石或磷酸三钙微晶或自身不含磷灰石结晶,但在体内能与组织液发生化学反应而在表面生成羟基磷灰石层的微晶玻璃都称为生物活性玻璃陶瓷,它具有不同程度的表面溶解能力,易被体液浸润,生物相容性好,植入骨内能直接与骨组织形成键合。是新一代的人体硬组织修复材料,已成为医用生物陶瓷的重要分支。玻璃陶瓷是由特定组成的玻璃经控制结晶化处理而得到的多晶固体。根据玻璃在随后结晶化处理时的稳定性或对制品性能的要求,可选择不同的成形工艺。浇注成形可获得致密体;将玻璃粉碎,采用粉末烧结工艺,可得多孔烧结体。将成形物在特定的核化及晶化温度下热处理,即得到玻璃陶瓷。这两个特征温度通常用差热分析法测定。它们保持的时间、升降速度等与结晶粒度,数量相关,并影响材料的性能。生物玻璃陶瓷通常含有一种或一种以上的结晶相,其含量约占总体积的50%~90%,其余是玻璃相。结晶相的结晶粒度很小,约为0.1μm至数微米,均匀地分布在玻璃基质中,使材料呈各向同性。

与羟基磷灰石陶瓷等生物陶瓷相比,其主要特点是:

①具有多元组成,可在较大范围调整其组成、结构和相成分,赋予其新的性能,如:生物活性、可切削性、可降解性、自凝固能力,可铸造成形等; 

②化学性能稳定,可长期稳定行使功能; 

③机械强度高,微晶化处理提高母体玻璃强度数倍至十数倍; 

④含适量玻璃相,成形加工性能好,容易制成多种形态的医用器件,满足临床要求; 

⑤制造工艺成熟,产品性能稳定,易于批量生产,可以铸造成形烧结制备复合涂层,优于普通磷酸钙陶瓷。 自从L. L. Hench发明生物活性玻璃之后,用作人体植入物以来,为改善材料的强度、化学稳定性和加工性能等,各国学者陆续开发了各种生物活性玻璃陶瓷。目前广泛应用的商品化生物玻璃和玻璃陶瓷的化学成分和相组成见表3.9-7,其力学性能见表3.9-8。各类生物活性陶瓷都含有一定数量钙和磷的氧化物,因而在体内能与体液作用,生成磷灰石表面层,在组成上与骨类似。它们与骨键合的界面结合强度均高于材料本身,或者骨组织的强度。生物活性玻璃的一个显著特点就是通过调整其多元组成,改善力学强度和成形加工性能和可以制成多种形态的制品。

  生物玻璃与生物玻璃陶瓷的化学成分和相组成  %
生物玻璃与生物玻璃陶瓷的化学成分和相组成 %
  生物玻璃和生物玻璃陶瓷的力学性能
生物玻璃和生物玻璃陶瓷的力学性能

生物活性玻璃陶瓷的机械强度、热稳定性、膨胀系数等,主要取决于其结晶相的成分、数量及晶粒尺寸。其生物活性还与其中玻璃相的多少有关。当组成中含有活动性较大的碱金属或碱土金属离子时,它们容易被体液浸出,产生有限的溶解,对提高生物活性有利。玻璃陶瓷结构的多相性,被认为是具有生物活性的条件之一。在体液中发生的溶解、沉积、离子交换等反应,往往在界面区进行。各种相的比例、结合状态、分布状况等都影响材料性能。生物活性还与表面结构有关,当表面含有极性基(如Si—O或OH-),或有结晶缺陷、气孔等时,会加速反应,促进骨修复。研究发现,生物体组织可以长入40~100μm的孔隙内;当孔径大于100μm时,可观察到其中骨矿化现象。玻璃陶瓷与活体骨组织键合是通过在体内环境中玻璃陶瓷表面形成的磷灰石层实现的,玻璃陶瓷体相中的磷灰石相在键合形成中不起作用。

在体内环境中形成表面磷灰石相是通过玻璃陶瓷体相中的硅灰石和玻璃相降解,释放的Ca2+和HSi间的反应完成的。在无P2O5的CaO·SiO2玻璃体系中,也能形成表面磷灰石型结构而实现与活体骨的键合。 生物活性玻璃陶瓷应用领域不断扩展,由最初主要在口腔应用,例如下颌骨置换、牙槽嵴增高、牙周病治疗、根管充填、盖髓、拔牙窝充填、预防牙槽萎缩、骨腔充填、牙冠牙面修复惮扩展到外科应用(人工脊椎、膝关节髌骨、骨疏松治疗、人工关节松动的处理等)、整形外科(隆鼻术、颏部增高、人工喉管支架、义眼台等)、药物缓释载体(抗结 核药及抗癌药)等。国外采用玻璃陶瓷综合工艺,以热等静压方法制成人工脊椎、髂骨等修复体,抗弯强度达215MPa,抗压强度达1080MPa,是已知最坚固的玻璃陶瓷修复物。此外,含有铁磁性物质的玻璃陶瓷用于肿瘤热疗,含放射性同位素玻璃陶瓷用于肿瘤放疗,微孔玻璃陶瓷作为药物载体等。 生物活性玻璃陶瓷组成体系很多,根据组成的不同而各具特性。

生物活性玻璃陶瓷作为一种人工骨植入材料,要求具有如下性能:

①良好的生物相容性;

②能与骨组织形成化学结合;

③良好的力学性能及化学稳定性,在体内能长期稳定地行使骨组织的功能;

④有适当的孔隙度,便于组织长入。人体骨组织的矿物成分主要为钙、磷等元素所形成的羟基磷灰石。因此,要使制品获得良好的生物活性,钙和磷应成为制品中的主要成分以保证在热处理后能够析出磷灰石结晶相。同时,为扩大玻璃的生成范围,降低熔化温度可引入SiO2、B2O3、Al2O3、MgO、Na2O等氧化物,少量CaF2及ZrO2的引入可以改善制品性能。

来源:http://111.207.167.154/index.php?doc-view-102305

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