硅酸盐生物活性陶瓷用于骨组织修复及再生的研究

近年来, 硅酸盐生物活性陶瓷越来越受到研究人员的重视, 其主要原因在于硅酸盐生物陶瓷能够通过释放硅(Si)离子等生物活性离子, 显著地促进骨组织细胞的增殖、分化及骨组织修复. 硅酸盐生物活性陶瓷有望作为新的陶瓷体系广泛应用于骨缺损修复和再生。本文将结合本课题组在过去十年的研究, 重点介绍目前硅酸盐生物活性陶瓷用于骨组织修复及再生的研究进展。同时, 通过与传统磷酸钙类生物陶瓷进行比较, 对硅酸盐生物活性陶瓷的优缺点进行分析和归纳, 最后对硅酸盐陶瓷作为新的生物陶瓷体系用于骨组织修复的前景做了展望。     

仿生溶液法制备Ca-P陶瓷涂层研究现状

近年来仿生溶液法制备Ca-P生物活性陶瓷涂层成为生物材料表面改性的重点方向,综述了采用仿生溶液法,尤其是TiO2法在钛和钛合金表面制备Ca-P生物活性陶瓷涂层的方法、形成机理以及形成Ca-P/蛋白质涂层的研究进展,提出了提高钛合金表面生物活性最佳途径,展望了仿生溶液法的应用前景.     

电沉积功能陶瓷技术

本文评述了电沉积功能陶瓷技术的原理，以及该技术在制备超导陶瓷、生物活性陶瓷和铁电陶瓷等方面的应用，讨论了电沉积过程中一些主要实验条件对陶瓷镀层性能的影响。     

硅酸盐生物活性陶瓷研究进展

生物陶瓷经历了由惰性生物陶瓷如氧化铝和氧化锆陶瓷到可降解生物陶瓷如磷酸三钙陶瓷及具有生物活性的生物陶瓷如羟基磷灰石陶瓷的发展过程。近年来,随着再生医学研究和组织工程技术的发展,对生物材料的性能有了更高的要求,有学者提出了第三代生物材料的概念,认为新一代生物材料应该既具有生物活性,又可降解。研究发现,一些含硅的生物玻璃兼具有这两种特性,其生物活性体现在可以在模拟体液或体内环境中诱导形成类骨磷灰石,这种类骨磷灰石可以与骨组织形成键合。此外,研究显示这类生物玻璃材料具有促进细胞增殖和成骨基因表达的作用。但是,生物活性玻璃存在不易再加工成型,进一步热处理后生物活性和降解性会发生变化等问题。在生物玻璃研究的基础上,研究了一系列钙-硅体系的硅酸盐陶瓷,证实了这类生物陶瓷具有良好的生物活性和降解性,其生物活性和降解性与其化学组成有密切的关系,细胞实验显示这类硅酸盐陶瓷也具有促进细胞增殖分化和骨组织再生的作用,有望成为新一代骨修复材料。     

γ-硅酸二钙陶瓷的生物活性和细胞毒性研究

对溶胶-凝胶法合成的硅酸二钙粉体通过冷等静压成型,在1450℃下无压烧结,制备出高纯度的,γ-硅酸二钙(γ-Ca₂SiO₄)陶瓷,并对γ-Ca₂SiO₄陶瓷的体外(in vitro)生物活性和细胞毒性进行了研究.实验结果表明,该陶瓷具有优良的生物活性,在模拟体液(SBF)中浸泡72h后陶瓷表面沉积类骨碳酸羟基磷灰石层(CHA);材料溶解释放的钙、硅离子对成纤维细胞无毒副作用,在适当浓度下还能促进细胞增殖;该陶瓷还能支持骨髓间质干细胞(BMSCs) 的贴壁、黏附和铺展.因此,γ-Ca₂SiO₄陶瓷是一种生物活性优良和无细胞毒性的新型生物活性陶瓷材料.     

口腔义齿固位用软磁种植体表面生物活性涂层的研究

采用两次涂烧法，先后在软磁体上涂烧中间层和多孔生物活性陶瓷，制备出了能防止体液渗透，具有生物活性的多孔陶瓷涂层。分析了影响基体与涂层结构强度的因素及涂层界面的结构。动物体内埋植实验表明其生物学性能良好。     

磷灰石-硅灰石多孔玻璃陶瓷的制备与晶相结构研究

采用溶胶-凝胶法制备磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷纳米前驱体粉末,前驱体粉末经热处理后,采用有机泡沫漫渍成型,烧结制备了多孔AW生物活性玻璃陶瓷.通过差热和热重分析、X射线衍射分析、红外图谱分析、扫描电镜、透射电镜等分析测试方法,对AW前驱体粉末的微观结构,及其在煅烧过程中的晶相转变进行了研究,确定了制备纳米级AW前驱体粉的最佳工艺条件,推测出微晶玻璃体中各晶相的析出温度,确定了溶胶-凝胶法制备多孔AW玻璃陶瓷的煅烧工艺,体外模拟体液浸泡实验表明材料具有较高的矿化功能和生物活性.     

磷酸钙纳米生物材料的合成及烧结研究进展

纳米磷酸钙陶瓷由于其独特的纳米效应,力学性能和生物活性大幅度提升,成为生物医用材料领域研究热点。纳米磷酸钙陶瓷制备的两大难点在于纳米粉体的合成和陶瓷的烧结。对现有的纳米磷酸钙粉体合成和纳米陶瓷烧结工艺进行了全面的综述,归纳分析了不同过程工艺参数对纳米粉体和陶瓷晶粒的影响,并对今后的研究进行了展望。     

上海硅酸盐所研制出多功能黑色生物活性陶瓷材料

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队,在多功能黑色生物活性陶瓷材料研究方面取得进展。该研究团队通过对传统的白色生物活性陶瓷材料(硅酸盐和磷酸盐等)进行热还原处理,研制出新一代"黑色生物活性陶瓷",将传统生物活性陶瓷材料的应用领域从组织再生拓展到肿瘤等疾病治疗。     

钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷的制备及性能研究

压电材料产生的电信号能够促进成骨细胞增殖分化, 但不具有良好的诱导矿化能力; 生物活性材料在生理环境下能够诱导类骨羟基磷灰石的沉积, 但又不能产生电信号促进成骨。因此, 开发出一种既能产生电信号, 又能诱导矿化沉积的复合生物活性压电材料, 具有重要意义。本研究以钛酸钡为压电组分, 以硅酸钙为生物活性组分, 采用固相烧结法制备了钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷, 测试了压电性能, 并用体外矿化实验评价了诱导矿化能力。硅酸钙复合含量达到30%时, 复合陶瓷仍具有一定的压电性能(d₃₃=4 pC·N^-1), 并且能够在模拟体液中诱导磷酸钙沉积。钛酸钡与硅酸钙的复合能够同时具有压电性和生物活性, 为骨修复材料提供了新的选择。     

等离子活化烧结制备石墨烯/羟基磷灰石复相生物陶瓷

以羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HAp)为基体, 石墨烯(Graphene, rGO)作为增强相, 利用等离子活化烧结制备了石墨烯/羟基磷灰石(rGO/HAp)复相生物陶瓷。系统研究了rGO添加量对HAp陶瓷基体物相结构、生物活性及断裂韧性的影响。结果表明, rGO的加入有利于提高HAp陶瓷的生物活性。同时, 复相生物陶瓷的硬度与断裂韧性随rGO添加量的增加均表现出先升高, 后显著降低的变化趋势。当rGO添加量为2wt%时, 样品的硬度与断裂韧性分别达到6.97 GPa和0.84 MPa•m^1/2, 较纯相HAp陶瓷提高了11.5%和37.3%。研究表明rGO的拔出效应是导致复相陶瓷力学性能提高的主要原因。     

人工骨移植材料的发展及其研究现状

本文从历史和临床应用上综述了人工骨移植材料的发展以及目前国际上正在开展以磷酸盐生物活性陶瓷为中心的研究现状。     

Ti-35Nb-7Zr/10CPP生物复合材料微观组织与性能研究

添加了占钛合金基体10%(质量分数)的焦磷酸钙(CPP)生物活性陶瓷粉末,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti-35Nb-7Zr/10CPP生物复合材料,研究了其物相组成、微观组织形貌、元素分布、力学性能以及生物活性等。结果表明,该复合材料主要由β-Ti相基体、少量的α-Ti相及金属-陶瓷相(CaO、Ti2O、CaTiO3、CaZrO3、TxPy)组成;复合材料具有较低的压缩弹性模量(46 GPa)和较高的抗压强度(1 434 MPa),显示了良好的力学相容性;与Ti-35Nb-7Zr合金相比,复合材料在人工模拟体液(SBF)浸泡7d后表面生成了大量的类骨磷灰石层,显示出良好的生物活性。     

含锰锌铁氧体磁性生物活性玻璃陶瓷制备工艺及其性能研究

在磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷(A-WGC)中掺杂锰锌铁氧体, 制备出一种新型的磁性生物活性玻璃陶瓷, 并研究了不同制备工艺对其磁性和生物活性的影响. 结果表明, 使用不同掺杂工艺制备的材料的主晶相均为硅灰石、磷灰石、氟磷灰石和分子式为Zn_0.75Mn_0.75Fe _1.5O₄的锰锌铁氧体. 在充磁至7.96×10⁵A·m^-1时, 各材料的饱和磁化强度相差不大, 在5.4~5.9A·m²·kg^-1之间. 材料的生物活性与烧结前和锰锌铁氧体前驱体复合的A-WGC原料的反应活性有关, A-WGC原料的反应活性越低, 材料的生物活性越好. 比较各材料, 采用将A-WGC前驱体高温煅烧后再与锰锌铁氧体前驱体固相混合的工艺制备的材料具有良好的磁性和较高的生物活性.     

Ti6Al4V表面生物陶瓷涂层设计与生物活性研究

设计并制备了适用于Ti6Al4V表面涂覆层的生物陶瓷材料,将烧结后的陶瓷浸入模拟体液中,借助SEM、ICP、FTIR等分析技术研究其生物活性机理,结果表明所研制的陶瓷材料不仅具有和Ti6Al4V相匹配的热膨胀系数,且表面可沉积生成碳酸羟基磷灰石(HCA)具有良好的生物活性.     

核-壳结构硅灰石/磷酸钙多孔陶瓷微球的制备及表征

本文研究了双壳层型核-壳结构β-硅灰石/β-磷酸三钙(β-CaSiO3/β-TCP)生物活性复相陶瓷微球的制备及表征;利用添加有机微球造孔剂工艺,在内、外壳层分别构建出孔径10μm左右的多孔结构,并对其体外降解行为进行了分析。结果显示,运用自制同轴喷头微流控系统制备的生物活性复相陶瓷微球的工艺简单,微球尺寸均一,球形形态良好,经干燥、煅烧处理后陶瓷微球发生明显收缩,颗粒度维持在2.2±0.1mm。通过改变组分分布、烧结温度制度以及双壳层内部结构等实现复相陶瓷体外降解的可调节性。以上研究结果表明,该方法制备的多孔双壳层型核-壳结构复相陶瓷微球解决了组分降解速率调控问题,以及由此堆砌颗粒形成三维网络孔道演化可调可控性能,势必将在研究骨缺损修复和微球载药领域具有重要意义。     

有机-无机杂化材料在骨修复中的应用

已经应用于临床的骨修复材料主要是生物活性陶瓷和金属如钛及其合金制成的生物材料,它们能与生物骨结合但与人体松质骨相比弹性模量高且柔韧性较低.需要研究1种具有与天然生物骨相类似力学性能的生物活性材料.目前制备这种材料的方法有溶胶-凝胶法、共混法、插层复合法.已分别用明胶、PDMS、PTMO及MPS与无机系统合成了生物活性的有机-无机杂化材料.其今后主要发展方向在于有机成分的引入以达到最佳的柔韧性和力学强度以及作用机理的研究以提高生物活性.     

梯度结构羟基磷灰石生物活性涂层的性能

采用等离子喷涂系统在Ti6Al4V钛合金基体表面制备出真有梯度结构的羟基磷灰石生物活性梯度涂层，利用纳米硬度计等手段分析了生物活性涂层的梯度结构．结果表明：金属基体与陶瓷界面区域的弹性模量和硬度呈梯度变化；生物活性功能涂层的表面具有典型的多孔结构特征，整个涂层沿垂直基体方向从底层致密结构向表面层多孔结构过渡；涂层的成分从生物稳定性的底层至生物活性的表面层呈梯度变化，涂层表面成分为具有生物活性的羟基磷灰石．涂层的这种结构特征保持了涂层的生物活性，提高涂层与基体的结合强度（48．6MPa）。     

稀土活性梯度生物陶瓷涂层的组织结构研究

文章采用宽带激光熔覆技术在TC4钛合金上制备了含羟基磷灰石活性相的生物陶瓷复合涂层。利用晶相显微镜、显微硬度计分析手段对复合涂层的组织、硬度进行了研究,采用MG63人成骨细胞与材料共培养的方法,对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明,稀土梯度生物活性陶瓷涂层界面结合良好,显微硬度较大,且涂层表面细胞生长旺盛、形态正常,细胞相容性更好。     

生物活性陶瓷活动义眼座的研制及动物实验研究

用含有氧氟磷灰石和硅灰石微晶的生物活性陶瓷制成了用于义眼镶配的可活动的义眼座，其物理性能一物相容性优良。用ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ及ＥＤＳ方法分析了其结构，动物实验结果表明，其活动性令人满意。