硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能（英文）

硼硅酸盐生物活性玻璃具有良好的生物活性和骨传导性,但大多数生物活性玻璃表现出非线性降解和矿化行为,矿化性能会随着时间而减缓。电场作为一种外场辅助调节的方法,能够干预玻璃的离子交换和扩散。本研究利用直流电场干预硼硅酸盐生物活性玻璃的体外矿化,加快降解较慢阶段中硼硅酸盐生物玻璃的生物活性。将熔融法制备的成分为18SiO_2-6Na_2O-8K_2O-8MgO-22CaO-2P_2O_5-36B_2O_3的硼硅酸盐生物活性玻璃浸泡在SBF生理模拟液中,施加0～90 m A的电流,研究直流电场对硼硅酸盐生物玻璃降解及体外矿化性能的影响。研究结果表明,施加电场不仅可以提高硼硅酸盐生物活性玻璃的降解率和离子释放量,而且有利于玻璃网络水解和表面羟基化,加速羟基磷灰石的生成。其中失重率比对照组提高了3%～5%,硼和钙的离子释放量分别较对照组提高了2.3～2.9倍和1.9～2.3倍。对硼硅酸盐生物活性玻璃表面结构分析得出,暴露在电场下的样品表面生成了磷灰石层。应用直流电场可以提高生物活性玻璃的降解及体外矿化性能,为提升骨修复效果提供了一种新思路。     

光热核壳TiN@硼硅酸盐生物玻璃纳米颗粒的降解和矿化性能（英文）

硼硅酸盐生物玻璃以其稳定的结构和优异的生物活性而受到广泛关注,但生物玻璃在矿化过程中活性呈现初期快而中后期慢的趋势,造成后期的活性降低。光热可加速生物玻璃降解,本研究制备了以氮化钛为核、生物玻璃(40SiO₂-20B₂O₃-36CaO-4P₂O₅)为壳的复合生物玻璃,利用光热场干预生物玻璃的矿化过程。结果表明,生物玻璃具有显著的光热效应,光热能力随氮化钛掺杂量和激光功率密度的增加而提高；在体外浸泡中,近红外光辐照促进了生物玻璃的降解,浸泡7 d后模拟体液中钙、硼的含量分别增加12%～16%和8%～11%,加速了羟基磷灰石的生成；细胞增殖活性实验表明样品有良好的生物安全性。因此,光热场可促进生物玻璃降解和矿化,对周围细胞影响小,有望在保障初期生物安全的同时发挥调节作用。     

含锶硼硅酸盐生物玻璃的降解性能及体外生物活性

研究了含锶硼硅酸盐玻璃的体外生物活性和降解性。采用熔融法制备不同锶含量(SrO含量为0、2%、4%、6%、8%、10%、12%(摩尔分数))的硼硅酸盐生物玻璃粉末,粒径范围为150～300μm。将各组玻璃样品浸泡在0.02mol/L的K2HPO4溶液中,置于37℃恒温条件下,进行体外生物矿化反应。通过对反应样品的质量损失以及浸泡液pH值进行测定,并用XRD、FTIR以及SEM对反应过程和反应后产物进行表征。结果表明,含锶的硼硅酸盐玻璃在体外生物矿化反应中被生物降解,并转化为含锶羟基磷灰石,具有很好的生物活性和降解性;同时也观察到玻璃中引入锶元素后,在一定程度上控制玻璃的降解速度,进而控制硼的溶出速度,从一定程度上避免硼溶出速度过高可能带来的风险;ICP的结构也表明,当SrO为6%(摩尔分数),样品中硼元素溶出的速度最低。因此,用锶的含量可控制硼硅酸盐玻璃的降解速度,这种方法将在组织工程领域具有广阔的应用前景。     

一种新型的骨组织工程用支架材料的制备与性能表征

以硼硅酸盐玻璃粉为原料,采用有机泡沫浸渍工艺,制备了高孔隙率的网眼多孔支架.应用XRD、SEM及ICP-AES等对硼酸盐生物玻璃粉末在生理模拟液中的降解性能、生物活性等进行了测试分析.结果表明,硼硅酸盐生物玻璃的降解性和生物活性与材料的组成配比有关,因此,可以通过调整玻璃的组成有效控制材料的降解性和表面形成的羟基磷灰石晶体的形态.硼硅酸盐生物活性玻璃作为硬组织工程支架材料的研究具有重要的意义和广泛的应用前景.     

介孔硼硅酸盐玻璃微球药物载体的制备及其性能表征

介孔二氧化硅微粒具有化学稳定性好、比表面积大和表面易修饰等特点, 作为药物载体具有良好的应用前景, 但其缺乏生物活性且生物降解缓慢等在一定程度上限制了它的应用领域。为克服这些缺陷, 寻找合适的药物载体已成为重要研究方向。与纯二氧化硅相比, 硼硅酸盐玻璃具有良好的生物活性和更高的降解速率。基于此, 本研究尝试合成介孔硼硅酸盐玻璃微球(MBGMs), 并表征了其在负载和释放抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)过程中的载体特性和材料降解引发的各种功能性离子的释放行为。结果表明BMGMs具有约25 mg/g的DOX负载量,引入硼不仅可以调控MBGMs的化学活性和降解速率, 而且较高硼含量的MBGMs可促进酸性条件下的药物释放, 具有一定的酸性响应性。此外, MBGMs可在模拟体液中释放SiO₄^4-、BO₃^3-和Ca²⁺等有益骨组织生长的功能性离子, 并诱导生成羟基磷灰石, 具备良好的离子缓释能力和体外矿化活性。因此, MBGMs作为一种新颖的药物载体材料, 既可作为药物和功能离子的双重负载, 又具有良好的生物活性和降解特性, 在病理性骨缺损修复领域具有良好的应用前景。     

含锶硼酸盐基生物玻璃经晶化处理后对其溶解性能及体外生物活性的影响

通过对含锶硼酸盐基玻璃进行微晶化处理,以考察该玻璃由玻璃态转化为晶态时体外生物活性和降解性的改变。采用熔融法制备不同锶含量(n(SrO)=0、2%、6%)的硼硅酸盐生物玻璃,然后在700℃/4h条件下微晶化处理,分别获得微晶化前后的试样。将各组玻璃及微晶化的样品浸泡在类似于生理模拟液的0.02mol/L的K2HPO4溶液中(以1g玻璃对应100mL浸泡液的比例),置于37℃恒温条件下,进行体外生物矿化反应。用XRD和FT-IR对反应后产物进行表征,并测定不同浸泡时间下样品的质量损失率以及浸泡液的pH值。结果表明,微晶化处理前后的含锶的硼硅酸盐玻璃试样在浸泡实验中都可以转化成含锶羟基磷灰石,即微晶化后的试样仍然具有体外生物活性;并且微晶化后试样的离子溶出速度能够减缓,降低了原玻璃相对骨组织生长来说的较高的降解速度,可以更加匹配骨组织生长的周期。因此,微晶化处理硼硅酸盐玻璃可实现对降解速度的调控,使该微晶化的生物玻璃有可能在骨组织修复中得到临床应用。     

不同模拟体液对硼硅酸盐生物活性玻璃基骨水泥矿化性能的影响

硼硅酸盐生物活性玻璃基(Borosilicate bioactive glass-based, BBG)骨水泥由于其优异的生物活性和生物降解性, 在治疗骨质疏松性骨折以及骨肿瘤、骨创伤、骨髓炎等疾病方面具有重要的应用前景, 受到人们的广泛关注。为进一步了解氨基酸对其植入生物体内后的矿化影响, 本研究在常规的SBF溶液中添加了不同种类及浓度的氨基酸物质, 重点研究对植入体表面形貌的影响。同时为在矿化过程中同步形成白磷钙矿(Whitlockite, WH)和羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA), 调整了SBF溶液的温度以及酸碱度和Mg²⁺浓度, 研究了不同SBF溶液中BBG骨水泥表面形成的矿化产物。研究结果表明, 不同的氨基酸及浓度的变化对矿化产物的影响有较大差异, 天冬氨酸和赖氨酸的浓度变化影响矿物的长径比, 而甘氨酸对矿物形貌的影响较小。将硼硅酸盐生物活性玻璃压片放置在70 ℃下的高Mg²⁺浓度的酸性(pH=3.5)SBF溶液中浸泡一定时间后, 能够获得HA/WH的复相矿物。     

陶瓷散热片用铜浆玻璃相的制备

厚膜陶瓷散热片的制备工艺一般为丝网印刷铜浆、烧结、化学镀镍3部分。目前印刷在散热片上的铜浆,经化学镀镍工艺后附着力下降,因此研究制备导电性好、导热性优和附着力高的铜浆是制备陶瓷散热片的关键。通过对铜浆玻璃相的制备、玻璃软化温度的测定和玻璃釉在化学镀镍液中的耐蚀性测试,得到了耐蚀性较好的玻璃釉,其玻璃相成分为40%SiO₂-31%Bi₂O₃-5%B₂O₃-3%Al₂O₃-5%TiO₂-3%CaO-4%SrO-5%Na₂O-5%K₂O（质量分数,下同）。     

硼酸盐玻璃的原位转化及对浸泡液酸碱度的影响

采用火焰喷球法制备了组成为10Na₂O-10CaO-80B₂O₃(wt%)和19Na₂O-17CaO-64B₂O₃(wt%)的钠钙硼(NCB)玻璃(分别记为S1和S2)微球, 通过pH计、XRD、SEM、SEM-EDS、FTIR和BET研究了两种微球原位转化为中空羟基磷灰石(HA)微球及对浸泡液酸碱度的影响, 并以万古霉素为模型药物, 进一步研究了中空HA微球的缓释性能。结果表明, S1-HA微球具有较大的空腔体积和较好的药物负载性能, 其载药量和载药率分别达到13.5 mg/g和16.8%; 而S2微球对浸泡液pH的影响相对较强, S2-HA微球呈现显著的层状结构, 且具有较好的缓释性能, 其缓释时间可达到60 h。     

Li2Ca2Si2O7生物陶瓷的矿化活性研究

如何有效治疗牙周炎并实现受损牙周骨组织再生, 一直是牙周疾病治疗中具有挑战性的问题, 而矿化是牙周正常发育和功能中关键因素之一。本研究旨在探讨硅酸钙锂(Li₂Ca₂Si₂O₇)生物陶瓷对人牙周膜成纤维细胞增殖、矿化的影响及用于牙周骨组织再生的可能性。采用溶胶-凝胶法制备合成了Li₂Ca₂Si₂O₇陶瓷粉体。通过体外模拟体液浸泡, 发现Li₂Ca₂Si₂O₇粉体具有良好的羟基磷灰石矿化能力。生物学结果表明: Li₂Ca₂Si₂O₇粉体的浸提液在3.125~25 mg/mL浓度范围内能显著促进HPLFs的增殖, 低浓度(6.25 mg/mL)时可显著诱导HPLFs细胞体外矿化(p<0.05)。Li₂Ca₂Si₂O₇粉体具有促进人牙周膜成纤维细胞增殖和矿化能力, 有望作为牙周骨组织再生修复的生物活性材料。     

基于介孔硼硅酸盐生物活性玻璃微球的可注射复合骨水泥

以溶胶-凝胶法制备的介孔硼硅酸盐生物活性玻璃微球(MBGS)作为固相, 海藻酸钠(SA)溶液作为液相,开发了一种可注射复合骨水泥。对MBGS中氧化硼/氧化硅的比例对其质构性能及骨水泥的可操作性、抗压强度和生物活性的影响进行表征。实验结果表明, 随着硼含量的增加, MBGS的比表面积从161.71 m²/g增大至214.28 m²/g, 平均孔径以及总孔容也随之增长, 加速了玻璃相中钙离子的释放, 使得玻璃与SA的快速交联, 改善了骨水泥可操作性能和力学性能, 凝固时间由21 min缩短至9 min, 抗压强度由3.4 MPa提升至4.1 MPa, 体外矿化性能也随之提高。综合各方面性能表现, BC-30骨水泥兼具良好的可操作性能、力学性能和体外矿化能力, 是最合适的骨水泥组分。总之, 提高MBGS的质构性能是增强复合骨水泥的可操作性、抗压强度和生物活性的有效方法。     

溶胶-凝胶法制备高比表面积铝磷钙生物活性玻璃

采用溶胶-凝胶法, 在不使用模板剂的情况下制备出高比表面积的介孔CaO-Al₂O₃-P₂O₅生物活性玻璃(MBGs), 用BET、XRD、DTA以及FTIR对MBGs的结构进行了表征, 并用生物模拟体液(SBF)在36.5℃对生物玻璃进行了体外活性测试, 测试时间为1 d、3 d、7 d和14 d。介孔玻璃的比表面积最高达到461.1 m²/g, 随着CaO的含量从5mol%增加到30mol%, 介孔玻璃的比表面积呈降低趋势。用XRD和FTIR验证了材料的玻璃结构。然而, 在生物模拟体液(SBF)实验中, 当CaO摩尔含量达到20mol%时, 介孔玻璃表现出较高生物活性。这种特殊的高比表面积的介孔铝磷钙生物活性玻璃在生物医药方面有潜在的应用价值。本文的实验结果对优化生物玻璃的介孔结构和CaO含量来提升玻璃的生物活性有一定的指导意义。     

微纳米生物活性玻璃诱导牙本质再矿化研究

封闭牙本质小管能有效减轻牙齿过敏症。本研究以不同粒径的微纳米生物活性玻璃球(MNBGs)为分散质、海藻酸钠-磷酸盐缓冲溶液为分散液, 制备了用于牙本质脱敏治疗的MNBGs糊剂(MNBGP)。在牙本质切片表面进行体外矿化并系统评价了糊剂与牙本质的结合性能, 以及糊剂体外诱导牙本质再矿化、封闭牙本质小管的能力。研究结果表明, 不同粒径MNBGs制备的糊剂均能与牙本质界面紧密结合, 粒径较小的MNBGs在脱矿牙本质切片表面分布更加均匀。MNBGP在人工唾液(AS)中能较好地诱导牙本质再矿化形成磷灰石(HA)以堵塞封闭牙本质小管, 脱矿牙本质切片表面形成的HA 层随矿化时间延长而增厚, 矿化28 d HA层的厚度可达到5~10 μm。MNBGs的尺寸影响其诱导牙本质再矿化的效果, 当颗粒大小与牙本质小管直径匹配时, MNBGs可以更好地封闭牙本质小管。因此, MNBGP具有良好的治疗牙本质过敏的应用前景。     

Ce3+掺杂Li2O-MgO-Al2O3-SiO2玻璃的结构与荧光猝灭现象

采用熔融淬冷法制备了不同浓度Ce³⁺离子掺杂的20Li₂O-5MgO-20Al₂O₃-55SiO₂玻璃闪烁材料。采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)技术、密度检测等方法研究了玻璃的微观结构随Ce³⁺离子掺杂浓度的变化规律, 采用荧光分光技术检测了玻璃的紫外光致激发光谱(PLE)、发射光谱(PE)。研究结果表明: 在不对称的晶体场作用下, Ce³⁺离子5d能级被劈裂为5个组分; 随着玻璃基质内Ce³⁺离子掺杂浓度增大, 玻璃的非晶化程度加深; 5d能级的劈裂宽度随之增大, 由此导致激发带向低能量端展宽、发射光谱明显红移; Ce³⁺离子的荧光发射强度随Ce³⁺离子掺杂浓度先升高、后降低, 浓度猝灭过程成为其荧光发射效率降低的主要原因。     

硅酸钙纳米线复合电纺丝支架的制备及离子释放研究

电纺丝支架已被广泛用于组织工程领域, 其中硅酸钙等生物活性陶瓷复合的电纺丝支架, 在应用中展现出了优异的生物活性。硅酸钙复合电纺丝支架中硅酸钙降解释放的硅酸根离子(SiO₃^2-)已被证实具有促进成血管性能, 但其有效活性离子浓度范围比较窄, 仅在0.79~1.8 μg/mL之间。因此精确控制组织工程材料的离子释放浓度, 使材料释放的离子能较长时间保持在有效活性浓度范围, 对于组织工程应用具有重要意义。本研究通过调节电纺丝孔径大小及硅酸钙纳米线的不同复合方式, 制备了多种硅酸钙复合电纺丝纤维支架, 并比较了其在体外环境下的离子释放模式及对人脐静脉内皮细胞的增殖促进作用。实验结果表明, 混纺及同时电喷-电纺复合方式的小孔径硅酸钙复合电纺支架由于高分子的疏水作用和小孔径结构对离子扩散的阻碍, 可以实现离子缓释。通过体外细胞实验发现, 具有离子缓释效果的支架可以更好地促进人脐静脉内皮细胞的增殖, 说明通过调控支架离子缓释, 可以有效调控其生物活性, 获得最佳组织工程应用效果。     

气体发泡剂—NaHCO3和C6H8O7对可注射多孔硼酸盐玻璃基骨水泥性能的影响

硼酸盐玻璃具有优异的生物相容性、降解性和骨传导性, 在骨组织修复领域受到一定的关注。目前, 硼酸盐玻璃的主要应用形式是支架和微球, 而有关硼酸盐玻璃基骨水泥的制备及性能研究却较少涉及。基于孔隙在骨组织修复材料工程领域中的重要作用, 本研究以NaHCO₃和柠檬酸为气体发泡剂制备可注射的多孔硼酸盐玻璃基骨水泥, 通过SEM、XRD和FTIR等方法表征其对骨水泥性能的影响。结果表明: 发泡骨水泥具有良好的注射性, 其注射率高达80%。SEM形貌照片显示骨水泥中大孔已被成功引入, 且孔隙连通, 其孔径介于10 µm到800 µm之间。浸泡结果表明, 发泡骨水泥失重率明显提高。PBS溶液中浸泡30 d后, 发泡骨水泥的失重率高达70%, 而非发泡的骨水泥的失重率只有50%。此外, XRD和FTIR的结果表明, 浸泡产物为羟基磷灰石(HA)。ATR的结果进一步证明了BBG和PBS溶液的反应机理, 表明BBGC中孔隙的引入大大加快了其降解, 促进了矿化反应的进行。     

Sol‒gel synthesis,properties and protein loading/delivery capacity of hollow bioactive glass nanospheres with large hollow cavity and mesoporous shell

Hollow nanospheres exhibit unique properties and find a wide interest in several potential applications such as drug delivery. Herein, novel hollow bioactive glass nanospheres (HBGn) with large hollow cavity and large mesopores in their outer shells were synthesized by a simple and facile one-pot ultrasound assisted sol‒gel method using PEG as the core soft-template. Interestingly, the produced HBGn exhibited large hollow cavity with ~43 nm in diameter and mesoporous shell of ~37 nm in thickness and 7 nm pore size along with nanosphere size around 117 nm. XPS confirmed the presence of Si and Ca elements at the surface of the HBGn outer shell. Notably, HBGn showed high protein loading capacity (~570 mg of Cyto c per 1 g of HBGn) in addition to controlled protein release over 5 d. HBGn also demonstrated a good in vitro capability of releasing calcium (Ca²⁺: 170 ppm) and silicate (SiO₄⁴⁻: 78 ppm) ions in an aqueous medium over 2 weeks under physiological-like conditions. Excellent in vitro growth of bone-like hydroxyapatite nanocrystals was exhibited by HBGn during the soaking in SBF. A possible underlying mechanism involving the formation of spherical aggregates (coils) of PEG was proposed for the formation process of HBGn.