硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能

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18SiO₂-6Na₂O-8K₂O-8MgO-22CaO-2P₂O₅-36B₂O₃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 mA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。     

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。     

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。     

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.     

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）。     

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。     

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。     

Sol-gel生物活性玻璃体外矿化沉积的动态/静态体外模拟系统对比研究

采用溶胶-凝胶法制备了CaO-P2O3-SiO2系统生物活性玻璃粉体,并通过成型烧结工艺制成多孔材料,对比研究了样品在动态和静态2种体外模拟实验系统中的材料矿化沉积,通过测量溶液pH值,Ca^2 浓度,及样品的XRD、SEM、FTIR测试,证明了动态体外模拟系统可以更好地模拟体内环境,生物活性玻璃材料在2种模拟系统中表面都有碳酸羟基磷灰石生成。     

Sol-Gel生物活性玻璃降解性能及矿化沉积的体外模拟研究

本研究采用溶胶-凝胶法制备了CaO-P2O5-SiO2系统生物活性玻璃粉体,并通过成型、烧结工艺制成多孔材料,样品在体外模拟实验系统中进行材料降解性能研究.通过测量溶液pH值、Ca2 浓度及样品的XRD、SEM、FTIR测试,认为生物活性玻璃本身发生降解的同时表面有一层类骨碳酸羟基磷灰石生成.     

氨基化改性生物玻璃/明胶/胶原复合支架的研究

利用溶胶-凝胶技术制备生物活性玻璃,并将其与明胶、胶原蛋白复合制备生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架。力学性能研究表明,该复合支架形变量50%时的抗压强度为5.97 MPa;将生物活性玻璃氨基化改性后,制备的复合支架形变量50%时的抗压强度略有增加(6.15 MPa)。傅立叶红外光谱显示,氨基化改性生物玻璃与明胶、胶原之间生成酰胺键,增强了复合支架的结构稳定性。将生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架置于模拟体液中矿化,在扫描电镜下可观察到其表面生成了羟基磷灰石,且随着矿化时间的延长,生成的羟基磷灰石颗粒逐渐增多。生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架于磷酸盐缓冲液(PBS)中降解28d后,其质量剩余25.25%,而氨基化改性生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架的质量剩余32.96%,表明氨基化改性能够提高其无机相与有机相的界面相容性,从而提高复合支架的结构稳定性。细胞毒性研究表明,氨基化改性生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架和生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架反应级为0级或1级,可满足生物医用材料的要求。氨基化生物活性玻璃/明胶/胶原复合支架有望在骨组织工程修复中得到应用。     

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。     

氧化钛和氧化铝陶瓷的骨诱导作用

蛋白质吸附、钙磷离子释放和表面生物矿化是钙磷材料诱导异位骨生成的可能材料机制。对比了非表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-S)、表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-R)和表面微孔生物惰性非钙磷陶瓷(TiO_2陶瓷;Al_2O_3陶瓷;两者无钙磷释放,无表面生物矿化能力)的异位骨诱导能力。研究发现,不同化学成分的陶瓷材料对蛋白质有选择性吸附。即使不吸附骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2),具有表面微孔的非钙磷陶瓷也能诱导异位骨组织生成。结果表明,钙磷离子释放和表面生物矿化在磷酸钙生物材料骨诱导中不起关键作用,表面微孔也不一定通过蛋白质吸附而在异位骨诱导中起作用。     

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.     

仿生矿化法制备可降解羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合材料

细菌纤维素是具有天然纳米网状结构的支架材料,对其进行氧化改性后可获得可调控的降解性能。通过仿生矿化氧化改性的细菌纤维素支架,制备了可降解羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合骨组织工程支架材料。观察并分析了仿生矿化过程氧化细菌纤维素的降解和羟基磷灰石的形成,并通过SEM、EDS、XRD对羟基磷灰石在可降解氧化细菌纤维素支架上沉积进行了表征,矿化7天的羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合材料表面和内部均有磷灰石形成,测得磷灰石的钙磷比为1.75,主要为羟基磷灰石,伴有少量碳羟磷灰石。结果表明,使用仿生矿化法成功获得了一种新型可降解羟基磷灰石/氧化纤维素复合材料支架。     

生物活性陶瓷材料表面碳酸羟基磷灰石形成及其微观结构的研究

制备了羟基磷灰石(HAP)、生物活性玻璃、硅灰石以及羟基磷灰石和硅灰石的复合陶瓷等几种不同的生物活性陶瓷材料,在同一条件下对材料进行模拟体液(SBF)浸泡实验并用傅立叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)对试样表面进行了表征.结果显示,几种生物陶瓷材料经模拟体液浸泡后,表面都沉积了碳酸羟基磷灰石(HCA).不同的材料,表面沉积HCA的速度和微观结构有所差异.在硅灰石表面沉积HCA的速度最快,而在HAP表面沉积HCA的速度为最慢.HAP和硅灰石表面沉积的HCA层较为疏松,与此相比生物活性玻璃表面沉积的HCA层较为致密.这几种生物活性陶瓷材料表面沉积的HCA基本上都为光滑的球形颗粒.羟基磷灰石与硅灰石复合后不仅沉积HCA的速度发生很大变化,而且表面生成的HCA的微观结构也发生了改变.我们的结果显示,在模拟体液中材料表面HCA沉积速度和微观结构可以作为评价无机生物材料体外生物活性的一个重要方法,而通过羟基磷灰石和硅灰石复合可以调控材料的生物活性。     

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。     

羟基磷灰石纳米棒的合成及其体外生物活性研究

在没有任何表面活性剂存在的情况下，利用水热法合成了尺寸分布均匀的羟基磷灰石（HAp）纳米棒，其长度和直径分别为0．5～1．51am和45～60nm。通过模拟体液（SBF）浸泡实验，研究了其体外生物活性。结果显示，浸泡10d后的羟基磷灰石纳米棒直径变为60～140nm，表面有新的羟基磷灰石层的形成，表明了该羟基磷灰石纳米棒具有良好的生物活性．