介孔生物活性玻璃_脱钙骨复合支架的制备及性能研究
生物活性玻璃
生物活性玻璃一、引言生物活性玻璃（bioactive glass，BAG）是一种具有良好生物相容性和生物活性的材料，具有广泛的应用前景。
其中，BAG-被用来修复和再生骨骼和牙齿组织，被广泛应用于医疗领域。
二、生物活性玻璃的历史20世纪50年代，全欧洲的学者和医生都在寻找一种可以更好地修复骨骼缺陷的方法，而玻璃领域的科学家们则在研究如何用玻璃代替骨骼的缺陷。
这些研究最终导致了生物活性玻璃的发现。
1969年，英国剑桥大学的Larry Hench教授首先提出了生物活性玻璃的概念。
Hench通过在玻璃中添加天然的人体成分和改变玻璃化学构成来使玻璃具有生物活性，并被称为“胡萝卜玻璃”，因为它的配方中包含了苹果、胡萝卜和菠菜。
在BAG-45S5的构成和材料所使用的原理上，也是Hench教授在20世纪70年代末期发明的。
20世纪70年代末期，Hench创造了第一种BAG， BAG-45S5，它包括SiO2、Na2O、CaO和P2O5。
BAG-45S5存储在A-W慢晶体基质的研究并且在存储后才释放出离子，该研究是BAG行业的里程碑。
三、生物活性玻璃的材料和制造方法生物活性玻璃是由玻璃形成材料和可释放出溶解离子的化学元素的混合物组成的。
BAG的组成可以通过改变其成分控制所释放的离子，包括Na+、Ca2+和SiO4^-4等。
BAG的制造方法大多基于锻造、键合、重燃及溶胶-凝胶等步骤，其中，溶胶-凝胶法是被广泛运用的一种。
四、生物活性玻璃的生物活性及应用BAG具有良好的生物活性是由于其表面的氢氧根离子与生物体的液体接触产生化学反应，释放出有益于骨细胞生长和修复的离子。
因此，BAG在医学领域被广泛应用于骨科修复和牙科修复。
（一）BAG在骨科修复中的应用1、 BAG可以加速骨细胞形成和骨重构，它的离子能够引发生长因子的生物化学反应，加速骨细胞的分化和增殖。
2、 BAG可以促进骨重构，并增强骨密度、硬度、强度和抗扭曲性等物理特性。
新型有序纳米介孔生物活性玻璃体外复合培养成骨细胞生物相容性研究
新型有序纳米介孔生物活性玻璃体外复合培养成骨细胞生物相容性研究陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊【期刊名称】《生物骨科材料与临床研究》【年(卷),期】2010(007)001【摘要】目的评价新型有序纳米介孔生物活性玻璃(80S MBG)对成骨细胞的生物相容性.方法以Novabone为对照,用大鼠成骨细胞与80S MBG浸提培养液、Novabone浸提培养液和正常的空白培养液培养,分别于3、4、5d用四唑盐(MTT)比色法计数计算细胞相对增殖度,用6级毒性分类法评级,同时用偶氮偶联法(PNPP)染色,分析碱性磷酸酶活性的变化.结果 80S MBG毒性评级为0～1级,对成骨细胞分化无明显的抑制作用.结论 80S MBG的体外生物活性较高,对体液微环境的影响轻微,细胞相容性好,作为骨组织修复替代材料或骨组织工程支架材料具有较高的研究和应用价值.【总页数】5页(P16-19,23)【作者】陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊【作者单位】复旦大学附属华山医院骨科,上海,200040;上海交通大学医学院附属仁济医院骨科,上海200127;复旦大学附属华山医院骨科,上海,200040;复旦大学化学系无机材料合成实验室多孔材料课题组,上海,200433;复旦大学附属华山医院骨科,上海,200040【正文语种】中文【相关文献】1.介孔纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合物支架与成骨细胞的生物相容性研究 [J], 罗新乐;黄术;宋锦旗;朱伟民;欧阳侃;;;;;2.新型有序纳米介孔生物玻璃材料对体外培养成骨细胞的影响 [J], 章晔;张权;黄煌渊3.新型有序纳米介孔生物活性玻璃的不同浓度浸提液对成骨细胞影响的研究 [J], 陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊4.新型有序纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液中的表面生物活性研究 [J], 陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊5.新型有序纳米介孔生物活性玻璃对成骨细胞IGF-Ⅱ基因调控的影响 [J], 张权;谢寒;余承忠;易静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
介孔生物玻璃复合支架及其骨组织修复应用
第41卷第6期现代技术陶瓷Vol. 41 No. 6 2020年12月Advanced Ceramics December 2020中图分类号：R318 文献编号：1005-1198 (2020) 03-0373-21文献标识码： A DOI：10.16253/ki.37-1226/tq.2020.06.002介孔生物玻璃复合支架及其骨组织修复应用黄子彦1，朱敏1，朱钰方1,21上海理工大学材料科学与工程学院，上海2000932中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验，上海200050摘要：介孔生物玻璃(Mesoporous Bioglass, MBG) 支架由于高的比表面积和介孔结构而具有优异的成骨活性、生物降解性以及局部药物递送功能。
MBG支架可提供细胞增殖/生长、细胞外基质沉积、营养物质获取的场所，引导新骨生长而修复骨缺损。
然而，纯MBG支架的力学强度低、脆性大而使其应用于骨缺损修复受到限制。
将MBG结合生物高分子或其他生物陶瓷制备MBG复合支架成为解决上述问题的有效策略之一。
本文将基于MBG复合支架的骨组织修复应用背景，简单介绍MBG复合支架的制备方法，系统总结MBG复合支架在骨组织修复领域中的应用，最后对MBG复合支架的发展前景与挑战进行展望。
关键词：介孔生物玻璃；支架；骨修复Mesoporous Bioglass Composite Scaffolds andThier Applications in Bone RepairHUANG Zi-Yan1，ZHU Min1, ZHU Yu-Fang1,21 School of Materials and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China2 State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, ShanghaiInstitute of Ceramics Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, ChinaAbstract: Mesoporous bioglass (MBG) scaffolds exhibit enhanced bone-forming bioactivity, degradation and local drug delivery properties due to their high specific surface area and mesoporous structure. Scaffolds act as the temporary template for cell proliferation and extracellular matrix deposition, which facilitates consequent bone in-growth until the bone defects are restored. However, pure MBG scaffolds show low mechanical strength and great brittleness. To overcome these drawbacks, the combination of MBG with biopolymers or other bioceramics to form composite scaffolds is an interesting and efficient strategy. Herein, we introduced the background for the use of−−−−−−−−−−−−−−−收稿日期：2020-05-12 收到修改稿日期：2020-05-23基金项目：上海理工大学科技发展基金项目 (2019KJFZ023)。
掺铜介孔生物活性玻璃的制备及其生物活性
浙江理工大学学报，2021，45(2): 221-226Journal of Zhejiang Sci-Tech UniversityDOI：10. 3969/j.issn.l673-3851(n).2021. 02.009掺铜介孔生物活性玻璃的制备及其生物活性郑玉华\刘涛，王莉a，周慧敏8，丁新波3(浙江理工大学，a.纺织科学与工程学院（国际丝绸学院）；b.科技与艺术学院，杭州310018)摘要：采用溶胶-凝肢法分别以溴化十六烷基三甲铵（CTAB)、正硅酸乙酯（TEOS)、硝酸钙、铜/抗坏血酸复合 物作为玻璃前驱体合成掺铜介孔生物玻璃，通过TEM、F T IR及氮气吸附法等测试方法表征该玻璃材料的表面形 态、化学结构和理化性质，并测定不同剂量掺铜梯度对介孔生物玻璃粉体的生物活性影响。
结果表明：选择不同比 例的钢/抗坏血酸复合物可以获得可控的掺铜介孔生物玻璃纳米球，其中样品lCu-MBG、5Cu-MBG、7Cu-MBG的孔 容分别为0• 62、0. 74 m3/g和0• 78 m3/g，孔径分别为6_91、7. 28 n m和10. 06 nm，随着C u含量的增加，Cu-MBGs样 品的孔容和平均孔径均增加；所有样品颗粒均表现出较大的比表面积、孔容和孔径，且体外生物活性良好。
所制备 的玻璃材料有望应用于骨组织再生修复和皮肤缺损愈合。
关键词：溶胶凝肢；介孔生物玻璃；铜；纳米球；生物活性中图分类号：TQ127.2 文献标志码：A 文章编号：1673-3851 (2021) 03-0221-06Preparation of copper-doped m esoporous bioglass and its b io a ctivity ZH ENG Yuhua-, LIU Taoa'h, WANG L ia , ZHOU H uim ina , DING Xinboa(a. College of Textile Science and EngineeringCInternational Silk Institute)；b. Keyi College, Zhejiang Sci-Tech University. Hangzhou 310018, China)Abstract：Copper-doped mesoporous bioglass was synthesized with sol-gel method by using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), ethyl orthosilicate (T E O S), calcium nitrate, and copper/ ascorbic acid composite as glass precursors. And TEM, FTIR and nitrogen adsorption method were used to characterize the ‘s urface morphology，chemical structure, physical and chemical properties of the glass material. The effect of different doses of copper doping gradient on the bioactivity of mesoporous bioglass powder was explored. The results showed that controllable copper-doped mesoporous bioglass nanospheres could be obtained by choosing different proportions of copper/ascorbic acid composites. The pore volume of samples lCu-MBG, 5Cu-MBG, 7Cu-MBG was 0. 62, 0. 74 and 0. 78 m3/g respectively, and the pore size was 6. 91, 7. 28, 10. 06 nm respectively. As the copper content increased, the pore volume and average pore size of Cu-MBGs samples increased. All sample particles showed large specific surface area，pore volume and pore size, with good in vitro bioactivity. The glass material prepared is expected to be further applied in bone tissue regeneration, repair and skin defect healing.Key words：sol-gel；mesoporous bioglass；copper；nanosphere；bioactivity〇引言介孔生物活性玻璃（Mesoporous bioactive glass，MBG)是一种重要的无机生物活性材料，具有优异的可降解性、生物相容性和生物活性，能诱导类 骨磷灰石形成，与宿主骨骼或软组织发生化学键合，且无炎症等[14]反应，可用于多种生物医学材料人体 骨骼修复、创口愈合及牙科治疗，备受材料学、生物收稿日期：2020—10—15 网络出版日期：2020—11 — 30基金项目：国家自然科学基金项目（31900964);浙江理工大学科技与艺术学院科研项目（KY2019002)作者简介：郑玉华（1995 — ），女.浙江衝州人，硕士研究生，主要从事现代纺织技术及新产品开发方面的研究。
生物活性玻璃及其壳聚糖复合多孔材料的研究的开题报告
生物活性玻璃及其壳聚糖复合多孔材料的研究的开题报告一、研究背景：生物活性玻璃是一种可溶解的无机材料，其具有良好的生物相容性和生物活性，在医疗、生物工程、组织工程等领域有着广泛的应用。
由于生物活性玻璃具有较高的肉芽组织生长能力，可以促进骨修复，因此在人工骨和关节置换、骨海绵和骨水泥的制备和修复等方面得到了广泛的应用。
壳聚糖作为一种天然的多孔材料，在医疗和食品行业中也得到了广泛的应用。
壳聚糖与生物活性玻璃的复合可以有效地改善生物活性玻璃的力学性能和可加工性，同时保持其良好的生物相容性和生物活性。
二、研究目的：本研究旨在通过将壳聚糖与生物活性玻璃复合形成多孔材料，探究其在骨修复和组织工程等领域中的应用。
具体目的包括：1. 合成具有不同壳聚糖含量的生物活性玻璃/壳聚糖复合材料，并对其物理化学性质进行表征。
2. 研究生物活性玻璃/壳聚糖复合材料的生物学性能，包括细胞黏附、增殖和分化等方面的影响。
3. 探索生物活性玻璃/壳聚糖复合材料在骨修复和组织工程中的应用前景，包括人工骨的制备和修复、组织工程支架的应用等。
三、研究方法：1. 合成不同壳聚糖含量的生物活性玻璃/壳聚糖复合材料。
通过溶胶-凝胶法，将生物活性玻璃和壳聚糖混合，并制备出不同组成比例的复合材料。
2. 对生物活性玻璃/壳聚糖复合材料的物理化学性质进行表征。
包括霍尔效应测量、红外光谱分析、热重分析和X射线衍射分析等。
3. 研究生物活性玻璃/壳聚糖复合材料的生物学性能。
采用细胞培养等方法，评估其对细胞黏附、增殖和分化等方面的影响。
4. 探索生物活性玻璃/壳聚糖复合材料在骨修复和组织工程中的应用前景。
通过制备人工骨和组织工程支架等方法，探究其应用潜力。
四、研究意义：本研究将生物活性玻璃和壳聚糖两种材料进行复合，可以有效地提高生物活性玻璃的力学性能和可加工性，同时保持其良好的生物相容性和生物活性。
在骨修复和组织工程等领域中具有广阔的应用前景，有望为相关领域的研究提供新思路和新方法，推动相关技术的发展和创新。
生物玻璃的研究现状、制备及发展趋势
生物玻璃的研究现状、制备及发展趋势摘要:生物玻璃具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性，已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点。
本文论述了生物玻璃的研究现状，同时对生物玻璃的不同制备方法进行了概述，重点介绍了溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃，并展望了生物玻璃发展与应用前景。
关键词:生物玻璃；研究现状；溶胶-凝胶法；应用前景1 引言生物玻璃是一种与骨组织和软组织均有良好的结合能力的特种玻璃，在植入体内后生物活性玻璃表面即与体液发生离子反应，最终在玻璃表面形成类似骨中无机矿物的低结晶度碳酸羟基磷灰石层（HCA）。
20世纪70年代初，Hench教授通过熔融法制备出Na2O-CaO-SiO2-P2O5系统的生物玻璃45S5，开创了一个崭新的生物材料研究领域。
研究发现，在体内实验中生物活性玻璃比其他生物陶瓷能更快的与骨组织键合，体外模拟体液（SBF）中浸泡一段时间能在其表面生成类骨的碳酸羟基磷石晶体。
而且生物玻璃可以通过组分的改变来调节它们的生物矿化及降解性能。
然而，生物玻璃材料的生物力学性能，可梯度降解性能和孔结构等问题在一定程度上影响了生物玻璃医疗器械的临床治疗效果。
因此，克服生物活性玻璃的不足，进一步改善和提高生物活性玻璃材料的各项性质，将成为材料科学、生物科学及医学及等交叉学科的研究热[1]。
2 生物玻璃的发展过程及现状继Hench教授研制开发出45S5生物玻璃之后，又有多种生物活性微晶玻璃不断被研制开发出来。
1973年，德国Bromer等人通过大幅度减少碱金属氧化物的含量，即减少钾、钠含量，增加钙、磷含量并应用玻璃的微晶技术，成功制备了Na2O-K2O-MgO-CaO-P2O5-SiO2系统的微晶生物玻璃（Ceravital），主晶相为碳酸磷灰石。
其化学组成为（摩尔分数）Na2O 4.8%，K2O 0.4%，MgO 2.9%，CaO 34.0%，P2O5 11.7%，SiO2 46.2%。
其生物活性低于45S5玻璃，但其机械性能却有了较大的提高，可以应用于受力不明显的骨缺损的填充，如颌骨的修补，也可作为骨水泥材料应用于临床上。
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第26卷 第10期 无 机 材 料 学 报 Vol. 26 No. 10
2011年10月 Journal of Inorganic Materials Oct., 2011
收稿日期: 2010-11-23; 收到修改稿日期: 2011-01-12 基金项目: 国家自然科学基金(50973096, 50903073,31070867); 浙江省科技厅公益项目(2010C31038) National Natural Science Foundation of China(50973096, 50903073,31070867); Commonweal Project of Science and Technology Department of Zhejiang Province(2010C31038) 作者简介: 薛士壮(1984−), 男, 硕士研究生. E-mail: shizhuang_xue@126.com 通讯作者: 冯新星, 副教授. E-mail: fengxx@zstu.edu.cn; 常 江, 研究员. E-mail: jchang@mail.sic.ac.cn
文章编号: 1000-324X(2011)10-1068-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.01068 介孔生物活性玻璃/脱钙骨复合支架的制备及性能研究
薛士壮1, 朱海霖1, 陈建勇1, 冯新星1,2, 常 江2 (1. 浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 材料与纺织学院, 杭州 310018; 2. 中国科学院 上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050)
摘 要: 将介孔生物活性玻璃(MBG)与脱钙骨(DB)复合, 利用浸渍法制备出MBG/DB复合支架材料. 采用红外光谱(FTIR), 扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), 电子万能材料试验机等方法对牛松质骨(CB)、DB、MBG/DB复合支架进行表征. 结果表明, CB经浸酸处理后制备的DB, 孔径大小在200~600μm范围内, 孔隙率约为71%, 抗压性能比CB明显降低(1.10±0.31)MPa, 而采用浸渍法制备的复合支架, 孔隙率降为40%左右, 而压缩强度明显提高(8.49± 2.14)MPa. 体外生物活性测试表明: 复合支架具有良好的生物活性. 关 键 词: 介孔生物活性玻璃; 脱钙骨; 复合支架; 生物活性 中图分类号: R318 文献标识码: A
Preparation and Properties of Mesoporous Bioactive Glass / Demineralized Bone Composite Scaffolds
XUE Shi-Zhuang1, ZHU Hai-Lin1, CHEN Jian-Yong1, FENG Xin-Xing1,2, CHANG Jiang2 (1. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology of Ministry of Education, College of Materi-als and Textiles; Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2. State Key Laboratory of High Performance Ce-ramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China)
Abstract: The composite scaffolds (MBG/DB) were prepared successfully through immersing the mesoporous
bioactive glass powders into the demineralized bones. The bovine cancellous bone, demineralized bone, composite scaffold were investigated and characterized by FTIR, SEM, XRD and universal electromechanical testing machine. The results show that the compressive strength of the demineralized bones is about (1.10±0.31)MPa, the porosity is about 71% and the pore size is in the range from 200 to 600μm. However, the porosity and the compressive strength of the composite scaffolds are decreased to 40% and increase markedly to (8.49±2.14)MPa, respectively.
Meanwhile, the composite scaffolds show good bioactivity in vitro. Key words: mesoporous bioactive glass; demineralized bone; composite scaffold; bioactivity
研究和寻找合适的骨替代材料, 一直是生物材料科学领域的一项重要课题. 脱钙骨(DB)是将松质骨(CB)脱钙后得到的一种可用于骨修复的支架材 料[1-2], 但在处理过程中骨诱导生长因子会受到影响, 而且DB较低的机械强度限制了其在临床上的应用. 为了克服以上缺点, Chen等[3]将骨形态发生蛋白−2(BMP-2)添加到DB中来提高其骨诱导能力; Lin等[4]用肝素交联脱钙骨, 既增加了DB的机械强
度, 又提高了其与BMP-2的结合能力. 生物活性玻璃(SiO2-CaO-P2O5)最初是由Hench第10期 薛士壮, 等: 介孔生物活性玻璃/脱钙骨复合支架的制备及性能研究 1069 教授等[5]采用熔融法制备的用于骨修复的材料, 其具有良好的生物相容性和生物活性, 在植入部位发生一系列表面反应而形成羟基磷灰石层, 通过羟基磷灰石层与骨组织发生紧密结合[6-8], 并且该类材
料具有比羟基磷灰石更佳的成骨性能[9-10]. 与传统
生物活性玻璃相比, 介孔生物活性玻璃因具有连续可调的孔径且排列有序, 分布均匀, 较高的比表面积和孔容, 能显著提高材料的生物活性而引起生物材料界的广泛兴趣[11-13].
本研究将介孔生物活性玻璃58S(M58S)与脱钙骨复合, 利用介孔生物活性玻璃优异的成骨性能, 采用浸渍法制备出一种复合支架材料(MBG/DB), 初步探索此复合支架作为骨组织支架的可能性.
1 实验 1.1 原料与试剂 合成M58S所用试剂P123(Mn~5800), 正硅酸乙
酯(TEOS, AR), 磷酸三乙酯(TEP, CP), 硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O, AR), 硝酸(HNO3, AR); 制备脱钙骨所用原料市售牛松质骨, 盐酸(HCl, AR), 丙酮(C3H6O, AR); 配置模拟体液所用试剂氯化钠(NaCl), 碳酸氢钠(NaHCO3), 氯化钾(KCl), 磷酸氢二钾
(K2HPO4·3H2O), 氯化镁(MgCl2·6H2O), 氯化钙(CaCl2·2H2O), 硫酸钠(Na2SO4)及三羟甲基氨基甲烷(TRIS)等均为分析纯. 1.2 材料的制备 按文献[14]的方法, 以P123为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 磷酸三乙酯为磷源, 硝酸钙为钙源制备M58S(Si/Ca/P=58:23:9); 脱油脂的CB经盐酸浸泡后, 用去离子水洗涤数次, 冷冻干燥制备DB[3];
M58S粉体与一定量的5wt%聚乙烯醇(PVA)溶液混合, 调成具有一定流动性的浆料, 将脱钙骨浸入浆料中, 反复抽真空后, 真空干燥制备复合支架材料. 1.3 材料结构的表征和性能测试 JSM-5610LV型扫描电镜(日本JEOL公司)观察材料表面结构; 采用排乙醇[15]的方法测试DB及MBG/DB复合支架的孔隙率; D/Max 2550V X射线衍射仪(日本Rigaku公司)对介孔生物活性玻璃进行小角物相分析, ARL-X'TRA型X射线衍射仪(美国 Thermo Electron公司)对材料进行物相分析; Nicolet 5700傅里叶红外光谱仪(美国Thermo Electron公司)测试材料结构变化; Shimadza AG电子万能材料试验机(日本Shimadzu公司)测试材料的压缩强度, 加载速度为0.5mm/min, 结果为5个试样的平均值.
1.4 生物活性研究 采用模拟体液(SBF)浸泡法来评价复合支架材料体外诱导羟基磷灰石沉积的能力. 按文献[16]制备1.5×SBF, 将制备的MBG/DB复合支架浸入SBF中7d, 采用XRD、FTIR 及FE-SEM等表征支架表面沉淀的羟基磷灰石情况.
2 结果与讨论 2.1 M58S的介孔结构表征 图1为M58S的小角度XRD图谱, 从图中可以看出, M58S具有三个衍射峰, 对应六方相(P6mm)介孔材料的(100)、(110)、(200)晶面的特征衍射峰, 与参考文献[14]报道的介孔生物活性玻璃的小角XRD特征图谱相一致. 2.2 扫描电镜(SEM)观察 图2是DB及MBG/DB复合支架的扫描电镜照片. CB经盐酸处理后, 羟基磷灰石成分会溶解在盐酸中, 从而显示出多孔结构的DB, 如图2(a)所示, 孔径尺寸约为200~600μm, 采用排乙醇法测得DB孔隙率约为71%. DB经浸渍后, 其部分大孔及微孔等充满介孔生物活性玻璃, 如图2(b), 实现了M58S与DB的复合, 复合支架的孔隙率约为40%, 这也说明DB经浸渍后, 原来的部分大孔或微孔的孔径消失或减小. 2.3 傅里叶红外光谱(FTIR)分析 图3显示的是CB、DB、MBG/DB复合支架及M58S的红外光谱图. 图3(a)、(b)在1653、1545、1244cm−1处的吸收峰分别是胶原蛋白酰胺Ⅰ带的