第五章生物功能玻璃介绍
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。
生物活性玻璃实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解生物活性玻璃的制备方法及其基本原理；2. 掌握生物活性玻璃的性能测试方法；3. 研究生物活性玻璃在不同条件下的性能变化。
二、实验材料与仪器1. 实验材料：硅砂、硼砂、氧化钙、氧化钠、氧化铝等；2. 实验仪器：高温炉、研磨机、电子天平、分析天平、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子吸收光谱仪等。
三、实验方法1. 生物活性玻璃的制备（1）按一定比例称取硅砂、硼砂、氧化钙、氧化钠、氧化铝等原料；（2）将原料混合均匀，加入适量去离子水；（3）将混合物放入高温炉中，在1200℃下熔融；（4）将熔融物倒入模具中，自然冷却；（5）将冷却后的玻璃块研磨成粉末，过筛，得到生物活性玻璃。
2. 生物活性玻璃的性能测试（1）X射线衍射分析（XRD）：分析生物活性玻璃的晶体结构；（2）扫描电子显微镜（SEM）：观察生物活性玻璃的微观形貌；（3）原子吸收光谱仪（AAS）：测定生物活性玻璃中各元素的含量；（4）力学性能测试：测定生物活性玻璃的抗压强度、抗折强度等；（5）生物活性测试：模拟人体生理环境，研究生物活性玻璃的溶出性能和细胞毒性。
四、实验结果与分析1. XRD分析通过XRD分析，发现制备的生物活性玻璃具有典型的玻璃晶体结构，表明制备方法合理。
2. SEM分析SEM分析显示，生物活性玻璃的微观形貌呈现出均匀的颗粒状，说明玻璃粉末具有良好的分散性。
3. 元素含量测定AAS测定结果表明，生物活性玻璃中Si、B、Ca、Na等元素的含量与理论值基本一致，表明原料配比合理。
4. 力学性能测试抗压强度和抗折强度测试结果表明，生物活性玻璃具有良好的力学性能。
5. 生物活性测试模拟人体生理环境下，生物活性玻璃具有良好的溶出性能，溶出物中Si、B、Ca等元素含量较高，表明生物活性玻璃具有良好的生物相容性。
细胞毒性实验结果显示，生物活性玻璃对细胞无明显毒性。
五、结论1. 本研究成功制备了生物活性玻璃，并通过XRD、SEM、AAS等方法对其进行了性能分析；2. 生物活性玻璃具有良好的生物相容性和力学性能，为生物医学领域提供了新的材料选择；3. 本实验为生物活性玻璃的制备与性能研究提供了参考，有助于进一步优化制备工艺和拓宽应用领域。
生物玻璃材料的制备和应用
生物玻璃材料的制备和应用生物医学工程领域需要用到一种特殊的材料——生物玻璃。
具有良好生物相容性、生物活性、生物可降解性和骨替代材料的特性使得生物玻璃材料在医学领域有着广泛的应用。
在接下来的文章中，我们将会深入探讨生物玻璃材料的制备和应用。
一. 生物玻璃材料的制备生物玻璃材料的制备方法主要有两种，分别是熔融法和溶胶-凝胶法。
熔融法是指将多种不同材料熔融后，通过快速冷却的方法，使其形成非晶体结构的玻璃。
具有优异的生物相容性和生物可降解性，广泛应用在骨修复和骨替代领域。
但熔融法制备的生物玻璃存在着玻璃转化温度过高、多孔结构较难形成等问题，影响其应用性能。
溶胶-凝胶法是指将溶剂中的前驱体氧化物或氢氧化物加入到界面活性剂或聚合物中，形成凝胶，并在常温常压下干燥或烘干。
在制备过程中，可以通过控制原料、浸泡时间、干燥温度等条件，实现控制生物玻璃材料的孔径、孔隙率、生物降解速率和生物活性等参数的调节。
而且，由于制备过程中的化学键和化学反应较少，所以获得纯度高、结晶度低、缺陷少的生物玻璃材料。
二. 生物玻璃材料的应用目前，生物玻璃材料主要应用于骨修复、牙修复、近视屈光手术、皮肤创口愈合等领域。
1. 骨修复生物玻璃作为一种骨替代材料，具有良好的生物相容性和生物活性，不仅可以与人体自身组织融合，还可以促进骨细胞的生长，加速骨细胞再生，具有非常好的促进骨修复的效果。
在骨缺损和断裂的术后治疗中，生物玻璃被广泛使用。
2. 牙修复生物玻璃材料可以应用于牙齿的修复，不仅可以作为牙齿填充材料使用，还可以作为牙齿牙釉质替代材料，并且具有防龋、抗功能的特点，可有效防止继发性龋齿的出现。
3. 近视屈光手术目前市面上常见的激光近视屈光手术中，有一种手术就是采用生物玻璃材料作为角膜替代物，可以改善眼球的近视情况，提高患者的生活质量。
4. 皮肤创口愈合生物玻璃材料还可以用于皮肤创口愈合，能够促进创伤处的肉芽组织生长、炎症控制和愈合过程，可对烧伤、切割伤、病变切除等创面有着非常好的作用。
生物玻璃介绍
CREATE TOGETHER
DOCS
01
生物玻璃的基本概念与特性
生物玻璃的定义与来源
生物玻璃是一种生物相容性材料
• 由生物活性玻璃和生物降解玻璃组成 • 具有生物相容性、生物活性和生物降解性等特性
生物玻璃的来源
• 主要来源于自然界和人工合成 • 自然界的生物玻璃如珊瑚、贝壳等 • 人工合成的生物玻璃如硅酸盐、磷酸盐等
生物玻璃的应用优势
• 广泛的应用领域：如医疗器械、生物医学等 • 可调控的性能：通过成分和结构调控，实现性能优化
02
生物玻璃的分类与制备方法
生物玻璃的类型与特点
生物玻璃的类型
• 钠钙硅酸盐生物玻璃：如45S5、58S等 • 钾钙硅酸盐生物玻璃：如KBS3、KBS5等 • 钙磷硅酸盐生物玻璃：如CaP、Bio-陶瓷等
生物玻璃面临的挑战与未来发展方向
生物玻璃面临的挑战
• 性能优化：如何实现性能优化，提高应用效果 • 成本降低：如何降低生产成本，提高市场竞争力
生物玻璃的未来发展方向
• 技术创新：通过技术创新，实现性能优化和应用拓展 • 可持续发展：实现绿色生产和循环利用，提高可持续发展能力
谢谢观看
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生物玻璃的技术创新
• 新型生物玻璃：开发新型生物玻璃，拓展应用领域 • 复合材料：研究生物玻璃复合材料，提高性能
生物玻璃的市场需求与产业发展
生物玻璃的市场需求
• 医疗器械：市场需求持续增长 • 生物医学：市场需求不断扩大
生物玻璃的产业发展
• 产业链完善：实现原料、制备、应用等产业链完善 • 产业发展：推动生物玻璃产业发展，提高产值
生物玻璃在组织工程领域的应 用
• 生物玻璃在组织工程领域的应用 • 生物玻璃支架：用于细胞生长和组织再生 • 生物玻璃载体：用于药物传递和基因治疗
生物玻璃材料制备
生物玻璃材料制备生物玻璃是一种新型的生物医用材料，它具有许多优异的性能，如高生物相容性、生物活性、生物降解性等。
因此，生物玻璃在骨科、牙科、眼科、耳科等医疗领域具有广泛的应用前景。
本文将对生物玻璃材料的制备方法进行介绍。
一、热熔法制备生物玻璃热熔法是一种传统的生物玻璃制备方法。
该方法是将对应的玻璃原料按一定比例混合后，在高温下进行熔融混合，再将熔融的玻璃浇铸成形。
生物玻璃的主要成分是SiO2、CaO、P2O5等。
因此，常用的原料包括二氧化硅、磷酸氢二铵、碳酸钙等。
在熔融过程中，还可以加入其他元素，如氟、锆等，以提高生物玻璃的性能。
热熔法制备生物玻璃的优点是制备过程简单，可以制备大尺寸的生物玻璃。
但该方法存在一些不足之处，如高温易使原料发生分解、氧化等反应，使生物玻璃中出现气泡、畸变等不良现象。
同时，由于生物玻璃的生产成本较高，成品价格也较贵，因此该制备方法在生产上应用不广泛。
二、水热法制备生物玻璃水热法是一种常用的生物玻璃制备方法。
该方法是将生物玻璃原料溶于水中，再通过加热和压力升高的方式促使原料在水的存在下反应，生成生物玻璃。
此方法制备的生物玻璃真实地还原了自然界中生物玻璃的生成过程，所以，生物玻璃具有良好的生物相容性和生物降解性。
另外，水热法制备的生物玻璃表面具有较高的生物活性。
水热法制备生物玻璃的优点是原料易得，制备过程中无需高温高压，可避免环境污染。
但由于该方法制备的生物玻璃结晶性较弱，易受化学、物理等外界因素影响，因此其力学性能不如热熔法制备的生物玻璃。
三、制备生物玻璃涂层生物玻璃涂层是生物医学领域中新兴的研究方向。
涂层可以延长生物玻璃的使用寿命、提高生物降解性、改善生物相容性等。
生物玻璃涂层的方法主要有化学法、物理法和生物合成法。
1. 化学法化学法是制备生物玻璃涂层的常见方法之一。
该方法往往是将生物玻璃与化学试剂在一定的条件下反应，生成一层涂层。
常见的化学法包括旋涂法、电沉积法等。
2. 物理法物理法制备生物玻璃涂层主要是通过物理气相沉积、磁控溅射、激光沉积等方法，将生物活性材料沉积在生物玻璃表面上，形成涂层。
生物功能玻璃
生物功能玻璃主要是指能够满足和达到生理和生物功能的玻璃。
近年来开发出一些具有生物活性、机械强度高的生物功能玻璃。
它具有与周围骨质结合牢固（生物活性），植入骨内没有排斥反应，对人体无害、无毒（生物亲和性），机械强度较自然骨骼高，且在人体内无强度疲劳现象，容易灭菌，成型加工容易等特点。
生物功能玻璃多为含钙和磷的微晶玻璃。
将这样的玻璃植入骨骼后，自玻璃表面溶出的钙离子与体液中存在的磷酸根离子结合生成磷酸钙层，借此与骨头表面新生骨的磷酸钙层牢固地结合在一起。
生物玻璃主要用在人造骨、人造牙、人造关节等方面。
这种玻璃的临床使用将会为人类生活带来更多快乐和幸福，大提高人们的生活质量。
生物活性玻璃的制备和应用
生物活性玻璃是一种具有组织修复功能的特种玻璃材料，最初由佛罗里达大学的Hench教授于19世纪70年代研制开发出来，属于硅酸盐体系且具有特定的化学组成。
其在植入体内后能够产生键合作用从而紧密的结合骨组织，同时不产生炎症等不利反应，具有良好的生物相容性和生物活性，因而引起了生物医用材料界的高度关注，并且随着材料制备技术的发展，生物活性玻璃的特性、制备工艺、化学组成、组织结构以及理化性能也在不断改进，应用前景也越来越广泛。
生物活性玻璃的制备1、熔融法熔融法生物玻璃是第一代生物玻璃，被广泛应用于临床。
其制备方法与普通玻璃的方法类似，首先将一定纯度的粉体原料按照一定化学计量比均匀混合，然后将混合原料在高温条件下（1300~1500℃）熔融，再将高温熔体在水中淬冷，最后通过干燥、研磨和过筛得到生物活性玻璃粉体。
Hench使用熔融法制备了生物活性玻璃(45S5)。
研究发现，45S5生物玻璃具有良好的生物相容性、高生物活性和优异的骨修复性能，其产品已在牙科和整形外科等临床中得到很好的应用，如中耳骨修复、牙周缺损修复以及牙槽脊增高等，并取得良好的治疗效果。
但是，熔融法自身却存在一些不容忽视的缺点，比如高温熔融工艺能耗较大，生物玻璃中的碱金属成分在高温下易腐蚀坩锅造成成分污染，研磨过筛进一步导致有害杂质摻杂且导致颗粒形貌不规则、粒度不均匀，混料不均和分相现象导致成分不均匀，材料呈块状且致密无孔，比表面积小，离子释放和降解速度慢，不利于新生组织的长入等。
2、溶胶－凝胶法溶胶－凝胶法是在酸或碱催化下，使含有Ca、P、Si等化合物前驱体在溶液中发生水解生成玻璃溶液，后经过陈化等后处理形成玻璃态凝胶，最后通过干燥工艺去除凝胶材料中未反应的挥发有机物得到生物活性玻璃的方法。
相对于传统的熔融法，制备的产品具有颗粒小、比表面积大等优点。
此外，烧结温度远低于熔融法制备玻璃温度，该工艺技术对设备要求较低，制备的材料具有更高的物理化学稳定性及相容性。
生物活性玻璃
高分子0902 吴俊3090705061生物活性玻璃研究及应用摘要：生物活性玻璃是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料。
主要介绍了生物活性玻璃的制备方法、特殊活性以及在各方面的广泛应用。
关键字：生物活性玻璃制备活性应用绪论生物材料，包括生物玻璃、生物玻璃陶瓷、生物磷酸钙陶瓷以及生物复合材料、生物涂层等，是一类可对肌体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能的材料。
由于其具有较高的生物活性、生物相容性和化学稳定性，近几十年来的研究十分活跃。
生物活性玻璃(bioactive glass，BG) 是一种具有特殊组成和结构的硅酸盐玻璃材料，由美国佛罗里达大学Hench教授在1969年研发出来的。
具有与骨组织形成化学性结合能力，与骨组织和软组织均有良好的结合能力，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)，因化学组成与生物体的骨骼相似，容易与周围的骨骼形成牢固的化学键合即骨性结合，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，越来越受到人们的重视，特别是生物活性玻璃复合材料的研发成功，更是给人类健康带来了又一突破性进展，广泛开展生物活性玻璃复合材料的研究具有重要的理论价值和应用价值。
1.生物活性玻璃的制备与传统玻璃制备工艺一样，最早的生物玻璃和微晶玻璃都是通过熔融法制备的。
随着溶胶凝胶技术的发展，该方法被引用到生物玻璃的制备中来，该方法制备的生物玻璃由于具有高的比表面积，显示出了较高的生物活性。
1.1熔融法高温熔融法是大规模工业生产的主要方法也是传统的玻璃制备方法，这种方法具有工艺成熟，操作简单，制得玻璃质量高等特点。
高温熔融法制备玻璃时在反应中参与反应的组分的原子或离子受到晶体内聚力的限制，所以反应动力学的决定因素有晶体结构和缺陷、物质的化学反应活性和能量等内在因素;也有反应温度、参与反应气相物质的分压、电化学反应中电极上的外加电压、射线的辐照、机械处理等外部因素。
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8～11×10－6
天然骨
一般瓷牙 460 180
4.1×10－6
生物微晶玻璃
360～370 350
耐 压 强 度 /MPa ） 410
膨ห้องสมุดไป่ตู้系数/℃
密度/g/cm3 结晶程度％
11.4×10－6
2.9～3.0
10.1×10－6
2.7 50
1.7
2.4 50～70
----
5.3.1 生物玻璃的气孔分布与强度
1、影响强度的因素： 生物玻璃或微晶玻璃的气孔率对强度 有显著的影响。当材料气孔率较高时强度 较低，若材料烧结得很致密，气孔率低， 则强度较高。但强度大小并不是由气孔率 决定的，影响强度的重要因素还有晶相性 质、晶相尺寸、晶相和玻璃相的比例以及 它们之间的分布结合情况。（若不采用烧 结法，通常是没有气孔的。）
2、气孔对材料生物活性的影响 有关医学试验表明，当材料中存在 >100um的气孔，对新骨组织的形成是有利 的。因此，按实际应用时的活性作比较， 多孔玻璃比无孔玻璃要好些。但是，多孔 材料的强度较差。从各方面权衡利弊，目 前似乎一致认为，如果材料活性好，在较 短时间内可与生物本身组织长合在一起， 则原始强度稍差也没有关系，特别是植入 受力影响小的部位，更是无碍。
5.2.2 生物玻璃的化学组成及制备
生物玻璃由钠、钙、硅、磷的氧化物组 成，其制备工艺有两种： 1 、经高温熔制、成型再退火，成分范围为 （wt%）： SiO2 42.1 ～ 65.7 ； Na2O 15 ～ 26.3 ； CaO 11.76～26.9 ； CaF2 0～10.8 P2O5 1.7～3.0 ； B2O3 0～1.8 ；Al2O3 0～0.6 （如生物玻璃45S5：SiO2 45 ；Na2O 24.5； CaO 24.5 ； P2O56； ）
用作生物体材料的条件 1、无毒，对人体组织无刺激、无致癌性、不造成血栓、对人 体无其它有害的副作用； 2、与生物体组织具有亲和性，即相容性较好； 3、与周围的骨骼及其它组织能够牢固地相结合（希望形成化 学键合）； 4、抗张、抗弯、抗压以及抗剪切等强度比自然骨骼大，在人 体中各种强度的疲劳（强度随时间降低的现象）较小； 5、耐磨损性较强； 6、硬度与弹性要与自然骨骼相同； 7、易于加工成型； 8、消毒方便。 可以说1、2、3都是生物学条件，4、5、6都是力学条件， 而7、8是便于使用的条件。
含有 CaO 、 P2O5 两种成分的羟基 磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2 晶体，是构 成生物体的自然骨骼的重要无机物 质。即在骨骼中，直径为数10nm以 下的羟基磷灰石微晶约占77％，纤 维蛋白骨胶原约占23％。
5.2 生物玻璃的分类、组成及制备
5.2.1 分类 第一类 可相容的生物玻璃，以 Na2O－CaO－SiO2 －P2O5系统的45S5 为代表，其表面能够在生物体溶液 作用下出现溶解或生产离子交换， 或与生物的骨骼、牙齿等相互结合， 但它本身却不能全部出现替换。
第五章
生物功能玻璃
5.1 概述 生物功能玻璃是指能够满足或达到 特定生物、生理功能的特种玻璃。 生物功能玻璃的研究已达二十多年， 现已成为材料学、生物化学以及分子生 物学的交叉学科。由于生物玻璃具有人 体硬或软生命组织有机联结的特点，在 骨科、牙科、中耳等方面，对人体的伤 害部位可进行修护治疗以至康复，其前 景可观。
在某些情况下，CaO/P2O5比较低的玻璃会分 相： ①在分出的富钙相中， CaO/P2O5 比例明显增高， 导致该相组成向天然骨组成靠拢，即使一旦 析晶，其晶相与生物体骨质也易互相配合， 且又伴随着分出玻璃相化学稳定性的下降， 该相的生物活性将有所提高。 ②在分出的富磷相中，由于玻璃结构中[PO4]存 在着一个双键氧，结构比较疏松，化学稳定 性也不好，因此，这种富磷玻璃相或晶相， 也可参与代谢而得到转化。
第二类 相容性与活性结合良好
的生物玻璃，主要是以CaO－P2O5系 统为基础的玻璃和微晶玻璃。这种 玻璃既无毒性也呈生物活性，其组 分与生物体本身的组织如骨骼和牙 齿的组成较为相近，材料将与人体 组织成键联结，生物亲和性好，可 以参与新陈代谢，是较为理想的生 物材料。
第三类 可相容但无活性的
生物玻璃，一般不与生物体组织 完全结合，以MgO－Al2O3 －SiO2 系堇青石微晶玻璃为代表。
有些材料即使强度很高，而生物 活性不好，甚至是惰性的（如氧化 铝瓷），则植入后只能让活组织包 覆于其上，虽说材料是生物相容的， 实际上并不能互相合一，所以结合 面上的强度不会有所提高，本质上 反而不如初始强度低而活性好的材 料能够在植入后期产生高的强度。
5.3.2 生物玻璃的化学稳定性和活性
生物玻璃的化学稳定性不仅是指材料本身 在化学介质中耐受侵蚀的问题，同时也是同 活性相关的。一般来讲，具有生物相容性的 玻璃，它们的化学稳定性可能表现极好（如 MgO － Al2O3 － TiO2 － SiO2 系统微晶玻璃，几 乎是惰性材料，无活性）；或者表现较差； 或易于溶解吸收让组成物参与新陈代谢，但 在生物活性上表现出一定的差别（ 45S5 玻璃 中的 SiO2 含量较低，不足以形成连续坚强的 网架，玻璃中的 Na ＋ 离子容易沥滤掉，同时， 钙、磷组分便容易参与生物体内的代谢，并 使新生骨基质存在依附的处所）。
2、用溶胶凝胶法，有利于制备形状较为复 杂的产品。 成分范围为（wt%）： SiO2 50～90 ； CaO 6～46 ； P2O5 4
5.3 生物玻璃的物理与化学性质
生物玻璃的孔隙率、比表面积、孔径大小和分布、 机械强度和硬度以及化学吸附性、化学稳定性和表面 离子交换性质是很重要的性质。 几种材料的性能对比
1、CaO－P2O5系统玻璃 该系统玻璃的化学稳定性受玻璃组成 中CaO/P2O5比影响很大，尤其是玻璃中如 果发生了分相，化学稳定性的表现更为 复杂。总的来说， CaO － P2O5 系统玻璃或 微晶玻璃对生物体的相容性和活性是良 好的。如果CaO/P2O5越高，则材料与天然 骨组成越接近，材料的化学稳定性越差， 也就越容易降解或转化；但是CaO/P2O5比 太高，则形成玻璃有困难。