生物玻璃功能材料
生物材料有哪些
生物材料有哪些
生物材料是指来源于生物体的材料，具有生物相容性和生物活性的特点。
常见
的生物材料包括生物陶瓷、生物玻璃、生物金属、生物高分子材料等。
这些生物材料在医学领域、生物工程领域以及环境保护领域都有着重要的应用价值。
首先，生物陶瓷是一种具有优良生物相容性的材料，常用于人工关节、牙科修
复以及骨科修复等领域。
生物陶瓷具有高强度、耐磨损、抗腐蚀等特点，能够有效模拟人体组织的结构和功能，因此在医学领域有着广泛的应用。
其次，生物玻璃是一种具有生物活性的材料，能够与组织快速结合并促进愈合。
生物玻璃常用于骨科修复、牙科修复以及软组织修复等领域。
生物玻璃具有良好的生物相容性和生物降解性，能够有效减少植入物的排异反应和感染风险。
另外，生物金属是一种具有良好机械性能和生物相容性的材料，常用于人工关节、心脏支架以及牙科种植等领域。
生物金属具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性，能够有效减少植入物的损耗和排异反应。
最后，生物高分子材料是一种具有生物活性和生物可降解性的材料，常用于组
织工程、药物传递以及生物传感等领域。
生物高分子材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，能够有效模拟人体组织的结构和功能，因此在生物医学领域有着广泛的应用前景。
综上所述，生物材料在医学领域、生物工程领域以及环境保护领域都有着重要
的应用价值。
随着科学技术的不断发展，生物材料的研究和应用将会更加广泛，为人类健康和生活质量的提升提供重要支持。
生物玻璃材料的研究及其应用
生物玻璃材料的研究及其应用生物玻璃材料是一种具有很高应用潜力的材料。
它们具有很高的生物相容性和生物活性，并且可以通过控制其化学成分和微观结构来调节其力学性能和生物学性能。
因此，在医疗、药物传递、细胞培养和组织工程等应用领域中得到了广泛的关注与研究。
一、生物玻璃材料的特点生物玻璃材料是指以SiO2为基础的无机非金属玻璃材料，其主要组成成分包括二氧化硅、钙、磷等元素。
与普通玻璃不同的是，生物玻璃还具有一定的生物学特性，如生物相容性、生物活性、溶解性和矿化性等。
这些特性使得生物玻璃材料在医学和生物学领域中具有广泛的应用前景。
1. 生物相容性：生物玻璃材料与人体组织具有良好的生物相容性，可以有效地避免免疫反应和排异现象，从而减少了术后感染和再手术的风险。
2. 生物活性：生物玻璃材料能够刺激人体细胞的生长和分化，促进骨细胞的再生，并在一定程度上调节人体免疫系统的功能。
3. 溶解性：生物玻璃材料在生物体内可以被分解、吸收和代谢，从而降低了其对人体的损害。
4. 矿化性：生物玻璃材料还具有矿化性质，能够与人体骨组织形成牢固的结合，使其在医学和生物学领域的应用更加广泛。
二、生物玻璃材料的应用由于生物玻璃材料具有良好的生物学特性，因此在医学和生物学领域中具有广泛的应用前景。
下面分别从医学领域和生物学领域来介绍其应用情况：1. 医学领域（1）骨科手术：生物玻璃材料可以用于各种骨科手术中，如骨折修复、骨外科手术、植入物的修复和替代等。
其生物活性和矿化性质使其能够与人体组织快速结合，促进骨细胞的再生和修复。
（2）口腔医学：生物玻璃材料可以用于牙齿修复和种植，具有良好的生物相容性和生物活性，能够与口腔组织快速结合，不会引起排异反应和感染。
（3）药物缓释：生物玻璃材料可以作为药物的载体，实现药物缓释和控制释放。
其溶解性能和生物相容性使其能够有效地提高药物治疗效果和降低副作用。
2. 生物学领域（1）细胞培养：生物玻璃材料可以作为细胞培养的载体，促进细胞生长和分化，提高细胞的活力和存活率。
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。
生物玻璃生物学性能及其临床应用
放能力 ， 以保证 与损 伤部 位细胞 反应 所需 环境 同步 。如 果生物玻璃材料离 子释放 太快 导致离 子浓度太 高 ， 对细 胞反应 即无效 ； 如果离子释放太慢 导致 离子浓度太低 ， 则 不能有效刺激细胞增殖和分化ｌ 。 】 生物玻璃材料生 物学活性 与其成 分含量有 关 ， 即需 具有 ｓ ２ ０ ｔ 、 Ｎ ２ 和 Ｃ Ｏ成分 、 ｉ ￣６ ｗ 高 ａ ０ Ｏ ａ 高钙磷 比等 ３ 个特征 。Ｓ 为 ５ｗ ６ ｗ 时 ， ｉ ２ｔ ０ｔ 生物玻璃 材料活性 降低 ；ｉ ２ ０ ｔ 时， ＳＯ ＞６ ｗ 材料表 面活性丧失 ， 接近于生物惰 性材料 。Ｌ ｔ ｏｙ等 研究 比较 ５ｗ Ｓ０ （５ ） ６ｗ ５ ｔ ｉ２ ５Ｓ 和 ０ ｔ ｓ ２６Ｓ生物玻璃材料生物学活性 ， ｉ （０ ） ０ 结果发现 ５Ｓ表面有 ５ 利于成骨细胞黏附、 增殖 ， １ 天见有多层结节状结构形 第 ０ 成， 且结节处 Ａ Ｐ和骨涎蛋 白呈 阳性 ， Ｌ 刮除细胞层后 电镜 扫描观察到 ５Ｓ表面矿化骨结节与材料表面相 连， ６Ｓ ５ 而 ０ 表面未发现类似结果。这项研究表 明， 生物玻璃材料组分
等＿ 报道将 ４ Ｓ 生物玻璃制成多孔 圆柱体 １ 个 并植入 ５５ ６
犬大腿肌 肉， ３个月后取 出所有植入 物并行硬组 织切 片， 组 织学 分 析 显 示 所 有 植 入 物 均 有 骨 组 织 形 成 ， 向 扫 描 反 电镜证 实新生骨 与正常 骨组织相 同 ； 实生 物玻璃 材料 证
对成 骨 细胞 增殖 分 化及 骨基 质 矿化 非 常重 要 。
作 者 单 位 ： １０２ 西 安 ， ７０３
第 四军 医大 学西京 医院骨 科研究 所
生物玻璃——精选推荐
生物玻璃摘要：生物玻璃是指能与活体骨组织或软组织形成直接联结的特殊玻璃。
其活性高,在骨科、牙科、耳等部位的伤害均可进行修复治疗,以至康复,其应用前景可观。
特殊组成的生物玻璃和生物微晶玻璃,可控制的表面活性, 其移植体疲劳强度很高, 能够与人造骨移植体表面生成的活性羟基磷灰石薄膜与骨胶原纤维连接起来, 结合界面的强度可大于骨头本身, 并长期保持稳定。
本文综述了其研究机理、活性测定、发展现状，详细描述了对生物玻璃的增韧方式并对其未来的发展做了展望。
关键词：生物玻璃；原理；增韧；研究现状BioglassAbstract: The bioactive glass is a special glass directly connected with the living bone or soft tissue. It plays an important role in repairing the damage of the orthopedic, dental, ear and other parts. So, it has good application prospects.Special composition of the bioactive glass and biological glass, can control the surface activity.The graft with a high fatigue strength can connect with the hydroxyapatite film which is resulting from the surface of synthetic bone graft and collagen fibers.The strength of the interface can be greater than the bone itself, and have long-term stability.This article reviews the mechanism of its research, activity assay, development status and describes the way of biological toughened glass and make its future development prospects.Keywords: biological glass; principle; toughening ways; research status 生物玻璃是指能与活体骨组织或软组织形成直接联结的特殊玻璃。
生物活性玻璃的制备及应用的研究进展
生物活性玻璃的制备及应用的研究进展摘要：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。
通过熔融法、溶胶-凝胶法等制备的生物活性玻璃，广泛应用于骨骼修复、口腔治疗以及创口愈合等方面。
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。
本文主要介绍了生物活性玻璃的相关性质、制备方法以及在各方面的广泛应用。
关键词：生物活性玻璃；溶胶-凝胶法；骨骼修复正文生物材料，包括生物玻璃、生物玻璃瓷、生物磷酸钙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[1、2]。
由于其具有较高的生物活性、生物相容性和化学稳定性[3]，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[4-6]。
1 生物活性玻璃的制备方法1.1 熔融法熔融法是制备生物玻璃最常用的办法之一，采用该方法制备的生物玻璃密实无孔、比表面积小。
熔融法的一般制备工艺是将原料混合均匀后，在千摄氏度以上的高温下熔融成玻璃液，保温一段时间后淬冷，得到成品。
熔融法制备工艺简单、易于大规模生产，但是通过熔融法制得的生物玻璃，其组成围和生物活性都受到一定的局限，因为高温容易使配料中的磷等元素挥发、使其成分的控制难以精确，而且玻璃的高温熔制容易导致Si-OH官能团的减少，且得到的生物材料中Ca2+的溶解性能相对较低，这些因素都会降低材料的生物活性。
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溶胶凝胶法制备生物玻璃
(1)溶剂化
• 金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)，并显 示出释放H十的趋势。
(2)水解反应
• 金属醇盐M(OR)n与水反应，直至生成M(OH)n
(3)缩聚反应
• 即为失水缩聚:-M-OH+HO-M=-M-O-M+H20和失醇缩聚-MOR+HO-M=-M-O-M+ROH
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工艺
凝胶的干燥
需要干燥过程除去剩余的液相或溶剂相，这一过程通常伴随着凝胶显著地缩聚和致密化。溶剂去除 的速度最终决定凝胶的孔隙率分布，在这阶段的处理工程中，施加在结构模板上的变化将显著影响 成分的最终微结构。
热处理
热处理或煅烧过程常常是必要的，伴随着过程烧结，致密化和晶粒生长，有利于进一步的缩聚，提 高机械性能和结构稳定性。使用溶胶凝胶法，而不采用更传统的熔融法的显著优点之一就是，致密 化通常是能在更低的温度下实现。
生物玻璃功能材料
2017/3/31
简介
应用
生物 玻璃
配方
工艺
机理
2
简介
• 生物玻璃(Bioglass)是指能实现特定的生物、生理功能的 玻璃。 • 将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接 结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。 • 生物玻璃是佛罗里达大学美国人L.L.亨奇于1969年发明 的。 • 其主要成分有约占45%Na2O、占25%CaO与25%SiO2和约 占5%P2O5。
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配方
参考文献
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配方
• • 生物玻璃的合成方法主要有传统的熔融法和新兴的溶胶凝胶法。下面分别简 要这两种方法。 熔融法 • 最早的生物玻璃 45S5 就是通过熔融法合成出来的，与传统制备玻璃的方 法并无太大差异。称量一定纯度的原料粉体，将原料粉体均匀混合，在 高温条件下熔融反应，经淬冷，固化，褪火流程得到玻璃块体。 • 溶胶凝胶法 • 溶胶凝胶法是一种新兴的合成生物玻璃的方法，是以金属醇盐和硝酸盐 为前驱物溶液为原料混合均匀，经水解、聚合、缩合反应产生溶胶，再 固化干燥转化为凝胶，最后经过煅烧热处理过程得到生物玻璃。
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生物活性玻璃的Leabharlann 成溶胶凝胶法合成生物玻璃的工艺流 程图见图3.1。简言之，根据4555, 58S70S中Si02, P205, Ca0 和Na20的 摩尔比设计TEOS, TEP, NaN03, Ca(N03)2 4H20 的配比(表3.1)。为了 获得清澈的溶胶，水和正硅酸乙酷 的摩尔配比为10。在室温环境下， 各试剂缓慢加入2N的硝酸溶液中， 保证之前溶液变澄清后才可顺次加 入，搅拌至少1小时使试剂充分溶 解，水解完全，形成透明溶胶。然 后将所得溶胶在室温下陈化直到形 成凝胶，凝胶在700C和1200C条件 下分别干燥72小时和40小时，将干 凝胶球磨，筛分得到凝胶颗粒，最 后在7000C下热处理3小时，得到生 物玻璃粉体。
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机理
这里主要介绍溶胶凝胶法制备生物玻璃的机理 溶胶－凝胶法：是以具有高化学活性的化合物为前驱 体，典型的有金属醇盐和金属盐(如硝酸盐，氯化物和 乙酸盐)原料在液相环境下混合均匀，经历水解、缩合 等反应，逐渐变成性质稳定的溶胶，溶胶经再陈化， 最后成为具有三维结构的凝胶。凝胶最后经过干燥、 烧结固化步骤合成出相应材料。
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应用
• 生物玻璃中无机离子在骨代谢中的作用 • 自从 Hench 发现 45S5 生物玻璃以来，其经常被视为用于骨修复的理想支 架材料。生物活性玻璃被广泛的认为具有促进骨细胞的生长的作用，能 够紧密键合硬组织与软组织。同时，人们可以方便地控制玻璃的化学成 分组成和降解速度。通过改变组成或是加工过程中的热和环境条件，生 物玻璃的结构和化学性质能够在很大的范围内做出调整改变。这使得设 计出具有可变降解的速度，并能够与骨组织生长和重塑速度相匹配的支 架成为可能。 • 由于钙和磷是人骨的无机相——羟基磷灰石的主要成分，这些离子在骨的 形成和吸收起着至关重要的作用，了解他们在细胞外基质内的具体浓度， 他们与骨细胞的相互作用和刺激骨形成的机理尤为重要，这有助于合成 出先进的支架材料，这类材料可在相关的生理环境中控制离子的释放和 生物反应。
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工艺
溶胶的制备
前驱体在溶液中进行水解和缩聚反应，均相溶液转化为溶胶。溶胶的优劣至关重要，因为它决定材 料的最终性能。
胶化过程
在这一过程中，溶胶开始转变，逐渐形成类似凝胶的两相系统，系统包含液相和固相，其基本的形 貌可以从分散的胶体粒子到连续的链状聚合物网络范围内随机分布，最后聚集形成具有三维网络结 构的凝胶体系。