【原创】生物活性玻璃：“救死扶伤”的神奇材料

中国粉体网讯  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，得到了不断向前的发展，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。

但是溶胶-凝胶法也存在缺陷，虽然材料结构中存在大量纳米级颗粒，但这些颗粒仍然处于粘结状态，难以分散开的块状材料。通过研磨和筛分方法进行后期处理，得到的是形貌不规则且粒度不均匀的微米级颗粒。难以获得形貌可控、颗粒尺寸均匀的微纳米级生物活性玻璃。

3、模板法

模板合成法是在溶胶－凝胶技术基础上，通过模板自组装技术进行制备生物材料的一种方法。通常将具有特殊结构的大分子物质，或具有特定形态的表面活性剂等作为形貌模板剂或结构导向剂，或多种结构物质层层组装，再经过洗脱或热蒸发等后处理，合成具体特定结构及性能的纳米新型生物活性玻璃材料。

模板法制备生物活性玻璃在近十年间得到了迅速发展，早在2004年赵东元教授团队在溶胶-凝胶工艺的基础上，结合模板组装技术，首次制备了高度有序的介孔生物活性玻璃，相比于传统的溶胶-凝胶生物活性玻璃，前者具有更有序的介孔结构，更大的比表面积，也呈现出更快的磷灰石形成活性。

生物活性玻璃的应用

1、口腔科

生物活性玻璃在口腔科领域具有多重应用。首先，生物活性玻璃在口腔护理产品中发挥关键作用，尤其在牙膏中的应用引起了广泛关注。含有生物活性玻璃和氟化物的牙膏，通过在刷牙后数小时内控制释放钙、磷酸盐和氟化物离子，可以善牙齿表面和牙本质小管的状态。其次，生物活性玻璃广泛用于治疗牙周病和种植牙领域。再次，生物活性玻璃在正畸治疗中发挥作用。此外，生物活性玻璃还在根管治疗中被用作局部牙根消毒剂。生物活性玻璃通过表面反应形成碱性环境，减少细菌的生存，同时不影响牙本质的稳定性。最后，生物活性玻璃在口腔颌面外科中还扮演重要角色。

2、骨科

生物活性玻璃在骨骼系统疾病应用中同样具有广泛的潜力。许多骨骼系统疾病与骨代谢密切相关，而骨形成和骨吸收的过程受到多种系统和局部调控因素的调节，包括生长因子、激素和应激作用等。研究表明，单独的无机离子元素如钙(Ca)、硅(Si)、磷(P)、锶(Sr)、锌(Zn)以及硼(B)、钒(V)、钴(Co)和镁(Mg)参与了骨代谢过程，并在骨组织的血管生成、生长和矿化中发挥了重要的生理作用，而这些离子在生物活性玻璃降解过程中广泛存在。此外，生物活性玻璃在骨质疏松领域的临床应用也在不断扩展。一些研究者已经开始尝试将生物活性玻璃颗粒与抗骨质疏松药物结合。

3、伤口愈合

近年来，生物活性玻璃在软组织修复，尤其是伤口愈合中的应用日益引起关注。在创面局部应用不同成分的生物活性材料可以抗炎、促进血管生成和加速伤口愈合。此外，生物活性玻璃还可与一些功能性离子结合，例如：Ag⁺具有优异的抗菌和抗炎效果；Cu²⁺能够促进血管化，并具有一定的抗菌作用等。然而，伤口愈合是一个复杂而漫长的过程，涉及多种细胞因子和生长因子的分泌，以及不同类型的细胞相互作用。因此，生物活性玻璃在这个长期过程中的持效性和如何实现长期效应仍需进一步探究。

4、癌症

采用熔融凝胶法制备的介孔生物活性玻璃相较于传统生物活性玻璃通常表现出更优异的成骨性能和载药性能，这使其成为包括癌症诊断及治疗在内的生物医学应用中的理想材料。功能化的介孔生物活性玻璃可以通过增强降钙素原的诊断信号来辅助癌症诊断，特别是针对表现为发热和C-反应蛋白水平升高为主的癌症病例。此外，各种不同类型的刺激响应型介孔生物活性玻璃，如pH响应、磁响应性、光响应性等，可以实现药物的脉冲释放或时空控制，以满足药物按需释放的需求，这使其在癌症治疗中，可制造成具有持续或可控药物释放特性的先进药物传递系统。然而，这些材料在实现可靠的癌症治疗方面仍存在一些未解决的生物学问题，包括治疗分子(如离子和药物)在介孔生物活性玻璃中的最佳剂量以及长期不良反应等，需要进一步的研究来解决。

小结：

生物玻璃从问世至今已有50余年历史，在这期间生物玻璃的两种核心制备方法——熔融和溶胶凝胶法不断改良发展，生物活性玻璃在口腔医学的研究已经成为热门，临床应用其主要集中于骨组织修复及整形外科等领域。生物活性玻璃未来的研究方向主要集中在合成工艺改进、材料性能提升、复合材料制备、生物芯片玻璃等。制备高性能的生物活性玻璃产品，使其更好应用于临床医学成为未来研究重点。此外，生物活性玻璃复合材料、可调控的纳米级及介孔生物活性玻璃，高性能产品用于医学治疗、药物治疗载体也是今后的发展方向。

参考来源：

1、覃姣楣.生物活性玻璃材料在口腔医学领域中的最新研究与应用

2、胡庆.用于牙髓损伤修复的新型微纳米生物活性玻璃的仿生制备及性能研究

3、路小彬，刘春春.生物活性玻璃研究现状

4、高桦，车荟等.生物活性玻璃：调整制备工艺和掺入元素来实现不同的应用形式和功能

5、王恩典，魏子钦等.生物玻璃制备技术

（中国粉体网编辑整理/青黎）

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