一生物活性玻璃定义包含两个方面含义：①从材料学观点看，这是具有有限溶解度的材料，在生理环境下能产生表面溶解或降解，通过与组织间物质交换产生骨矿物成分——磷灰石富集，达到骨间的化学结合②从生物学角度而言，植入体能与骨直接结合，即在界面没有纤维组织膜或者此膜很薄，形成所谓骨性结合界面，被视为生物活性材料的主要标志。什么是玻璃的“生物活性”？第63页，共104页，星期日，2025年，2月5日二结构生物活性玻璃一般含有CaO、P2O5，部分含有SiO2、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、B2O3、TiO2等玻璃网络结构：网络形成体：硅氧四面体或磷氧四面体，网络调整体：碱金属及碱土金属氧化物，网络形成体之间通过桥氧连接，非桥氧则连接网络形成体和网络调整体原子第64页，共104页，星期日，2025年，2月5日生物玻璃结构特点：随着碱金属和碱土金属氧化物含量增加，玻璃网络结构逐渐由三维变为二维、链状甚至岛状，玻璃溶解性增强，生物活性也增强；磷氧四面体中的不饱和键处于亚稳态，易吸收环境水转化为是导致磷酸盐玻璃粘度小、化学稳定性差、热膨胀系数大的主要原因第65页，共104页，星期日，2025年，2月5日向磷酸盐玻璃中引入Al3+、B3+、Ga3+等三价元素，可打开双键，形成不含非桥氧的连续结构群使电价平衡、结构稳定、生物活性降低。第66页，共104页，星期日，2025年，2月5日碱金属和碱土金属在水、酸等介质存在时易被溶出，释放一价或二价金属离子，使生物玻璃表面具有有限溶解性，这是玻璃具有生物活性的基本原因。桥氧和非桥氧的比例决定了玻璃的生物活性，非桥氧原所占比例越大玻璃的生物活性越高。第67页，共104页，星期日，2025年，2月5日生物玻璃与骨键合机制：植入后生物玻璃表面溶解，并生成与组织紧密结合的碳酸羟基磷灰石（HCA）界面表面溶解出Si离子能为HCA形成提供合适成核位置，而体液中的HPO42-和溶解产生的Ca2+则沉积生成富Ca、P无定形层，并最终转化为结晶HCA。成骨细胞较纤维细胞更易在HCA层表面增殖，从而和新骨直接结合而不会在界面处产生纤维组织包囊。第68页，共104页，星期日，2025年，2月5日生物活性玻璃的表面反应与周围环境的酸碱度有关：研究显示只有在PH=8时玻璃表面才会发生适当的化学改变，形成硅胶层和富钙磷层；PH增大，钙磷的迅速沉积，活性玻璃有选择的溶出受到限制PH降低，活性玻璃会迅速分解，表面难以形成钙磷沉积。第69页，共104页，星期日，2025年，2月5日活性生物玻璃陶瓷发展概况1.45S5生物玻璃—Bioglass成分：SiO245%、Na2O24.5%、CaO24.5%、P2O56%组成上三个特点：SiO2质量分数小于60%，高Na2O和CaO成分、高钙磷比碱金属含量高在体内溶解出碱金属，有可能扰乱人体生理环境玻璃的生物学活性与其成分含量有关第70页，共104页，星期日，2025年，2月5日2.A微晶玻璃将原料混合熔化制成玻璃后再经热处理析出一部分磷灰石晶体而形成微晶玻璃成分：Na2O4.8%、K2O0.4%、MgO2.9%、CaO34%、P2O511.7%、SiO246.2%特点：碱金属含量降低，机械强度提高研究表明玻璃微晶化处理后虽然能够提高玻璃的机械性能，但生物活性玻璃净化后活性降低甚至会变成惰性材料。第71页，共104页，星期日，2025年，2月5日3.A-W微晶玻璃在玻璃相中析出磷灰石（A）和β-硅灰石（W）两种晶相成分：MgO4.6%、CaO44.9%、P2O516.3%、SiO234.2%、CaF20.5%制备：将溶质玻璃粉碎，经加压成型后烧结，使玻璃微晶化特点：机械强度高、加工性能好第72页，共104页，星期日，2025年，2月5日微晶玻璃高的机械性能归因于：粗糙的断裂表面和β-硅灰石的析出，能促使裂纹转向分支，有效抑制了裂纹扩展析出的针状硅灰石晶体由于是无规则排列，所以机械加工性能良好第73页，共104页，星期日，2025年，2月5日Hench教授的生物活性玻璃与骨结合的12步：1.玻璃中的Na+和K+等与溶液中的H+离子以及H3O+离子迅速交换2.SiO2以Si(OH)4的形式溶于溶液中，导致Si—O—Si键被溶解打开，Si—OH在界面处形成第74页，共104页，星期日，2025年，2月5日3.1.5非氧化物陶瓷报道很少，主要用作硬组织的替换材料。SiC材料：硬度高、强度大，导