3D打印纯钛骨支架表面掺银介孔生物活性玻璃涂层的性能研究

术后感染是临床上常见且最具挑战性的问题之一,开发新型抗菌涂层是解决该问题的有效策略,具有重要的科学及社会意义。在3D打印多孔钛骨支架表面制备了具有抗菌功能的生物活性涂层,研究发现,银(Ag)以单质的形式存在于介孔生物玻璃(MBG)涂层之中,随着Ag含量的增加(0%,0.5%,1%,1.5%,摩尔分数),介孔涂层的比表面积从377.6 m^(2)/g下降到363.35 m^(2)/g。体外矿化结果表明,随着Ag含量的增加,磷灰石诱导能力略微下降。抗菌实验表明,银的添加显著提高了支架的抗菌性能。添加少量的银(0.5%)即可达到100%的抗菌率。支架与MC3T3-E1细胞共培养的实验结果表明,Ag掺杂的MBG涂层具有良好细胞相容性,且添加少量银能促进MC3T3-E1细胞增殖。使用一种简单的浸渍提拉法将掺Ag的MBG涂层应用于具有复杂的多孔结构3D打印钛支架上,使得支架的矿化性能、杀菌性能以及细胞相容性显著提高。本研究为进一步开发多功能骨植入支架提供了新思路。

氧化铈纳米粒子锚定介孔生物活性玻璃复合粉体材料的制备与抗氧化性能表征

氧化铈纳米颗粒(CNPs)因其Ce3+/Ce4+的可逆转换反应,能有效应对氧化应激,在生物医药领域展现出应用潜力。为抵御骨修复过程中氧化应激损害,本文通过水热法成功制备了平均粒径3~5 nm、单分散的CNPs,并利用酮缩硫醇(thioketals, TK)将其牢固地锚定在介孔生物活性玻璃(MBG)粉体材料表面,获得具有抗氧化应激性能的CNPs@MBG复合粉体材料。使用H2O2溶液来模拟活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)环境,对CNPs@MBG复合粉体的抗氧化特性进行了探讨。实验结果显示,CNPs@MBG复合粉体展现出优良的H2O2分解性能,有效降低了ROS水平,避免了氧化应激。随着CNPs锚定含量的增加,抗氧化效果更为显著。

中空介孔二氧化硅负载戊唑醇纳米缓释颗粒的制备及生物活性

本研究以中空介孔纳米二氧化硅(hollow mesoporous nano silica, HMS)为载体负载戊唑醇(tebuconazole, Teb),制备了戊唑醇@中空介孔纳米二氧化硅(Teb@HMS)缓释颗粒。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、比表面积分析仪(BET)及热重分析仪(TGA)等仪器对其形貌、结构与性能进行了表征。通过高效液相色谱(HPLC)分析研究了戊唑醇在缓释颗粒中的释放行为。通过菌丝生长速率法、盆栽试验和田间防效试验测定了Teb@HMS缓释颗粒对立枯丝核菌的抑制活性及对水稻纹枯病的防治效果。通过水稻种子发芽试验和斑马鱼试验对Teb@HMS的安全性进行了评价。结果表明:所制备的纳米二氧化硅载药粒子呈规整的中空介孔结构,对戊唑醇的载药率为52.02%,缓释时间长达400 h;Teb@HMS缓释颗粒降低了戊唑醇对非靶标生物水稻种子及斑马鱼的毒性,抑菌活性明显优于戊唑醇原药;盆栽和田间试验结果显示,施药后第18天Teb@HMS针对水稻纹枯病的保护作用防效分别达61.79%和70.42%。该研究可为中空介孔纳米二氧化硅缓释颗粒在农药减量化和植物病害绿色可持续防控方面提供技术支撑和理论指导。

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

背景:生物活性玻璃是一种多功能人工复合材料,可与组织亲和后缓释活性离子并表现一定的生物活性,其多样性源于制备工艺和组分的多变性,使其能够应用于不同的临床场景。目的:综述目前生物活性玻璃的主要应用形式、应用领域以及掺杂不同元素对其功能的影响。方法:以“生物活性玻璃,缓释离子,骨组织工程,复合支架,组织再生修复,生物医学工程”为检索词在中国知网及万方医学网检索;以“Bioactive glass,Slow-release Ions,Bone Tissue Engineering,Composite Scaffold,Tissue Regeneration and Repair,Biomedical Engineering”为检索词在PubMed和Web of Science数据库检索自2000-2023年收录的相关文献,最终纳入88篇文献进行综述。结果与结论:①在应用形式方面,生物活性玻璃可以根据不同临床场景的需要制作成包括涂层、颗粒、骨水泥及支架等形式,其中涂层能提高植入物生物活性,但易因降解导致植入物不稳定;颗粒适用于不规则骨缺损的修复,但传统方式制备的颗粒功能单一;骨水泥具备微创及可注射的优点,但不适用大尺寸骨缺损;支架具备优异的机械性能,常用于较大尺寸骨缺损,但韧性有限。②在应用领域方面,生物活性玻璃可用于包括口腔科、骨科、软组织工程以及癌症等多种组织再生修复和疾病治疗领域。③在元素掺杂方面,特定元素掺入生物活性玻璃后,不仅能提升其机械性能,还赋予了它特殊生物学功能,如生物活性、可降解性和抗菌性等。④生物活性玻璃作为一种多功能材料,可通过调整制备工艺和元素掺入来实现不同的应用形式和功能,满足不同的骨组织工程等临床需求,广泛应用于生物医学工程领域。

骨修复介孔生物活性玻璃的研究进展

介绍了生物活性玻璃、介孔生物玻璃的组成、性质,着重综述了介孔生物玻璃的研究现状、制备方法,以及在药物输送和骨组织再生方面的应用,指出介孔生物玻璃是骨组织工程较好的候选材料。

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

目的研究新型有序纳米介孔生物活性玻璃的体外生物活性及其对鼠成骨细胞的IGF-Ⅱ基因表达效果,探讨其可能的调控机制。方法定量选取新型的生物活性玻璃MBG(80S15C),浸泡于MEM培养液中,取离子浸出液培养大鼠成骨细胞,使用MTT法和PNPP法测定成骨细胞增殖和ALP的活性,RT-PCR法测定IGF-Ⅱ的mRNA表达,ELISA法测定IGF-Ⅱ蛋白和IGFBP的浓度。结果实验组成骨细胞的ALP活性为对照组的126%,IGF-Ⅱ基因表达为对照组的126%,IGF-Ⅱ蛋白和IGFBP的浓度分别是对照组175%和237%,细胞增殖为对照组的92%。结论MBG的离子浸出液能够明显促进成骨细胞的分化,其机制可能是通过诱导激活IGF-Ⅱ基因的表达,增加IGF-Ⅱ蛋白,IGFBP的合成和分泌,进而促进成骨细胞的分化。

自然唾液中介孔生物活性玻璃诱导牙釉质仿生再矿化研究

将介孔生物活性玻璃用于修复酸蚀的牙釉质,样品经模拟刷牙后,浸泡在自然唾液中。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、聚焦离子束(FIB)切割后透射电镜(TEM)观察、X射线能谱分析(EDX)、选区电子衍射(SAED)分析,及纳米压痕力学测试等表征显示,经过介孔生物活性玻璃处理后的牙釉质,在唾液中浸泡6 h,牙釉质表面形成棒状类骨磷灰石;浸泡24 h,表面形成均匀矿化层,厚度约为100 nm,且和牙釉质基体结合紧密,钙磷比接近牙釉质基体。矿化层在300μN作用下,出现划痕爆破值,其显微力学性能为(3.37±0.62)GPa,弹性模量为(60.48±4.56)GPa,均达到未酸蚀牙釉质的75%。实验结果表明,介孔生物活性玻璃可较快地诱导矿化,有望用于酸蚀牙釉质修复及早期龋齿的预防。

改良介孔生物活性玻璃在颌面部骨缺损修复中的研究进展

介孔生物活性玻璃是一类能够与骨组织形成键合作用的多孔径生物活性材料,具有良好的生物相容性、生物降解性、骨生成和骨传导性能,在骨组织工程领域具有极大的潜力。近年来,研究者致力于改变介孔生物活性玻璃结构的研究,以提高其生物学性能,从而提升其潜在的临床应用价值。本文就改良介孔生物活性玻璃在颌面部骨缺损修复领域的研究进展进行综述。

纳米介孔生物活性玻璃的制备及研究

本文用模板法制备了一种纳米介孔生物活性玻璃,通过动态光散射和电镜对其进行了表征。同时研究了这种纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液中的生物活性,实验结果用小角X射线衍射,傅里叶变换红外光谱和扫描电镜表征,确定这种纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液48小时以后就能形成羟基磷灰石结晶的沉积,同时电镜观察纳米颗粒出现了团聚。用3-氨丙基-三乙氧基硅烷(APTES)将这种生物玻璃表面氨基化后,将胶原固定其上,通过细胞培养确定胶原的固定能够有效的提高细胞在这种生物活性玻璃表面的生长情况。

介孔生物活性玻璃材料在模拟体液中的用量对考察其体外生物活性的影响

制备了具有骨修复性能的新型介孔生物玻璃(mesoporousbioactiveglass,MBG)材料.在其它条件相同时改变MBG在模拟生理体液(simulatedbodyfluid,SBF)中的用量比(0.0001～0.002g/mL),考察了材料的体外生物活性.用等离子体原子发射光谱测定了不同反应时间SBF中钙、磷、硅物种的浓度;用傅立叶红外光谱和电子扫描显微镜对材料进行了表征.结果表明:MBG材料表面羟基磷灰石的形成速度和材料在SBF中的用量比直接相关,其中用量比在0.001g/mL时表现出最佳的体外生物活性.最佳用量比的确定,对于深入理解MBG材料的结构与体外活性的关联,筛选具有更佳生物活性的MBG材料有着重要的意义.

介孔生物活性玻璃装载和释放抗癌药物表阿霉素的研究

将介孔58S生物活性玻璃(m58S)作为抗癌药物载体评价了其对表阿霉素的装载量和释放性能.实验结果表明,m58S对亲水性药物表阿霉素的药物装载量为40%,是普通溶胶-凝胶58S生物活性玻璃的3倍多,并且具有更长效的缓释特性.研究还发现释放介质的pH值对表阿霉素的释放速率有很大影响,pH值越低,表阿霉素分子从载体材料中释放出的速率越快.因此,介孔生物活性玻璃是一种高效的药物缓释载体,且药物释放速率受释放介质pH值影响,有望成为药物控释型骨修复材料.

基于介孔硼硅酸盐生物活性玻璃微球的可注射复合骨水泥

以溶胶-凝胶法制备的介孔硼硅酸盐生物活性玻璃微球(MBGS)作为固相,海藻酸钠(SA)溶液作为液相,开发了一种可注射复合骨水泥。对MBGS中氧化硼/氧化硅的比例对其质构性能及骨水泥的可操作性、抗压强度和生物活性的影响进行表征。实验结果表明,随着硼含量的增加,MBGS的比表面积从161.71 m^2/g增大至214.28 m^2/g,平均孔径以及总孔容也随之增长,加速了玻璃相中钙离子的释放,使得玻璃与SA的快速交联,改善了骨水泥可操作性能和力学性能,凝固时间由21 min缩短至9 min,抗压强度由3.4 MPa提升至4.1 MPa,体外矿化性能也随之提高。综合各方面性能表现,BC-30骨水泥兼具良好的可操作性能、力学性能和体外矿化能力,是最合适的骨水泥组分。总之,提高MBGS的质构性能是增强复合骨水泥的可操作性、抗压强度和生物活性的有效方法。

以滤纸为模板合成新型介孔生物活性玻璃微管材料

用快速滤纸为生物模板,通过先浸渍后焙烧的方法合成了介孔生物活性玻璃微管材料。快速滤纸的管状结构被完美复制,其管壁为生成的介孔生物玻璃材料。通过在合成过程中引入铁元素可以使材料具有一定的磁性。材料的形貌、结构和磁性通过扫描电镜、粉末X射线衍射、透射电镜、氮气吸附-脱附曲线,红外光谱和磁滞回线进行了表征。并且通过模拟体液浸泡方法考察了其矿化能力,以地塞米松为模型药物考察其释药能力和生物相容性。合成的介孔生物活性玻璃微管材料具有复杂的管状多级结构、快速的矿化能力和良好的生物相容性,并具备一定的磁性,是一种不可多得的药物缓释材料。

壳聚糖/介孔生物活性玻璃多孔膜的制备和表征

背景:壳聚糖和介孔生物玻璃都具有良好的生物相容性和止血性能,但壳聚糖止血作用有限,介孔生物玻璃粉体方式止血,给应用带来不便。目的:制备壳聚糖/介孔生物玻璃复合多孔膜并检测材料的性能。方法:采用冷冻干燥法制备壳聚糖/介孔生物玻璃复合多孔膜。结果与结论:通过冷冻干燥法可以实现壳聚糖和介孔生物玻璃的均匀复合。制备的复合多孔膜的孔隙分布较均匀;多孔膜具有很好的吸水性,吸水率的大小与壳聚糖和介孔生物玻璃质量比相关;多孔膜的孔隙率高。

掺铜介孔生物活性玻璃的制备及其生物活性

采用溶胶-凝胶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、FTIR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:选择不同比例的铜/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1Cu-MBG、5Cu-MBG、7Cu-MBG的孔容分别为0.62、0.74 m^(3)/g和0.78 m^(3)/g,孔径分别为6.91、7.28 nm和10.06 nm,随着Cu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。

掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥的制备与性能表征

骨肉瘤是一种常见的恶性骨肿瘤,常通过手术切除进行治疗。但术后造成的骨缺损难以自愈,残余肿瘤细胞还会增加复发可能性。本研究开发了一种用于修复骨缺损和协同治疗骨肉瘤的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥。首先通过溶胶–凝胶法结合固态反应制备了可作为光热剂和药物载体的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷微球(MBGC-xNd),然后将微球与海藻酸钠(SA)溶液混合制备了可同时进行光热治疗和化学治疗的可注射骨水泥(MBGC-xNd/SA)。结果表明掺Nd^(3+)赋予微球可控的光热性能,负载阿霉素(DOX)的微球显示出持续的药物释放行为。此外,载药骨水泥的药物释放量随着温度的升高而显著增加,说明光热疗法产生的热量可促进DOX释放。体外细胞实验结果表明,MBGC-xNd/SA具有良好的促成骨活性,并且光热–化学联合疗法对MG-63骨肉瘤细胞起到了更显著的杀伤作用,表现出协同效应。因此,MBGC-xNd/SA作为一种新颖的多功能骨修复材料,在骨肉瘤的术后治疗方面具有良好的应用前景。

介孔生物活性玻璃/脱钙骨复合支架的制备及性能研究

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.

介孔-大孔生物活性玻璃的合成及其生物活性

背景:多孔生物活性玻璃材料具有较大的比表面积、孔隙率以及贯通的孔道结构,可以加速羟基磷灰石沉积的动力学速率从而提高材料诱导形成新骨的能力。目的:利用有机酸替代无机酸来合成新型介孔-大孔生物活性玻璃。方法:将柠檬酸和P123加入到无水乙醇中,在室温下搅拌2h至溶液澄清。依次加入正硅酸乙酯、四水硝酸钙和三磷酸乙酯,继续搅拌24h。将所得溶胶倒入培养皿中,在室温下放置7d,之后高温下烧结除去有机物模板。结果与结论:①利用有机酸所制备的材料具有大孔结构,拥有较大的比表面积、孔隙率和孔径。②合成的介孔-大孔生物活性玻璃在人工模拟体液中可以诱导形成含碳羟基磷灰石,表现出了较好的生物活性,有望成为一种具有发展前景的骨缺损修复替代材料。

树枝状介孔生物活性玻璃的制备及表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,三乙醇胺(TEA)为催化剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,四水硝酸钙(Ca NT)为钙源,磷酸三乙酯(TEP)为磷源,采用溶胶-凝胶法在不同温度(40、60、80℃)下制备了树枝状介孔生物活性玻璃RMBG1、RMBG2、RMBG3,用高温煅烧法除去模板。通过FESEM、TEM、BET和纳米粒度分析表征了树枝状生物活性玻璃样品的形貌、结构、粒径和稳定性。结果表明,制备的RMBG2粒径均一、分散性好、比表面积大,具有三维开放树枝状孔道的独特结构优势。X射线电子能谱定性分析表明,RMBG2中含有Si、Ca、P 3种元素,等离子体光谱(ICP)测试表明,RMBG2各元素对应的物质的量比大致为n(Si)∶n(Ca)∶n(P)=84∶14∶2。RMBG2的比表面积高达821.161m^2/g,孔径为5~21nm,孔体积为3.184m^3/g,可作为高效的药物载体。

钛合金表面涂烧生物活性玻璃陶瓷涂层的性能与结构

采用涂烧法在钛合金表面制备出结合强度高，化学稳定性好，防组织液渗透和生物相容性良好的复合生物玻璃陶瓷涂层．用ＸＲＤ，ＦＴ－ＩＲ等方法研究了涂层的组成、结构和性能．结果表明：底釉由玻璃相、ＦＡＰ和榍石晶相组成；多孔生物玻璃陶瓷涂层由玻璃相、ＦＡＰ和β－ＣａＳｉＯ３晶相组成；复合涂层能与骨组织产生骨性结合．