生物玻璃陶瓷骨支架光固化3D打印及降解性能

利用光固化技术制备的生物玻璃陶瓷骨植入物在骨修复领域具有许多优势,然而生物玻璃陶瓷受粉体粒度的影响,在光固化打印工艺、结构、力学性能和生物性能等方面存在较大的差异。本文以光固化3D打印过程中粒度的变化为切入点,制备了两种不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷浆料,分别对生物玻璃陶瓷浆料的稳定性、流变特性和固化特性进行了表征,根据TG-DSC曲线绘制了脱脂烧结曲线并对骨支架的表面质量、结构和力学性能进行了评价,最后通过颅骨修复试验对降解性能进行了分析。结果表明:小粒度粉体的浆料稳定性较好,黏度较高,对应的固化厚度和过固化宽度也较小;小粒度粉体制备的骨支架表面质量、结构致密化程度和弯曲强度均优于大粒度粉体制备的骨支架,但降解速率较低,植入体内2个月后有新骨长入骨支架孔隙。本研究对不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷骨支架制备具有指导意义,有助于推动基于粒度分布的梯度可控降解骨支架的开发和应用。

硅烷偶联剂制备及对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的表面改性

采用谷氨酸与硅烷偶联剂(KH-792)缩合反应,制备出一种含酰胺基的硅烷偶联剂,利用其与材料之间的化学结合,将谷氨酸共价固定至磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷表面,实现表面改性。将改性后的磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷与人骨肉瘤细胞MG63共培养,评价其体外细胞生物相容性。应用FTIR、SEM、XPS等测试技术分别对合成的偶联剂、改性后的陶瓷材料进行结构、表面形貌及细胞生长情况的表征,结果表明:谷氨酸与KH-792的反应产物有酰胺基生成;含酰胺基的硅烷偶联剂能对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷表面进行有效改性;共培养3 d后细胞在材料材料表面大量贴附,MTT实验也证明增殖良好,即含酰胺基的硅烷偶联剂能改善磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的体外细胞生物相容性。

生物玻璃陶瓷的生物相容性及其与角膜生物愈合特性的研究

目的:研究生物玻璃陶瓷（Bioglass Ceramic,BGC）在角膜中的生物相容性及其与角膜的生物愈合特性,寻找人工角膜支架材料。方法:将孔径20～70μm、孔隙率37～62％、厚度0.5mm、前后曲率半径7.8 mm、直径6mm的BGC分别植入11只新西兰白兔角膜板层中。裂隙灯观察并照相,不同时间取材进行光镜检查。结果:最长观察8个月,5只实验兔的植入物脱出,其中3只碎裂。术后第2、3周角膜新生血管增生明显。术后2个月,出现角膜浅层轻度混浊。光镜检查见植床内少量大小不一的灰色BGC团块,其间混杂红染物质,周围角膜见大量增生成纤维细胞成同心圆样排列。结论:BGC植入角膜后有较高的脱出率,孔隙率为51％,62％的BGC强度不够,植入后碎裂。BGC植入影响了角膜代谢,导致角膜前板层混浊。目前的切片技术与设备,较难获得良好的切片效果,难以评价BGC在角膜板层中的生物愈合特性。BGC目前的参数不适宜用于人工角膜的支架材料。眼科学报2001;17:198～201。

造孔剂法制备多孔生物玻璃陶瓷的工艺研究

通过造孔剂法,以溶胶-凝胶法制备的生物玻璃58S和熔融法制备的生物玻璃45S5为原料,以NH4HCO3与淀粉的混合物为造孔剂制备生物玻璃陶瓷。利用XRD和SEM等材料分析测试手段研究了烧成温度、造孔剂添加量、成型压力及45S5的用量对多孔材料显微结构、表面形貌、抗折强度的影响。结果表明:在成型压力20 MPa,造孔剂含量60%,烧成温度800℃及45S5的加入量10%的工艺参数下,制备出抗折强度达到4.5 MPa,孔隙率达到68.74%的珊瑚状结构的多孔生物玻璃陶瓷材料。

丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料修复颅骨缺损

背景：文献报道丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷骨复合材料修复骨缺损效果理想,具备良好的生物相容性,但对于复合材料的制备方法、生物安全性缺乏报道。目的：研究丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料的制备方法及其修复颅骨缺损的效果。方法：取32只SD大鼠,建立颅骨缺损模型,随机分为2组,实验组于骨缺损处置入丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合膜材料,对照组于骨缺损处置入丝素蛋白膜材料。置入后4,8周,进行颅骨CT检查与组织学观察。结果与结论：①CT检查：置入后4周,实验组骨缺损空隙较小,可见较多致密的新骨;对照组缺损部位缩小,可见少量新骨。置入后8周,实验组缺损部位修复完整,对照组缺损部位存在空隙,实验组置入后不同时间点的骨体积大于对照组（P〈0.05）;②苏木精-伊红染色观察：置入后4周,实验组置入的材料与宿主骨之间存在新骨,无炎症反应;对照组材料周围存在少许新生骨和纤维组织。置入后8周,实验组缺损边缘存在较多新骨且形态与宿主骨相类似,支架完全降解;对照组依然看到材料的存在;③结果表明：丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料可促进骨缺损的修复。

氩离子辅助沉积生物玻璃陶瓷膜的结构和特性研究

用XRD、FTIR、XPS和EDAX等分析方法对 60keV、剂量为 7× 10 15ions/cm2 的Ar+ 离子束在钛合金表面辅助沉积的生物玻璃陶瓷 (BGC)膜进行表征。发现膜呈非晶 ;膜中Ca P比高达 3 .68,高于BGC原材料的Ca P比 1.3 0 ;沉积膜中出现C和O的污染 ,并引入了碳酸根基团 (CO3 -2 )。实验发现 ,BGC膜与Ti合金结合十分牢固 ;在 0 .9%的盐溶液中浸泡Ca+ + 离子的溶解性与辅助剂量密切相关 ;这种Ar+ 离子辅助沉积的膜在Hanks溶液中的抗溶解特性 ,未退火的膜远优于退火的膜 ,也优于Ti合金。文中对观察到的现象进行了讨论。

溶胶-凝胶法制备生物玻璃陶瓷涂层的发展

介绍了目前制备生物玻璃陶瓷涂层的方法,总结了溶胶-凝胶技术的优缺点,重点介绍了国内外关于溶胶-凝胶法在制备生物玻璃陶瓷涂层中研究的现状。

云母/氟磷灰石生物玻璃陶瓷的体内外生物学性能研究

目的检测自制云母/氟磷灰石生物玻璃陶瓷的体内外生物学性能。方法按照Ca云母/氟磷灰石的成分配比,经高温熔炼,浇铸后退火得到基础玻璃,再经特殊的热加工/热处理工艺制备新型玻璃陶瓷材料试样。采用体外模拟体液浸泡实验和置入大白兔下颌骨部位的体内实验检测材料的生物学行为。结果新型云母/氟磷灰石生物玻璃陶瓷在模拟体液中能自发生成磷灰石层。体内埋置实验显示该材料具有良好的组织相容性和骨引导性能。结论新型云母/氟磷灰石生物玻璃陶瓷具有很好的体外生物活性、体内组织相容性和骨引导性。

生物玻璃陶瓷作颌骨缺损修复的效果观察

口腔颌面骨缺损修复涉及多学科的理论和技术,以往所采用的人工合成材料和修复方法均存在不同的缺点,至今还没有一种理想的材料。在此情况下,采用生物玻璃陶瓷(以下简称BGC)进行颌骨缺损修复,是目前一种有效而可靠的方法。因BGC的成分和结构与人体骨组织相类似,不仅有良好的骨相容性,能与骨组织形成骨性结合,而且有良好的生物力学相容性。我科自1987年以来采用了生物玻璃陶瓷制品,对颌面骨缺损的不同类型,以不同的修复方法,完成了46例患者的外形和功能修复治疗,取得了比较满意的效果。现报道如下:

不同离子束辅助沉积生物玻璃陶瓷膜的结构和溶解特性

用能量 60keV、辅助注量为 2× 10 16 和 7× 10 15ions/cm2 的N+和Ar+离子束 ,分别将生物玻璃陶瓷 (BGC)辅助沉积于钛合金表面 .通过XRD ,FTIR ,XPS和EDAX对沉积膜进行表征发现 ,膜均呈非晶或无明显的结晶度 ,沉积膜中均出现C和O的污染 ,还引入了CO2 - 3 根基团 .N+离子束辅助沉积膜的Ca/P比低于BGC原材料 ,而Ar+离子束辅助沉积膜的Ca/P比高于BGC原材料 .在Hanks溶液中 ,N+离子辅助沉积膜的抗溶解特性略优于Ar+离子辅助沉积膜 ,二者均优于Ti合金 .

生物玻璃陶瓷骨支架的光固化成形工艺与过固化研究

针对光固化技术制备生物玻璃陶瓷多孔骨支架中因光散射、光叠加等原因导致内孔扩散的过固化问题,提出从“孔-面-体”3个层面来探究样件成形过程中过固化现象与工艺参数间关系的方法,并逆向建立克服过固化提高精度的多孔补偿模型。首先,采用激光共聚焦测量了骨支架中单孔在不同曝光时间和石墨浓度下的过固化值与固化深度;其次,在骨支架的面结构中采用光学影像测量仪分析了不同面孔隙率和孔隙形状下的过固化值与固化深度;然后,使用场发射扫描电镜表征了重叠层厚对骨支架整体结构中固化特性的影响;最后,通过控制骨支架的多孔尺寸,建立过固化逆向补偿模型并制备了与模型孔径相差不大于5μm的多孔样件。采用所制备的多孔支架样件进行实验验证,结果表明:单孔结构中,过固化值和固化深度均随曝光时间的对数增加而线性增加,随石墨浓度增加而减小;在单层面结构中,过固化值和固化深度均随孔隙率的增大线性减小,孔隙形状对固化深度无明显影响;在体结构中,随重叠层厚的增加,样件过固化程度增加,叠加层厚10μm为适宜分层;在相同曝光时间和石墨浓度下,过固化从孔结构-面结构-体结构过程中逐渐增加,且孔和面结构的过固化程度显著大于体结构。该方法可为高精度多孔骨支架的制备提供一种新思路。

电泳沉积多孔钙镁硅生物玻璃陶瓷涂层

目的电泳沉积法制备出钛合金/钙镁硅生物玻璃陶瓷涂层复合材料,优化制备工艺条件。方法用溶胶-凝胶法制备出钙镁硅生物玻璃陶瓷粉体,通过粉体在不同分散介质中的带电特性和沉积结果,筛选合适的溶剂;通过改变悬浮液陈化时间（10分钟、1小时、24小时）、悬浮液体系固含量（0.02kg/L、0.06kg/L、0.12kg/L）、电压（20V、40V、80V）及钛合金基底的预处理方法,观察不同条件对电泳沉积涂层表面形貌和性能的影响,找出较佳的制备条件。结果生物玻璃陶瓷粉体在乙醇中带正电荷,且能在钛合金阴极基底上均匀沉积;在经过机械打磨的钛合金表面沉积的涂层均匀无裂纹,而未经打磨的钛合金表面的涂层开裂严重;悬浮液的固含量为0.02kg/L,陈化时间在10分钟时为最佳分散条件;沉积电压为20V、40V、80V均能制备出均匀无裂纹的涂层,经过煅烧后的涂层为多孔结构,涂层厚度为10~250 m,XRD结果显示涂层是以透辉石,镁黄长石等为主晶相的玻璃陶瓷。结论经过条件优化,可以制备出均匀无开裂的多孔生物玻璃陶瓷涂层,涂层厚度和致密度可控。

磁性生物活性玻璃陶瓷的制备研究进展

磁性生物玻璃陶瓷主要指将具有磁性的元素,如铁等引入到生物玻璃陶瓷中,制备出结构和性质类似于人体组织的生物材料,其独特的功能使之成为近来新材料研究的热点。介绍了较为常见的几种磁性生物玻璃陶瓷的制备方法,如熔融煅烧法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、双相复合法等,并对它们的特点进行了分析。

含10mol%氧化硅的钙磷酸盐玻璃陶瓷的合成及其体外生物活性(英文)

采用高分子网络凝胶法合成出SiO2-CaO-P2O5生物玻璃陶瓷,该材料具有较低含硅量和高钙磷比(nCa/nP=1.57)的特点,更接近人体硬组织的成分。将材料在SBF溶液浸泡研究材料的体外生物活性,通过TG/DTA,XRD,FTIR和SEM等方法对粉体和浸泡后的样品表面进行表征,ICP-AES对SBF溶液中钙、磷、硅离子的浓度进行检测。结果表明,氧化硅的添加有利于玻璃陶瓷表面磷灰石晶相的形成;随着浸泡时间的延长,沉积在样品表面的碳酸羟基磷灰石层逐渐由球型突起变为叶片状,溶液中钙、磷离子浓度降低,而硅离子浓度增加,说明材料具有良好的生物活性,适宜作为牙齿和骨骼的替代或修复材料。

生物活性玻璃陶瓷种植材料与牙龈上皮细胞体外界面的超微结构研究

采用牙龈上皮细胞体外培养方法，对国产生物活性玻璃陶瓷（ＢＧＣ）的牙龈界面，进行了超微结构观察分析。结果发现：透射电镜（ＴＥＭ）下ＢＧＣ与上皮细胞界面结合形式有三种，其中半桥粒结构被认为在上皮附着材料中起重要的结合作用；扫描电镜（ＳＥＭ）及Ｘ线能谱分析（ＥＤＡＸ）发现上皮细胞在ＢＧＣ上生长良好。结果表明：ＢＧＣ能够与牙龈上皮形成良好界面。粘膜封闭的形成保证了种植体在口腔内的长期成功。

可切削生物活性玻璃陶瓷骨内种植体的动物实验研究

本实验以纯钛作对照,将两种可切削生物活性玻璃陶瓷(MBGC)植入狗股骨内,采用X线摄片,组织学切片,扫描电镜等方法,观察种植体与骨的结合情况,结果发现MBGC与骨可产生化学性结合,但界面反应带中有部分软骨样组织,其中 CaO,P_2O_5含量高的 MBGC A_4与骨界面结合较早,钛 Ta_2与骨有直接连接的趋势。

钛合金人工关节柄烧结复合生物活性玻璃陶瓷涂层的研究

采用两步涂烧法在钛合金表面制备出防组织液渗透 ,结合强度高 ,生物相容性好的复合生物活性陶瓷涂层 。

人骨形态发生蛋白2基因转染的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷修复颅骨缺损

背景:目前已有将体外培养的骨髓基质细胞与支架复合修复骨缺损的临床报道。但是由于该类复合材料中缺乏骨生长因子作用,在原位的成骨作用并不十分理想。目的:探讨携带人骨形态发生蛋白2基因的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷材料在修复兔颅骨缺损中的原位成骨作用。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2005-02/2008-11在辽宁医学院解剖学实验室完成。材料:生物活性玻璃陶瓷由中国科学院四川成都光电研究所提供,转人骨形态发生蛋白2和转pcDNA3载体的骨髓间充质干细胞由辽宁医学院解剖学教研室骨组织工程研究所保存。方法:制备兔双侧颅骨骨缺损模型,将基因转染的骨髓基质细胞与生物活性玻璃陶瓷复合培养物植入骨缺损区,术后第4,8,12周对植骨区进行大体观察、X射线摄片、组织切片、组织化学检测。主要观察指标:①复苏后的转染人骨形态发生蛋白2的骨髓基质细胞的生长特性。②从大体、X射线结果和组织学等方面观察复合材料在原位修复骨缺损的作用。结果:转染的骨髓基质细胞在细胞形态及增殖特性方面与未转染的细胞无明显差异。扫描电镜显示基因转染的骨髓基质细胞在生物活性玻璃陶瓷表面呈星形紧密排列,长入生物活性玻璃陶瓷孔隙中。复合材料植入免颅骨缺损后,X射线观察术后第4周骨缺损外周骨质与复合材料之间大部分被高密度阴影充填,术后第12周骨缺损外周骨质与复合材料之间完全被高密度阴影充填;光镜观察术后第8周骨小梁大部分相连成片,术后第12周骨小梁粗大,骨髓再生。结论:基因转染的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷材料基本符合骨组织工程学的要求,在骨缺损区原位具有良好的成骨作用。

含锰锌铁氧体磁性生物活性玻璃陶瓷制备工艺及其性能研究

在磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷(A-WGC)中掺杂锰锌铁氧体,制备出一种新型的磁性生物活性玻璃陶瓷,并研究了不同制备工艺对其磁性和生物活性的影响.结果表明,使用不同掺杂工艺制备的材料的主晶相均为硅灰石、磷灰石、氟磷灰石和分子式为Zn_(0.75)Mn_(0.75)Fe_(1.5)O_4的锰锌铁氧体.在充磁至7.96×10~5A·m^(-1)时,各材料的饱和磁化强度相差不大,在5.4～5.9A·m^2·kg^(-1)之间.材料的生物活性与烧结前和锰锌铁氧体前驱体复合的A-WGC原料的反应活性有关,A-WGC原料的反应活性越低,材料的生物活性越好.比较各材料,采用将A-WGC前驱体高温煅烧后再与锰锌铁氧体前驱体固相混合的工艺制备的材料具有良好的磁性和较高的生物活性.

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷表面接枝多肽改性研究

为在磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷(Apatite-Wollastonite Bioactive Glass-Ceramic,AW)表面引入能够促进细胞粘附的RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)多肽以提高其生物活性,采用低温等离子法在材料的表面引入活性氨基基团,并通过浸渍法使氨基基团与多肽发生反应。采用XRD、XPS、ATR-FTIR对AW的相组成及表面改性特性进行表征,确认通过低温等离子法在AW表面接上氨基,RGD多肽分子与氨基反应以化学键合的形式接枝到材料表面(RGD-AW),实现了在AW表面接枝生物大分子的改性。将改性前后的材料分别与类成骨细胞(MG63细胞)混合培养并使用荧光显微镜、SEM及MTT等测试方法对材料的细胞生物学性能进行了表征。细胞实验结果表明:接枝RGD多肽分子的材料在细胞培养的早期阶段比AW更有利于细胞的粘附及铺展。