na、mg、zn、ti掺杂58s生物活性玻璃和玻璃陶瓷的制备与性能研究

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1、巾囝科学院L：簿硅酸盐阱究所博十学位睦文摘要生物活性玻璃由于其优良的骨修复功能而得到了广泛的研究。与传统熔融法制备的生物玻璃相比，采用溶胶凝胶法制备的同组份的生物玻璃具有更高的生物活性与降解速度。溶胶凝胶生物玻璃的生物活性、降解性等性能可通过调节其化学组成和制备工艺参数进行控制，这为针对不同需要来设计生物玻璃提供了可能。本研究在已被证明具有良好生物活性的溶胶凝胶生物玻璃58S基础上，通过掺入Na20、MgO、ZnO和Ti02等不同氧化物，研究了不同价态离子以及ZnO含量对玻璃的析晶、强度、孔隙率、生物活性、降解性以及细胞相容

2、性的影响．为材料设计提供了指导。并通过与聚酯复合，来提高生物玻璃的细胞枢容性。同时，通过工艺改进，制备了多孔玻璃和玻璃陶瓷支架，并与聚琥珀酸酯(PBS)、乳酸一羟基乙酸共聚物(PLGA)进行复合。研究得出的主要结论如下：(1)玻璃的Si．0网络结构是影响生物玻璃性能的决定因素，不同离子通过调节玻璃的Si—O网络来对玻璃性能产生影响。其中：Na20取代CaO降低了玻璃网络的完整性，使玻璃网络中出现更多的断点，促进玻璃的结晶．Na20的掺入能加快玻璃的离子释放和降解速度，促进羟基磷灰石(HA)的形成：MgO、ZnO耿代CaO不改

3、变玻璃网络完整性，但使玻璃si一0网络结构更加紧密，在性能上表现出促进玻璃和玻璃陶瓷的结晶。降低玻璃的降解速度和HA的沉积速度。Ti能够参与玻璃网络构建，玻璃中Ti02取代CaO提高了玻璃网络完整性，降『氐了玻璃的降解速度和HA沉积速度。在HA沉积和降解速度方面，ZnO的影响作用比MgO和Ti02更为明显。(2)玻璃中ZnO除了通过阻碍si4+离子释放来减缓富si层对HA沉积的诱导作用外，含ZnO玻璃释放的Zn“离子对HA的沉积也具有抑制作用。玻璃中ZnO含量超过12m01％时，玻璃将不能诱导HA的沉积。玻璃陶瓷中ZnO含量

4、超过3m01％时，同样不能诱导HA的沉积。(3)玻璃和玻璃陶瓷释放的si4+与zn”离子浓度是影响细胞增殖的主要原因。合适浓度的Si4+和zn2+离子麓够促进成骨细胞豁增殖，但过高浓度的离子+十瑞琳Na，Mg，zn、Ti掺杂!堕：!塑堑竺竺塑型堕些塑堡堕型堡!堡堡堕壅则对细胞增殖具有抑制和毒性作用。在所有含ZnO玻璃和玻璃陶瓷样品中，58S3Z玻璃陶瓷所释放的Si4+与zn2+离子浓度对成骨细胞的增殖最有利。(4)通过对有机泡沫浸渍法工艺进行改进，能够制各出具有一定强度、结构良好的多孑L生物玻璃和玻璃陶瓷支架。58S3Z玻璃

5、陶瓷支架因适当的Si4+和zn2+离子释放，显示出良好的细胞相容性。58S玻璃表面复合一层PBS与PLGA膜后，能有效的提高其细胞相容性，但不影响其生物活性。58S3Z玻璃陶瓷支架复合PBS、PLGA聚酯后，可大幅提高支架的力学强度，著改善支架的可加工性能，但不影响其细胞相容性，具有良好的应用前景。综合以上研究结果，通过掺入不同离子对溶胶凝胶生物玻璃网络结构进行调整，完全可以调节和控制玻璃的析晶、降解、生物活性等性能，从而可根据需要对材料进行有目的性的设计，使材料满足骨修复的要求。采用有机泡沫浸渍法，可以制备多孔生物玻璃和玻

6、璃陶瓷支架。与聚酯复合后，支架的力学性能和细胞相容性得到改善，有可能作为骨组织工程支架得到应用。关键词：生物玻璃：玻璃陶瓷：多孔支架：生物活性；降解性；细胞相容性巾圈科学院上海硅酸盐研究所}璋■学位沧文StudyonNa，Mg，ZnandTidoped58Sbioactiveglassesandglass-ceramicsRuilinDnDirectedbyProf．JiangChang(BiomaterialsandTissueEngineeringCenter,ShanghaiInstituteofCeramics，Ch

7、ineseAcademyofSciences．Shanghai200050)AbstractBioactiveglasseshavebeenwidelystudiedforitsboneregenerationability．Sol—gelbioactiveglasseshavemanyadvantagescomparingtomeltderivedbioactiveglasses．Firstly,sol—gelbioactiveglasseshavehigherbioactivityanddegradationrateas

8、comparedwimmeltbioacfiveglasseswiththesamecomposition．Secondly,thepropertiesofthesol—gelbioactiveglassescarlbeeasilycontrolledbymodifyingthechemi