李燕怡

（商洛學(xué)院 化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛726000）

多孔生物玻璃陶瓷的生物相容性研究

李燕怡

（商洛學(xué)院 化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院/陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西商洛726000）

通過(guò)制備模擬體液來(lái)模擬人體環(huán)境對(duì)制備的多孔生物活性陶瓷進(jìn)行生物相容性測(cè)試，將模擬體系溫度、pH分別控制在36.5±1.5℃、7.3±1.5。將制備的多孔生物陶瓷浸泡在1.0倍與1.5倍的模擬體液中，分別培養(yǎng)2，4，6 d。通過(guò)SEM觀察培養(yǎng)之后多孔陶瓷材料的表面發(fā)現(xiàn)：培養(yǎng)生物玻璃多孔材料生長(zhǎng)的羥基磷灰石狀況良好，隨著在模擬體液中生長(zhǎng)時(shí)間的增加，生物玻璃礦化產(chǎn)生羥基磷灰石含量劇增以及磷灰石形貌發(fā)生變化。培養(yǎng)2 d磷灰石在材料表面以及多孔內(nèi)部延伸，羥基磷灰石生長(zhǎng)尺寸可達(dá)到20 μm，隨時(shí)間延長(zhǎng)玻璃表面生長(zhǎng)出尺寸為10-100 μm的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)磷灰石，培養(yǎng)6 d有形狀規(guī)則的片狀磷灰石生成，尺寸達(dá)到100 μm以上。

多孔生物陶瓷；模擬體液；生物相容性

目前生物骨移植材料的發(fā)展方向眾多，不同的移植材料都具有自身優(yōu)勢(shì)，但是可以真正用于臨床的骨移植材料卻寥寥無(wú)幾，制約新材料應(yīng)用的主要原因有兩個(gè)方面：一是材料強(qiáng)度不夠；二是材料與機(jī)體產(chǎn)生較強(qiáng)的排異反應(yīng)。目前，生物可移植材料的種類(lèi)、制備方法眾多。材料主要包括生物降解型(bio-degradable)和非生物降解型(non-biodegradable)。非生物降解型材料發(fā)展早、種類(lèi)多，目前應(yīng)用廣泛的是鈦合金材料，盡管這些材料在強(qiáng)度等方面比較理想，但在植入生物體以后相容性較差。因而，生物降解型材料就成為理想的骨移植材料，其中生物玻璃的復(fù)合材料成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。45S5玻璃[1-3]是與天然骨成份最為接近的人造生物玻璃，對(duì)其進(jìn)行了粉體和材料成型[4]的制備。移植材料的測(cè)試中強(qiáng)度測(cè)試的方法很多，而與移植機(jī)體的可溶性測(cè)試卻很難進(jìn)行。目前最安全、簡(jiǎn)單的測(cè)試手段為模擬體液培養(yǎng)法。制備模擬體液是相容性測(cè)試的關(guān)鍵[5-6]，其原理是生物活性材料在模擬生理環(huán)境中生成自然骨的一部分，進(jìn)一步與自然骨結(jié)合的過(guò)程[7]。

模擬體液法（simulate body fluid，SBF）[8]不僅是一種檢測(cè)材料生物活性的方法，而且是一種在溫和條件下制備羥基磷灰石（HAP）材料的有效方法[9-10]。其實(shí)驗(yàn)條件溫和，對(duì)溫度、壓力的要求不高，屬于仿生法的一種，它模仿了自然界生物磷灰石的礦化機(jī)制，在類(lèi)似于人體組織內(nèi)環(huán)境條件的水溶液中自然沉積出磷灰石層。仿生法在低溫下進(jìn)行，可避免高溫過(guò)程引起的相變和脆裂。因此，在已經(jīng)制備出45S5玻璃粉體及多孔骨架材料[11]的基礎(chǔ)上，利用模擬體液法培養(yǎng)納米級(jí)多孔45S5生物活性玻璃基體，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)磷灰石的生物多孔材料的掃描電鏡（SEM）圖相分析，進(jìn)一步證明生物玻璃的生物活性。探索材料的制備工藝與降解速率、礦化程度的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠制造氯化鈉、碳酸氫鈉、氯化鉀，北京紅星化工廠制造三水合磷酸氫鉀，北京世紀(jì)紅星化工有限責(zé)任公司制造六水合氯化鎂，固安縣北方化學(xué)工業(yè)公司制造鹽酸，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠制造的氯化鈣、硫酸鈉，上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司制造三羥甲基胺基甲烷，天津傲然精細(xì)化工研究所制造pH值標(biāo)準(zhǔn)溶液；實(shí)驗(yàn)室定制1 000 mL聚乙烯燒杯，PHS-3C型pH計(jì)，BS-224S型電子天平，DZF-1型真空干燥箱，KYKY-2800B型掃描電鏡SEM。

1.2 制備方法

1.2.1 配制1 000 mL SBF

根據(jù)Choetal的模擬體液（SBF）的詳細(xì)配方[8]在1 000 mL的塑料燒杯中配制1.0倍、1.5倍的模擬體液。制備中要使用塑料燒杯來(lái)配制SBF，避免使用玻璃容器，避免在玻璃容器內(nèi)部生長(zhǎng)磷灰石，而且使用的塑料容器必須表面光滑且沒(méi)有劃痕，避免磷灰石附著在玻璃容器的表面或劃痕的邊緣；溶解反應(yīng)物時(shí)，應(yīng)在每一種物質(zhì)完全溶解后再溶解下一種反應(yīng)物。應(yīng)緩慢少量的加入Tris（三羥甲基氨基甲烷），避免溶液中局部pH值增加會(huì)導(dǎo)致磷酸鈣的生成。

1.2.2 模擬體液中生長(zhǎng)HA層

在恒溫水浴條件下將45S5生物玻璃材料浸泡在1.0倍模擬體液（SBF）、1.5倍的模擬體液并靜置；分別在1，3，5 d后取出樣品；將樣品放入120℃恒溫干燥箱中烘干2 h。樣品在模擬體液中浸泡時(shí)應(yīng)按照?qǐng)D1所示。

圖1 樣品在模擬體液中的位置

1.3 生物多孔材料的表征

采用型號(hào)為S-4800的掃描電鏡進(jìn)行形貌表征。從SEM照片可確定生物玻璃多孔材料以及SiC復(fù)合陶瓷材料的晶粒交聯(lián)性、晶粒尺寸和形狀。SEM照片在掃描電子顯微鏡上進(jìn)行，觀測(cè)前用離子濺射鍍膜法對(duì)試樣先進(jìn)行噴金處理。

2 結(jié)果與討論

對(duì)于培養(yǎng)基體采用掃描電鏡進(jìn)行形貌表征，分析生物玻璃樣品中磷灰石的生長(zhǎng)狀況。結(jié)果從浸泡溶液的濃度，時(shí)間，體系溫度等三個(gè)方面進(jìn)行分析及討論。

2.1 浸泡濃度對(duì)材料表面HA形成的影響

如圖2中a，c，e為1.0倍模擬體液在1，3，5 d下生長(zhǎng)羥基磷灰石的掃描電鏡圖；b，d，f為1.5倍模擬體液在2，4，6 d下生長(zhǎng)羥基磷灰石的掃描電鏡圖。由圖2所示，在950℃下燒結(jié)的生物玻璃多孔材料在模擬體液中生長(zhǎng)羥基磷灰石的掃描電鏡圖片，隨著模擬體液濃度的增加，生物玻璃礦化產(chǎn)生羥基磷灰石含量劇增，磷灰石由分散狀 逐漸生長(zhǎng)為塊狀、片狀。

圖2 在不同濃度模擬體液下培養(yǎng)生物陶瓷的SEM圖

2.2 浸泡時(shí)間對(duì)生物玻璃材料實(shí)驗(yàn)的影響

本次實(shí)驗(yàn)選擇了三個(gè)時(shí)間段（1,3,5 d），在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中浸泡1 d后1.0×SBF、1.5×SBF的模擬體液中。圖3中a,c,e為1.0倍模擬體液1，3，5 d的SEM；b,d,f為1.5倍模擬體液1，3，5 d的SEM，由圖3所示，在950℃下燒結(jié)的生物玻璃多孔材料在模擬體液中生長(zhǎng)羥基磷灰石的掃描電鏡圖片，隨著在模擬體液中生長(zhǎng)時(shí)間的增加，生物玻璃礦化產(chǎn)生羥基磷灰石含量劇增以及磷灰石形貌發(fā)生變化，培養(yǎng)1 d磷灰石在材料表面以及多孔內(nèi)部延伸，隨著時(shí)間延長(zhǎng)磷灰石生長(zhǎng)成片狀、塊狀。

圖3 在不同時(shí)間模擬體液下浸泡SEM圖

3 結(jié)論

本試驗(yàn)在模擬人體正常代謝的體溫37.5℃及濃度為1.0倍的SBF，1.5倍的SBF的條件下，將生物玻璃多孔材料浸泡其中，浸泡時(shí)間分別為2，4，6 d。最終通過(guò)SEM觀察多孔陶瓷材料表面發(fā)現(xiàn)：培養(yǎng)生物玻璃多孔材料生長(zhǎng)的羥基磷灰石狀況良好，隨著在模擬體液中生長(zhǎng)時(shí)間的增加，生物玻璃礦化產(chǎn)生羥基磷灰石含量劇增以及磷灰石形貌發(fā)生變化。培養(yǎng)2 d磷灰石在材料表面以及多孔內(nèi)部延伸，羥基磷灰石生長(zhǎng)尺寸可達(dá)到20 μm，隨時(shí)間延長(zhǎng)玻璃表面生長(zhǎng)出尺寸為10-100 μm的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)磷灰石，培養(yǎng)6 d有形狀規(guī)則的片狀磷灰石生成，尺寸達(dá)到100 μm以上；在相同濃度、相同時(shí)間的模擬體液中材料表面及孔道內(nèi)生長(zhǎng)的羥基磷灰石數(shù)量及形態(tài)表明生物玻璃比機(jī)械性能優(yōu)良SiC生物相容性好。

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(責(zé)任編輯：張國(guó)春）

A Study on Biocom patibility of Porous Bioactive Bioglass Ceram ics

LIYan-yi
(College of Chemical Engineering and Modern Materials,Shangluo University/Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources,Shangluo 726000,Shaanxi)

Biocompatibility of porous bioactive bioglass ceramics was tested by preparation simulated body fluids to simulation human environment.The temperature of simulated body fluids was controlled in 36.5±1.5℃,and pHwas controlled in 7.3±1.5.The porous bioactive bioglass ceramics was soaked in simulated body fluids of 1 times and 1.5 times,respectively for 2 days,and 4 days,and 6 days.The surface of porous bioactive bioglass was observated by SEM,and result showed that hydroxylapatite grewwell with porous bioactive bioglass.With the growth of soaking time in simulated body fluid,the number of Hydroxylapatite and the morphology change significantly. Hydroxylapatite was found on surface and in inner wall of bioglass ceramics for 2 days,and the growth size was 20 μm.The size of dendritic structures of apatite was 10-100 μm after 4 days. The size of flake shapes rule hydroxyapatite was more than 100 μm after 6 days.

porous bioglass ceramics;simulated body fluid;biological compatibility

TB383.4

：A

：1674-0033（2014）04-0049-05

10.13440/j.slxy.1674-0033.2014.04.012

2014-04-19

商洛學(xué)院科研基金項(xiàng)目（13SKY-FWDF008）

李燕怡，女，陜西丹鳳人，碩士，助教