在最近发表在开放获取期刊Materials上的一篇文章中，研究人员讨论了在低温下烧结富含镁和氧化锶的新型生物活性玻璃。
背景
1970 年代末生物活性的发现标志着生物材料研究的一个转折点。从那时起，骨科和牙科广泛使用第一种生物活性玻璃 (BG)，即 45S5 Bioglass ® (45S5)，用于生物医学用途。遗憾的是，BG 继承了普通玻璃的几个缺点，包括脆性，特别是在金属基材上烧结粉末或沉积生物活性涂层所需的结晶倾向。
据报道，结晶减少了玻璃的离子释放并抑制了它们的生物活性，这限制了这些新型材料对生物过程的响应程度。与普通硅酸盐玻璃相比，45S5 和 BGs 通常含有更多的改性剂氧化物，这会导致硅酸盐网络被破坏。
45S5 的成分已多次更改。尽管所得玻璃显示出结晶倾向降低，但这些离子对玻璃反应性的影响仍不完全清楚。最近创造了一类具有高温结晶和显着生物反应的新型 BG。镁和锶的存在解释了这些材料的强大生物活性，其治疗价值已得到多项研究的支持。
关于研究
在这项研究中，作者讨论了一种新型生物活性玻璃 (BGMS LS) 的开发，该玻璃可以解决商业 BG 的主要缺点。开发的材料可以在极低的温度下烧结而不会结晶，从而保留了其所有的生物潜力。它还含有锶和镁，这两种元素具有众所周知的药用价值。
这项工作通过降低硅含量和提高钠含量来增强玻璃成分，从而产生一种更具反应性的玻璃，称为 BGMS LS。BGMS LS 具有约 686 °C 的最低烧结温度之一，因为其相对于传统 BG 的结晶度非常低。
该团队建议在烧结新型 BGMS LS 的同时使其完全无定形的可能性，这将保持成品的体内溶解速率、生物活性和离子释放。从经济角度来看，这具有优势。熔体淬火用于制造 BGMS LS。
为了确定材料的典型温度，使用加热显微镜 (HM) 和差热分析 (DTA) 对玻璃粉末进行了测试。将玻璃颗粒压缩到圆盘上并在 686 摄氏度下加热 3 小时。在 SBF 中进行的体外测试可以看到磷灰石的显着沉淀和在磷灰石本身沉淀之前和之后形成的硅胶 (sg) 层，用于确认磷灰石的相当大的生物活性。 BGMS LS。
研究人员使用热处理后玻璃盘的体积收缩率 D% 和烧结参数来评估 BGMS LS 的烧结姿态。通过 X 射线衍射 (XRD)，确定了烧结样品中的结晶。使用微压痕技术和开放平台设备评估烧结样品的硬度和杨氏模量。
通过将样品浸泡在离子浓度接近人体血浆的模拟体液 (SBF) 溶液中 14 天和 7 天，研究了 BGMS LS 圆片的体外生物活性。显微拉曼光谱和 X 射线能量色散 (EDS) 光谱用于研究磷灰石的潜在沉淀。使用拉曼显微镜光谱仪来实现这一目标。
观察
在 810 °C 时，BGMS LS 开始失透，并且在大约 860 °C 的令人难以置信的高温下不久出现结晶峰。BGMS LS在200 ℃的加工窗口大于45S5，其烧结参数Sc为正且高，表明在失透之前发生了独立的烧结和结晶动力学。EDS结果表明，除小幅波动外，析出物中Ca/P比接近磷灰石，证明存在磷灰石。
磷酸根阴离子的v1对称伸缩振动是拉曼光谱中960 cm -1处的主峰，在光谱中占主导地位。在 430 cm -1和 590 cm -1处，可以看到另外两个逐渐从背景中出现的大峰。BGMS LS 的显着生物活性及其低温烧结可归因于来自玻璃成分的几种竞争元素。
与 45S5 相比，由于 SiO 2含量降低，玻璃网络较弱，这有利于玻璃的反应性。更大的热稳定性是降低的 Na 2 O 水平的结果。玻璃烧结增强了 MgO 的积极影响，因为它的磁场比钙强。锶使新型多组分 BGMS LS 更粘稠并增加了混合熵，从而促进了无序无定形状态的持续存在并阻止了结晶。这些因素使得碱性氧化物和锶和镁的含量显着减少，锶和镁的生物学重要性已经确立，成为克服传统生物活性玻璃众所周知的缺陷的令人兴奋的解决方案。
结论
总之，这项研究表明，新型 BGMS LS 因其成分而具有出色的热稳定性，这使得玻璃能够在显着低于标准 45S5 的温度下烧结。尽管经过热处理，烧结玻璃完全是无定形的，从而可以产生高度生物活性的支架和涂层。
作者提到，BGMS LS 非常有前景，尤其是用于制造需要经过热处理的产品，例如用于骨组织再生的支架。他们还表示，鉴于 BGMS LS 的临床应用，镁和锶的生物反应性可以使这种新型玻璃更具前景。
