文 献 综 述

1.引言

近年来玻璃的应用扩展到一些崭新的领域。实践证明,玻璃是酶、抗体、抗原和荷尔蒙的稳定载体,并有希望代替部分生物器官;另一种特殊组成的生物玻璃和生物微晶玻璃,与动物体骨胳组织有生物相容性,这种材料可用作人造骨移植体,并用于矫形固定构件。由于这类玻璃有可控制的表面活性,其移植体疲劳强度很高,能与生物组织相结合;人造骨移植体表面生成的活性经基磷灰石薄膜与骨胶原纤维连接起来,结合界面的强度可大于骨头本身,并长期保持稳定。

作为生物玻璃,需要有适当的机械强度和生物活性,不能含有毒成分,与生物体要有良好的相容性。

2.磷酸盐体系生物活性玻璃研究背景

自从 Hench 发现 45S5 生物活性玻璃以来，生物活性玻璃已经被视为具有前途的替代材料用以再生、修复和替换骨骼系统。近年来,随着生活水平的日益提高,人们对各种与人体直接接触的制品是否影响健康日益重视,尤其是2003年肆虐全球的SARS病毒至今仍然使很多人心有余悸。当前抗菌材料成为材料研究的热点,以抗菌力强、抗菌活性好的银离子作为抗菌成分的无机抗菌材料受到人们的广泛重视,日本在这方面做了较多的研究,它以发展无机抗菌材料为主。无机抗菌材料一般以金属及其化合物为有效成分,常用的有银、铜、锌、钛、汞等,此类抗菌材料的特点是抗菌能力持久、抗菌制品理化性能稳定,广泛应用于皮革、塑料、木材、涂料等。其中磷酸盐抗菌玻璃材料具有优异的缓释性和载离子性,通过调整其组成,可以精确释放金属离子,并且制成的玻璃不改变其原有的装饰效果。对磷酸盐抗菌玻璃的制备及性能进行了初步的研究和评价。

3.磷酸盐生物玻璃的结构与特点

磷酸盐抗菌玻璃材料的基本组成: P2O5:50%～70%、CaO:15%～30%、Al2O3:2%～15%、ZnO:2%～1%、R2O:5.2%～15%、Ag2O:0.5%～2.5%。磷酸盐玻璃由于其基本结构单元是磷氧四面体[PO4],磷是 5价,每一个磷氧四面体中都有一个带双键的氧(非桥氧),所以玻璃中每个[PO4]只有三个顶角相互连接成类似于硅酸盐玻璃中硅氧网络的空间结构,而这个带双键的非桥氧使四面体的一个顶角裂在玻璃结构中形成不对称中心。正是这个不对称中心导致了磷酸盐玻璃的化学稳定性降低,可溶性增加,P2O5含量高的玻璃甚至还具有吸湿性。由于这种原因,磷酸盐玻璃的实用价值不如硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃。但是近年来人们利用其化学稳定性差、能溶于水这一特性,将一些具有特定功能的离子掺入其中,令其在溶解过程中将这些特定功能的离子释放出来,从而达到长期有效的目的。通过加入不同网络修饰离子或调整玻璃组成,可以调节磷酸盐玻璃的溶解速度。这种缓释型玻璃材料具有如下特点: ①良好的功能离子载体,可以将功能离子存储在玻璃体中,使其保持长期有效;例如银离子的抗菌效果受光和热的影响较大,长期暴露在外,银离子容易被还原而降低直至失去抗菌效果。存储到玻璃体中以后,可以有效防止银离子的还原,使其长期保持抗菌效果。②通过调节玻璃组成,可以调整溶解速度,进而可以控制功能离子在液体介质中的有效浓度。③磷酸盐对人体和环境无毒、无害(水质禁磷除外),磷酸盐玻璃又具有生物活性,可以做成生物抗菌玻璃,应用到医学领域,可有效防止骨骼移植和牙齿更换等外科手术后的细菌感染。

4.磷酸盐抗菌玻璃材料的制备

参照CaO-SiO2-P2O5相图的玻璃形成范围,通过多次研究和实验,设计出玻璃成分范围,见表1。尽量选用含结晶水的化学纯原料按组成要求配料,添加TiO2等辅助成分,配合料充分混合均匀后置于铂金坩埚在硅钼炉中升温至1250～1300℃ ,保温30 min,熔融后的玻璃液可以根据要求制成玻璃板或玻璃粉末1。