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जैव-सक्रिय सामग्री

1969
  • Larry L. Hench
जैवसामग्री अनुसंधान के लिए प्रयोगशाला में बायोग्लास के नमूने।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

Bioactive materials are a class of biomaterials designed to elicit a specific, positive biological response at the material-tissue interface, resulting in the formation of a bond between them. Unlike bioinert materials that aim for minimal interaction, bioactive materials actively participate in healing processes. A classic example is Bioglass, which forms a hydroxyapatite layer on its surface, bonding directly to bone.

The concept of bioactivity was pioneered by Larry Hench with his 1969 invention of Bioglass® 45S5, a specific composition of 45 wt% SiO2, 24.5% CaO, 24.5% Na2O, and 6% P2O5. The mechanism of bone bonding involves a sequence of five surface chemical reactions. When exposed to bodily fluids, (1) rapid ion exchange of Na+ from the glass with H+ from solution occurs, creating a silica-rich layer. (2) This increases local pH, which causes (3) the glass network to break down, releasing silicic acid (Si(OH)4) and forming silanols (Si-OH) at the surface. (4) A high local concentration of calcium and phosphate ions, both from the glass and surrounding fluid, leads to the formation of an amorphous calcium-phosphate layer. (5) This layer crystallizes into hydroxycarbonate apatite (HCA), which is chemically and structurally similar to the mineral phase of bone. This HCA layer provides a bioactive scaffold for osteoblasts to colonize, differentiate, and deposit new bone matrix, creating a strong, direct, and seamless bond with the host bone. This process, known as osseointegration, is crucial for the long-term stability of implants. Furthermore, the dissolution products, particularly silicic acid, have been shown to stimulate genes within osteoprogenitor cells, upregulating the production of growth factors. This makes the material not only osteoconductive (a scaffold for bone growth) but also osteoinductive (actively stimulating new bone formation).

UNESCO Nomenclature: 3201
चिकित्सा विज्ञान

Type

रासायनिक प्रक्रिया

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • कांच विज्ञान और विनिर्माण का विकास
  • understanding of bone composition and the role of hydroxyapatite
  • हड्डी रोग विज्ञान में एल्यूमिना जैसी अक्रिय सिरेमिक का प्रारंभिक उपयोग
  • पदार्थ-ऊतक इंटरफ़ेस का अध्ययन करने के लिए सतह विश्लेषण तकनीकों में प्रगति

आवेदन

  • हड्डी प्रत्यारोपण और दंत शल्य चिकित्सा में रिक्त स्थान भरने वाले पदार्थ
  • अस्थि एकीकरण को बढ़ावा देने के लिए धात्विक प्रत्यारोपणों (जैसे, कूल्हे के स्टेम) पर कोटिंग।
  • scaffolds for bone tissue engineering
  • बायोएक्टिव टूथपेस्ट में मौजूद घटक जो इनेमल के खनिजीकरण में योगदान करते हैं।
  • घाव भरने वाली पट्टियाँ जो ऊतक मरम्मत को बढ़ावा देती हैं

पेटेंट:

  • US3929971A

संभावित नवाचार विचार

  • रोगी-विशिष्ट अस्थि संरचनाओं की 3डी प्रिंटिंग के लिए जैवसक्रिय स्याही
  • आयन-मुक्त करने वाली दंत भराई जो द्वितीयक क्षय को रोकती है और दंतिण पुनर्जनन को बढ़ावा देती है
  • न्यूनतम चीर-फाड़ वाली हड्डी की मरम्मत के लिए इंजेक्शन योग्य बायोएक्टिव ग्लास पुट्टी
  • हृदय संबंधी स्टेंटों के लिए बायोएक्टिव कोटिंग्स जो एंडोथेलियलाइजेशन को बढ़ावा देती हैं और रीस्टेनोसिस को रोकती हैं
  • तंत्रिका पुनर्जनन को बढ़ाने के लिए जैवसक्रिय आयनों से युक्त तंत्रिका मार्गदर्शन नलिकाएं
  • bioactive glass nanoparticles for targeted cancer therapy (hyperthermia)
  • घावों की पट्टियों के लिए चांदी या तांबे के आयनों वाले रोगाणुरोधी जैवसक्रिय कांच
  • वर्टेब्रोप्लास्टी के लिए बायोएक्टिव सीमेंट जो रीढ़ की हड्डी के साथ एकीकृत होते हैं
  • ऐसे ढाँचे जो जटिल ऊतक निर्माण को व्यवस्थित करने के लिए अलग-अलग समय पर अलग-अलग आयन छोड़ते हैं।
  • उपास्थि और कोमल ऊतकों के पुनर्जनन के लिए जैवसक्रिय कोमल पदार्थ (हाइड्रोजेल)
संबंधित विषय: बायोएक्टिव, बायोग्लास, लैरी हेंच, हाइड्रॉक्सीएपेटाइट, ऑसियोइंटीग्रेशन, बोन बॉन्डिंग, आयन एक्सचेंज, ऑस्टियोइंडक्शन, ऑस्टियोकंडक्शन, सिरेमिक बायोमटेरियल।

ऐतिहासिक संदर्भ

जैव-सक्रिय सामग्री

1960
1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980
1990

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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