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生物活性材料

1969
  • Larry L. Hench
生物材料研究实验室中的生物玻璃样品。

(图片仅供参考)

生物活性材料是一类旨在在材料-组织界面引发特定、积极的生物反应,从而在材料-组织界面形成结合的生物材料。与旨在最小化相互作用的生物惰性材料不同,生物活性材料积极参与愈合过程。一个典型的例子是生物玻璃,它在其表面形成一层羟基磷灰石层,直接与骨骼结合。

生物活性的概念由 Larry Hench 于 1969 年发明 Bioglass® 45S5 时率先提出,Bioglass® 45S5 的特殊成分为 45 wt% SiO2、24.5% CaO、24.5% Na2O 和 6% P2O5。骨结合机制涉及五种表面化学反应。当暴露于体液中时,(1) 玻璃中的 Na+ 与溶液中的 H+ 快速发生离子交换,形成富含二氧化硅的层。(2) 这会增加局部 pH 值,从而导致 (3) 玻璃网络分解,释放硅酸 (Si(OH)4) 并在表面形成硅醇 (Si-OH)。(4) 玻璃和周围液体中钙和磷酸根离子的局部浓度高,导致形成无定形磷酸钙层。(5) 该层结晶为羟基碳酸盐磷灰石 (HCA),其化学和结构类似于骨的矿物相。该HCA层为成骨细胞提供了生物活性支架,使其能够定植、分化并沉积新的骨基质,从而与宿主骨形成牢固、直接且无缝的结合。这一过程被称为骨整合,对植入物的长期稳定性至关重要。此外,溶解产物,尤其是硅酸,已被证明能够刺激骨祖细胞内的基因表达,从而上调生长因子的产生。这使得该材料不仅具有骨传导性(骨骼生长的支架),还具有骨诱导性(主动刺激新骨形成)。

UNESCO Nomenclature: 3201
- 医学

类型

化学过程

中断

革命

用法

广泛使用

前体

  • 玻璃科学和制造的发展
  • 了解骨骼成分和羟基磷灰石的作用
  • 氧化铝等惰性陶瓷在骨科的早期应用
  • 研究材料-组织界面的表面分析技术进展

应用程序

  • 骨科和牙科手术中的骨移植和空隙填充物
  • 金属植入物(例如髋关节柄)上的涂层可促进骨整合
  • 骨组织工程支架
  • 生物活性牙膏中的成分可使牙釉质再矿化
  • 刺激组织修复的伤口愈合敷料

专利:

  • US3929971A

潜在创新理念

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相关术语:生物活性物质、生物玻璃、拉里·亨奇、羟基磷灰石、骨整合、骨结合、离子交换、骨诱导、骨传导、陶瓷生物材料。

历史背景

生物活性材料

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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