為了克服生物玻璃在力學(xué)上的缺點，人們進行了含磷灰石和硅灰石結(jié)晶的玻璃研究，在保持生物活性玻璃與骨組織良好鍵合優(yōu)點的同時，其力學(xué)性能也得到了提高。通常將生物活性玻璃陶瓷（bioactive glass ceramics）也稱為生物活性微晶玻璃，它是一種多相復(fù)合材料，含有一種以上的結(jié)晶相及玻璃相。對含有磷灰石或磷酸三鈣微晶或自身不含磷灰石結(jié)晶，但在體內(nèi)能與組織液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在表面生成羥基磷灰石層的微晶玻璃都稱為生物活性玻璃陶瓷，它具有不同程度的表面溶解能力，易被體液浸潤，生物相容性好，植入骨內(nèi)能直接與骨組織形成鍵合。是新一代的人體硬組織修復(fù)材料，已成為醫(yī)用生物陶瓷的重要分支。玻璃陶瓷是由特定組成的玻璃經(jīng)控制結(jié)晶化處理而得到的多晶固體。根據(jù)玻璃在隨后結(jié)晶化處理時的穩(wěn)定性或?qū)χ破沸阅艿囊螅蛇x擇不同的成形工藝。澆注成形可獲得致密體；將玻璃粉碎，采用粉末燒結(jié)工藝，可得多孔燒結(jié)體。將成形物在特定的核化及晶化溫度下熱處理，即得到玻璃陶瓷。這兩個特征溫度通常用差熱分析法測定。它們保持的時間、升降速度等與結(jié)晶粒度，數(shù)量相關(guān)，并影響材料的性能。生物玻璃陶瓷通常含有一種或一種以上的結(jié)晶相，其含量約占總體積的50%～90%，其余是玻璃相。結(jié)晶相的結(jié)晶粒度很小，約為0.1μm至數(shù)微米，均勻地分布在玻璃基質(zhì)中，使材料呈各向同性。

與羥基磷灰石陶瓷等生物陶瓷相比，其主要特點是：

①具有多元組成，可在較大范圍調(diào)整其組成、結(jié)構(gòu)和相成分，賦予其新的性能，如：生物活性、可切削性、可降解性、自凝固能力，可鑄造成形等； 

②化學(xué)性能穩(wěn)定，可長期穩(wěn)定行使功能； 

③機械強度高，微晶化處理提高母體玻璃強度數(shù)倍至十數(shù)倍； 

④含適量玻璃相，成形加工性能好，容易制成多種形態(tài)的醫(yī)用器件，滿足臨床要求； 

⑤制造工藝成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，易于批量生產(chǎn)，可以鑄造成形燒結(jié)制備復(fù)合涂層，優(yōu)于普通磷酸鈣陶瓷。 自從L. L. Hench發(fā)明生物活性玻璃之后，用作人體植入物以來，為改善材料的強度、化學(xué)穩(wěn)定性和加工性能等，各國學(xué)者陸續(xù)開發(fā)了各種生物活性玻璃陶瓷。目前廣泛應(yīng)用的商品化生物玻璃和玻璃陶瓷的化學(xué)成分和相組成見表3.9-7，其力學(xué)性能見表3.9-8。各類生物活性陶瓷都含有一定數(shù)量鈣和磷的氧化物，因而在體內(nèi)能與體液作用，生成磷灰石表面層，在組成上與骨類似。它們與骨鍵合的界面結(jié)合強度均高于材料本身，或者骨組織的強度。生物活性玻璃的一個顯著特點就是通過調(diào)整其多元組成，改善力學(xué)強度和成形加工性能和可以制成多種形態(tài)的制品。

生物玻璃與生物玻璃陶瓷的化學(xué)成分和相組成 %

生物玻璃和生物玻璃陶瓷的力學(xué)性能

生物活性玻璃陶瓷的機械強度、熱穩(wěn)定性、膨脹系數(shù)等，主要取決于其結(jié)晶相的成分、數(shù)量及晶粒尺寸。其生物活性還與其中玻璃相的多少有關(guān)。當組成中含有活動性較大的堿金屬或堿土金屬離子時，它們?nèi)菀妆惑w液浸出，產(chǎn)生有限的溶解，對提高生物活性有利。玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)的多相性，被認為是具有生物活性的條件之一。在體液中發(fā)生的溶解、沉積、離子交換等反應(yīng)，往往在界面區(qū)進行。各種相的比例、結(jié)合狀態(tài)、分布狀況等都影響材料性能。生物活性還與表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，當表面含有極性基（如Si—O或OH-），或有結(jié)晶缺陷、氣孔等時，會加速反應(yīng)，促進骨修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，生物體組織可以長入40～100μm的孔隙內(nèi)；當孔徑大于100μm時，可觀察到其中骨礦化現(xiàn)象。玻璃陶瓷與活體骨組織鍵合是通過在體內(nèi)環(huán)境中玻璃陶瓷表面形成的磷灰石層實現(xiàn)的，玻璃陶瓷體相中的磷灰石相在鍵合形成中不起作用。

在體內(nèi)環(huán)境中形成表面磷灰石相是通過玻璃陶瓷體相中的硅灰石和玻璃相降解，釋放的Ca2＋和HSi間的反應(yīng)完成的。在無P2O5的CaO·SiO2玻璃體系中，也能形成表面磷灰石型結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)與活體骨的鍵合。 生物活性玻璃陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，由最初主要在口腔應(yīng)用，例如下頜骨置換、牙槽嵴增高、牙周病治療、根管充填、蓋髓、拔牙窩充填、預(yù)防牙槽萎縮、骨腔充填、牙冠牙面修復(fù)憚擴展到外科應(yīng)用（人工脊椎、膝關(guān)節(jié)髕骨、骨疏松治療、人工關(guān)節(jié)松動的處理等）、整形外科（隆鼻術(shù)、頦部增高、人工喉管支架、義眼臺等）、藥物緩釋載體（抗結(jié) 核藥及抗癌藥）等。國外采用玻璃陶瓷綜合工藝，以熱等靜壓方法制成人工脊椎、髂骨等修復(fù)體，抗彎強度達215MPa，抗壓強度達1080MPa，是已知最堅固的玻璃陶瓷修復(fù)物。此外，含有鐵磁性物質(zhì)的玻璃陶瓷用于腫瘤熱療，含放射性同位素玻璃陶瓷用于腫瘤放療，微孔玻璃陶瓷作為藥物載體等。 生物活性玻璃陶瓷組成體系很多，根據(jù)組成的不同而各具特性。

生物活性玻璃陶瓷作為一種人工骨植入材料，要求具有如下性能：

①良好的生物相容性；

②能與骨組織形成化學(xué)結(jié)合；

③良好的力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，在體內(nèi)能長期穩(wěn)定地行使骨組織的功能；

④有適當?shù)目紫抖龋阌诮M織長入。人體骨組織的礦物成分主要為鈣、磷等元素所形成的羥基磷灰石。因此，要使制品獲得良好的生物活性，鈣和磷應(yīng)成為制品中的主要成分以保證在熱處理后能夠析出磷灰石結(jié)晶相。同時，為擴大玻璃的生成范圍，降低熔化溫度可引入SiO2、B2O3、Al2O3、MgO、Na2O等氧化物，少量CaF2及ZrO2的引入可以改善制品性能。

來源：http://111.207.167.154/index.php?doc-view-102305