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溶胶凝胶化学结合喷雾干燥法制造掺铜三元生物活性玻璃微球

返回列表 浏览:9 日期:2024-12-29

法国图卢兹第三大学的 Jérémie Soulié 团队介绍了利用溶胶 - 凝胶化学结合喷雾干燥法制造掺铜三元生物活性玻璃微球的方法,所制得的微球具有良好的性能,为骨替代等治疗应用带来了希望.

原因

骨替代治疗的需求:骨替代材料需要具备良好的生物活性、生物相容性以及适当的力学性能等。传统的生物活性玻璃在骨修复方面有一定应用,但存在一些局限性,如脆性高、断裂韧性低、不易加工等。而通过引入铜元素制备掺铜三元生物活性玻璃微球,可以在保持生物活性玻璃原有优势的基础上,进一步增强其促血管生成和抗菌等特性,更好地满足骨替代治疗的复杂需求.

现有制备方法的不足:虽然溶胶 - 凝胶法通常能制备出均匀的纯硅玻璃或二元玻璃球形颗粒,但合成聚集性较差的掺铜三元玻璃纳米 / 微粒而不产生次生氧化铜结晶相仍然具有挑战性,因此需要探索新的制备方法来克服这些问题.

理论

溶胶 - 凝胶理论基础:溶胶 - 凝胶法是一种制备玻璃等无机材料的湿化学方法。在该方法中,金属醇盐或无机盐等前驱体在溶剂中发生水解反应形成溶胶,然后通过缩聚反应形成凝胶。在制备掺铜三元生物活性玻璃微球时,选择合适的硅源、钙源、磷源以及铜源等前驱体,使其在溶液中均匀混合并发生水解和缩聚反应,形成具有一定网络结构的凝胶。这种凝胶结构可以在后续的处理中保持稳定,并为最终形成的玻璃微球提供均匀的化学组成和微观结构.

喷雾干燥理论基础:喷雾干燥机是将溶液或悬浮液通过喷雾器喷成雾滴,然后在热风中迅速干燥形成固体颗粒的过程。在制造掺铜三元生物活性玻璃微球时,将溶胶 - 凝胶法得到的凝胶溶液进行喷雾干燥。当雾滴与热风接触时,溶剂迅速蒸发,使得凝胶中的溶质快速沉淀并形成微球。由于雾滴的表面张力作用,微球通常呈现出球形。同时,喷雾干燥的快速干燥过程可以防止溶质的过度聚集和结晶,有利于形成尺寸均匀、分散性好的微球.

铜掺杂的作用机制:铜元素的掺杂对生物活性玻璃微球的性能有着重要影响。一方面,铜离子可以参与玻璃网络的形成,改变二氧化硅网络的连通性和均匀性。根据掺杂率的不同,钙和磷会优先分布在玻璃网络中,从而影响微球的化学稳定性和离子释放行为 。另一方面,铜具有良好的抗菌性能和促血管生成能力。在生理环境中,掺铜生物活性玻璃微球可以缓慢释放铜离子,这些铜离子能够杀死细菌,减少感染的风险,同时刺激周围血管的生成,为骨组织的修复提供良好的营养供应和代谢环境.

微球性能与治疗应用的关系:所制得的掺铜三元生物活性玻璃微球具有轮廓分明、聚集性差的特点,呈球形且直径为几微米,具有较大的比表面积,有利于与周围组织和细胞的接触和相互作用。在模拟体液中,微球能够释放出硅、钙、磷、铜等生物活性离子,这些离子可以促进磷灰石纳米晶层的形成,模拟天然骨的矿化过程,从而提高微球的生物活性和骨整合能力。此外,铜离子的释放还可以在短期内提供抗菌作用,长期来看则有助于调节细胞行为,促进骨细胞的增殖和分化,为骨替代等治疗应用提供了良好的基础.


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