硼硅酸盐生物活性玻璃降解时硼的功能研究及其骨组织支架制备

为解决硅酸盐生物活性玻璃不能完全生物降解，钙磷化合物缺乏骨诱导性，且与可降解高分子复合制备骨支架的强度较低的科学问题，本申请开发以B2O3为网络主体的，可以完全降解的，具有骨传导性和骨诱导性的生物活性硼硅酸盐玻璃。该玻璃在体外和体内呈现出优异的生物活性，良好的细胞相容性，完全的降解性。本研究分析玻璃降解时硼可能产生的毒性，通过调整玻璃中碱金属与碱土金属比例，降低降解速度，并能与骨组织生长速度相匹配，也降低了硼析出速度。通过对玻璃预处理，降低体内硼的毒性。最后，应用基因芯片和RT-PCR分析技术，在基因和分子生物学层次上研究玻璃支架的硼溶出对促进骨细胞的增殖和分化，刺激细胞特异反应的影响。本项目还开发工艺简单、易于规模化生产的纯相复形烧结技术和层叠泡沫离心浸渍技术，分别研制高气孔率、大孔径、高强度的硼玻璃支架，形成具有自主知识产权的新技术。为新一代生物玻璃，硼系玻璃的开发提供实践和理论基础。

本课题开发了以B2O3 为网络主体的，可以完全降解的，具有骨传导性和骨诱导性的生物活性硼酸盐或硼硅酸盐玻璃。在体外浸泡实验和体外细胞实验的结果表明，该生物活性硼硅酸盐玻璃能在生理模拟液中能转化成类似于人体骨组织中的无机矿物成份，羟基磷灰石，体现出体外的生物活性；只要设计好硼酸盐玻璃的组成，利用玻璃的双碱效应，就能控制玻璃中硼元素的析出速度，由玻璃瞬间析出过量硼引起的毒性可以控制，从而提高了生物相容性；在控制硼元素析出速度的同时，也就控制了硼硅酸盐玻璃的降解速度，并与骨组织生长速度相匹配。本课题又以此硼酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃为原料，分别采用有机泡沫模板法、玻璃纤维烧结法，制备了具有三维连通结构的玻璃支架，对玻璃支架进行了理化性能的测试和体外细胞相容性的检测，实验结果表明，这种硼酸盐或硼硅酸盐玻璃支架的机械强度高，与松质骨相当，而且具备了与母体玻璃相同的性质，能控制降解速度，且能完全降解，能转化为羟基磷灰石。在细胞培养液中，硼的溶出能促进骨细胞的增殖和分化，刺激细胞的特异反应，具有骨传导性和骨诱导性。在本课题中，还开发了应用快速成型法，采用计算机三维打印技术制备了高强度有规则孔结构的硼酸盐或硼硅酸盐玻璃支架，并制备了双组成的核壳结构的玻璃支架，充分地发挥了各种玻璃的生物性能，有望在临床上得到的应用。