由Hench教授在1971年研製出的一種Na-Ca-Si系玻璃，該種玻璃植入人體後，能與生物環境發生一系列特殊的表面反應，使材料與自然組織形成牢固的化學鍵結合而具有生物活性。一般Bioglass代指組成為45S5的生物活性玻璃。
45S5生物活性玻璃的組成：Na2O24.5wt%，CaO 24.5wt%，P2O5 6.0wt%，SiO2 45wt%。45S是指45%質量分數的SiO2，5表示Ca和P的摩爾比為5:1。
基本介紹
- 中文名：45S5生物活性玻璃
- 製造者：Hench教授
- 含義：一種Na-Ca-Si系玻璃
- 研製時間 ：1971年
玻璃簡介,結合機理,表面反應,分化機理,
玻璃簡介
製備思路：他們在普通的Na2O-CaO-SiO2玻璃系統中加入6wt%的P2O5，使得材料在元素成分上與自然人體骨骼有所接近，這種材料不僅對人體無害，而且由於P2O5的加入，增加了生物活性。他們把這種材料叫做“生物玻璃”（Bioglass），從而揭開了玻璃和玻璃陶瓷材料作為生物體材料的序幕。
45S5生物活性玻璃
優點：對人體無害，與骨組織親和性也好，而且還能夠與周圍的骨骼組織牢固的結合在一起。
套用情況：它的一些產品如牙科所用的ERMI和PerioGLAS粉、中耳骨、骨骼損傷修補等已進入市場或在臨床套用中。
缺點：力學性能不夠理想。不能直接套用於人體的承受載荷的部位，而主要用於骨填充材料和生物塗層。
結合機理
45S5生物活性玻璃
Na2O-CaO-SiO2-P2O5系統內有些組分的玻璃(如商品名為45S5 的玻璃)植入生物體內後能夠與自然骨牢固地結合在一起，在體液環境中，從其表面溶出Na，玻璃表面就生成富SiO2凝膠層。生物玻璃溶解形成表面帶負電荷的Si－OH，與不同種類的蛋白質通過氫鍵和離子胺鍵(－Si－O－ H3N +－)結合形成高密度的蛋白吸附，矽溶膠層和在其表面形成的碳酸羥基磷灰石(Ca10(PO4,CO3)6(OH)2，hydroxyl-carbonate-apatite，HCA)層具有高表面積，適合吸附大量的生物分子，從而促進細胞外回響。相比於帶較低負電荷量的矽溶膠層，HCA 層表面能吸附更多的生物分子。
表面反應
Hench在對生物玻璃的大量溶液實驗積累了大量數據後，總結出生物玻璃在人體溶液中發生五步表面反應。
(A)玻璃中Na+和K+離子等與溶液中H以及H3O迅速交換，Si-O-Na+H+OH-→Si-OH++ Na+ OH
(B)Si-O-Si鍵被溶解打斷，在界面處形成許多Si-OH；
(C)Si-OH的聚合反應在玻璃表面形成一富SiO2的、多孔膠體層
Si-OH+OH-Si→Si-O-Si+H2O
(D)Ca和PO4或來源於玻璃體內或來源於溶液中，在富SiO2膠體層上聚集形成CaO-P2O5無定形相層；
(E)隨著OH和CO3從溶液中引進，CaO-P2O5無定形相層將轉變成含碳的羥基磷灰石（HCA）多晶體。
分化機理
兩種機制協同作用的結果
(A)一方面生物玻璃溶解導致局部矽離子濃度升高，從而促進成骨細胞新陳代謝的細胞內部回響；
(B)另一方面，各種纖維，隨著Ca及P從玻璃中溶出，並在骨膠原纖維周圍以羥基磷灰石晶體的形態析 出，生物活性玻璃與活骨二者就能自然地結合在一起了。
