硅在生物材料领域的应用增加材料生物活性不影(4)

Low等[53]的研究表明，在大鼠眼结膜下植入多孔硅8周后，材料周围出现一层薄的纤维包膜，没有周围组织侵蚀、炎症反应和新生血管形成。Park等[54]也证明多孔硅静脉注射入小鼠后的体内相容性良好：肝脏、肾脏和脾脏内可发现多孔硅颗粒，组织形态正常。注射后1天，在肝脏可发现巨噬细胞，表明小颗粒可被内吞和自然降解，4周后，所有组织都是正常的。

Henstock等[16]采用聚己内酯作为多孔硅微粒的生物可降解载体，发现与含有同样质量45S5生物玻璃的复合材料相比，含有多孔硅的复合材料产生的生物可利用硅酸超过两倍。浸入模拟体液中时，在聚己内酯中加入多孔硅显著增加磷酸钙的沉积。有趣的是，形成的磷灰石钙/磷比例和硅酸浓度成正比，说明含硅羟基磷灰石作为一级反应自发形成。人原代成骨细胞在聚己内酯-多孔硅复合材料表面培养14 d后的碱性磷酸酶活性最高，4周后，成骨细胞增殖及胶原产物与多孔硅含量具有比例关闲∈缶奘上赴敫春喜牧瞎才嘌峁砻鞫嗫坠璨灰鹈庖叻从Γ踔量赡芤种泼庖叻从ΑＲ虼耍嗫坠栌锌赡艹晌强谱橹こ塘煊蚓哂卸捞匦灾实男乱淮锊牧稀?2.7 含硅羟基磷灰石羟基磷灰石作为体内的骨填充物已得到广泛应用，羟基磷灰石涂层也被涂覆在各种金属关节假体表面以提高骨整合，虽然关于这些涂层效果的临床数据并不确定[55]。体内自发形成的含硅和含碳酸盐羟基磷灰石是生物活性玻璃骨结合能力的一个重要因素，已经有研究者直接将硅掺入到合成羟基磷灰石中，以增强其骨结合性能，生物玻璃溶解产物可重新形成一种矿物质。Bonfield等[56]采用不同的方法如煅烧或磁控共溅射[57]，可以在金属(如钛)表面制备单相或薄的含硅羟基磷灰石涂层。

与纯羟基磷灰石相比，这些表面涂层已被证明可显著提高体内的骨整合，这通常是由于这些涂层的更无定形或纳米晶性质，与自然骨矿物质更相似[58]。在模拟体液中，这些涂层表面可形成一层被认为是骨结合必需的含碳酸盐层[59]。在这些涂层材料中，含硅羟基磷灰石可能是研究得最多的，比较符合这些假体生产过程的高温要求。

研究发现，在体外，羟基磷灰石中添加0.8%的硅可增加材料表面的成骨细胞活性，加入2.2%的硅后，成骨细胞活性达到峰值[60]。含硅羟基磷灰石对成骨细胞的影响包括分化加快、碱性磷酸酶表达增加[61]，有研究者辩论认为这些影响更多是由于纳米形态引起的物理作用，而不是生物玻璃中发现的复杂的分子反应，因为含硅羟基磷灰石释放到溶液中的硅含量相对较低[55]。

和生物玻璃溶解形成含硅羟基磷灰石一样，提高的生物活性似乎主要来自于羟基磷灰石晶体结构的变化，此时晶胞形态学改变以形成更长、更薄的晶体[56]。很多文献中对变小的含硅羟基磷灰石晶粒大小和溶解度进行了研究[61]。然而，含碳酸盐羟基磷灰石的晶粒大小和溶解度大于含硅羟基磷灰石，但生物活性却低得多[60]。Porter等[62]的研究进一步表明，提高的羟基磷灰石溶解度(始于晶界)对于有效增加羟基磷灰石改建速率从而使其具有生物活性是重要的。

尽管对于含硅羟基磷灰石的生物活性存在不同意见，这些材料在体内的应用研究已取得成功。与未改性羟基磷灰石相比，含硅羟基磷灰石植入绵羊的股骨髁6周后，可导致有序的胶原纤维在材料表面附着速率增加[62]。

2.8 成功应用于临床的含硅生物材料作为生物材料获得最广泛临床应用的硅化合物无疑是硅酮聚合物[19]，几十年来一直被用作导管、引流管、分流器、小关节植入物和整形植入物。有文献认为硅胶乳房假体可引起自身免疫性疾病[63]，硅基聚合物潜在的生物降解产物正受到密切关注[64]。

硅基陶瓷如碳化硅也在临床被用作血管支架表面的抗凝血涂层[65]。最近，氮化硅被FDA批准用于脊柱融合[66]和髋关节假体[67]。然而，在所有这些情况下，生物材料被设计为相对生物惰性，但有着极佳的生物耐用性。文章讨论重点为具有生物活性和/或生物可降解的硅基生物材料，有趣的是，硅在生物材料中有各种显著不同的用途，从其惰性和耐用，到其无定形和不稳定，这些取决于元素的化学形态和所使用的制造过程。

3 讨论 Discussion

尽管缺乏详细的生物分子间相互作用的信息，大量研究数据可以说明硅、硅酸盐和可吸收玻璃/陶瓷的一些生物功能。研究表明，高浓度聚合硅酸和硅胶主要通过结合血清蛋白、增加细胞对血清蛋白的可利用度在材料表面和细胞外基质起作用。这些大分子量硅酸盐的形态和表面化学性质也有利于细胞附着、生长和矿化成核。原硅酸似乎具有更复杂的分子间相互作用能力：作为离子溶液，竞争生物分子复合物中的金属离子，改变细胞、血清和组织液内这些分子的功能，可溶性硅也可以直接与生物分子如抗坏血酸相互作用。

文章来源：《硅酸盐学报》 网址: http://www.gsyxbzz.cn/qikandaodu/2021/0225/449.html