生物玻璃具有良好的生物相容性,没有毒副作用。它们可以和周围的骨骼形成紧密牢固的化学键合,或经生物降解形成新的骨骼成分。生物玻璃材料的研究与临床应用已成为材料学、医学以及生物化学等学科的热点。
物玻璃与骨键合的机理是:当生物玻璃被植入动物骨中时,在体液的作用下,Na+、Ca2+等活性大的离子首先溶出,体液中的H+或H3O-离子进入玻璃表面形成Si-OH-,然后由于Si-O-Si键破坏和硅醇(Si-OH-)在玻璃-溶液界面形成,Si(OH)4中的可溶性硅进入体液并通过凝聚和再聚合,在玻璃表面形成多孔的SiO2凝胶层,骨胶原纤维可长入此疏松层,随着玻璃体内Ca2+及PO43-离子向纤维周围扩散、沉积,逐渐钙化,生成磷灰石结晶层,最后通过磷灰石层实现生物玻璃与骨间的化学键性结合。
通过磷灰石层与骨结合,是生物活性材料的本质,非生物活性陶瓷均不能形成表面磷灰石层。将生物玻璃浸入体液中,经 X射线和红外光谱分析其表面层的结构是具有缺陷的含 CO32-的羟基磷灰石。这种磷灰石与生物骨的磷灰石更为相近,所以成骨细胞能优先在其表面增殖,使新生骨与材料直接相连。当骨内的磷灰石与材料表面磷灰石直接接触时,两者之间形成化学键,从而减少了生命材料与非生命材料之间的界面能,因此界面结合是很紧密的。
用透射电镜观察生物活性玻璃陶瓷与活骨界面,证实与活骨的连接是通过表面具有生物活性的骨样磷灰石而完成的。P2O5是磷灰石的基本成分,而玻璃中钙硅离子的溶出在表面磷灰石形成中起重要作用,磷灰石可与活骨形成紧密的化学结合,这是生物活性材料与活骨形成骨连接的关键。