生物活性玻璃

2024-08-11

生物活性玻璃（精选八篇）

生物活性玻璃篇1

目前,国内外对骨缺损修复材料的研究报道有很多,相关的专利有一些,但还没有国家标准和行业标准,国内也没有企业批量生产的此类产品。现有的研究成果表明,用于骨缺损修复的支架材料主要包括有机高分子生物材料和无机生物材料。其中,高分子材料具有良好的可降解吸收性,但存在一些不足:表面亲水性差、生物相容性和机械强度尚待改进,体内降解过程中易造成局部酸性产物的蓄积。在无机材料中,钙磷陶瓷和生物活性玻璃是目前广泛应用的材料,虽然此类生物材料具有良好的生物相容性和生物活性,但由于其成分中含有较多的Si O2,在人体组织液中均不能完全降解,最终将作为异物残留在生物体内。因此该类生物玻璃的降解性能已成为限制其发展的瓶颈。

1 本研制技术的特点

我们吸收了芬兰的先进技术,通过高温熔融法研制出一种可降解的生物活性玻璃,研究显示此生物活性玻璃不仅表现出良好的生物相容性和生物活性,且在体外生理模拟液或相应的含磷溶液中,能逐渐被溶解,即具有完全生物降解性能,其降解速率可由生物活性玻璃的成分来控制。实验结果表明,这种生物活性玻璃的降解产物为碳酸羟基磷灰石,接近于人体骨的无机矿物成分。该可降解的生物活性玻璃在骨组织工程中的作用是提供为组织再生的支架,其活性将引导骨组织不断生长,同时材料本身不断降解,最终在原支架区域内再生出完全有生命的骨组织,实现骨缺损部位的永久修复。而该材料的降解物对细胞无毒害作用,不会引起炎症。

本研制技术的特点是:可将颗粒状的材料熔化后,塑造成不同形状,也可直接采用颗粒与自体血混合成膏状物进行填充,实现骨缺损部位的永久修复;而且本生物活性玻璃能够反复热处理而不结晶,仍具有很好的生物活性。

2 制作工艺

本技术研制的生物活性玻璃,采用了国内市场可采购的原材料以替代进口原材料,使我们的产品不依赖进口原材料,同时降低了成本。由于国内的原材料和进口原材料有区别,以及原材料本身的纯度不同,使得具体的制作工艺参数有较大的变化,在国内外技术的基础上,我们不仅要重新探索新的工艺,还要对具体的制作设备提出相应的要求。具体的工艺过程如下:

(1)将二氧化硅、磷酸氢钙、碳酸钙以及碳酸钠按一定比例进行混合;

(2)将所得混合物加热到1250~1650oC并在常压保温3~7小时;

(3)冷却到室温,保持12小时以上以得到固态玻璃;

(4)将所得的固态玻璃粉碎成块;

(5)再次加热到1250~1650oC,并在常压保温3~7小时以得到软化的生物活性玻璃组合物;

(6)将所得的生物活性玻璃组合物模塑成所需的形状并冷却到室温。

(7)如果需要颗粒状的生物活性玻璃,只需将块状通过专用粉碎机粉碎,再用球磨机研磨。所得到的颗粒用筛分仪筛分,得到所需的颗粒状生物活性玻璃。

整个的研制过程,我们发现要研制出合格的产品,主要有三个因素:株材料的配比、加热温度的时间,针对这三个要素,我们制定了试制的方案,最终得以了合格的产品。

3 生物性能

本技术研制的生物活性玻璃由二氧化硅、氧化钠、氧化钙以及五氧化二磷组成,其中二氧化硅约占50%。该类玻璃不仅具有良好的生物相容性和生物活性,还具有完全生物降解特性,且其降解速率可由生物活性玻璃的成分加以控制。

根据国家标准GB/T16886.1-2011《医疗器械生物学评价第1部分:风险管理过程中的评价与试验》,对生物活性玻璃进行生物相容性试验,如无菌和无热源、细胞毒性、致敏、皮肤刺激、全身毒性(急性)、亚慢性毒性(亚急性毒性)、遗传毒性与植入反应等。

4 降解和活性检测

通常,生物活性玻璃的降解和活性评价方法是将材料置于37oC的生理模拟体液(SBF)中,浸泡0、6、27、48、73、124、171、248和336h,通过紫外-可见比色分析法(UV-VIS colorimetric analysis_测量SBF中磷、钙的沉积量以及硅离子的释放量,来指示可降解性和活性。

本技术调配的生理模拟体液(SBF)主要由Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、HPO42、SO42组成,所研制的生物活性玻璃在该SBF中浸泡,测量到得磷、钙的沉积量以及硅离子的释放量,显示了良好的可降解性和活性。

5 临床的应用范围

通过高温熔融法所得到的生物活性玻璃,对其体外生物降解性和生物活性的研究显示,具有活性和完全降解的特性,且其降解产物为碳酸羟基磷灰石或含有可溶性硅胶的碳酸羟基磷灰石,接近于人体骨的无机矿物成分。可用于骨缺损的填充及修复,具有良好的促进骨愈合性能,它可以单独使用,也可与自体骨或异体骨混合使用。其适应症包括:各种骨折手术时的修复;骨囊肿、骨纤维结构不良的修复;各种骨无菌性坏死及骨肿瘤刮除后的骨缺损部位,关节置换术的骨量损失,包括假体周围骨材料的缺损、囊性变、假体下沉及无菌性松动、髋、股骨、胫骨处的骨缺损;脊柱固定与融合时的骨缺损,及骨延迟愈合及骨不连等的修复。

生物活性玻璃可以单独使用或与自体骨或异体骨混合使用。使用时用无菌生理盐水或自体血混合成膏状物进行填充,也可直接倒入骨缺损部位。为了取得更好的疗效,生物活性玻璃充填骨缺损时,应尽可能地与骨接触,当有血液或血管渗透到生物活性玻璃时,有利于加速骨的再生。

6 实用意义

一些生物活性分子的合成进展篇2

一些生物活性分子的合成进展

对一些生物活性分子的合成研究进展,如NAADH(nicotinamide adenine dinuc1eotide hydrogen)模型、类胡萝卜素相关分子、卟啉衍生物的合成研究作了简要的概述.

作者：王乃兴作者单位：中国科学院感光化学研究所,北京,100101刊名：有机化学 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY年，卷(期)：22(5)分类号：O62关键词：NADH模型分子类胡萝卜素卟啉衍生物

紫草生物活性成分及其应用进展篇3

紫草（Lithospermum Erythrorhizon）别名：山紫草、紫丹、紫芙、紫草茸、红石根等。为双子叶植物紫草科紫草属。主要包括：软紫草、紫草、黄花软紫草、新疆紫草。紫草喜凉爽、湿润的气候条件，怕涝，怕高温，以地势高、土层深厚、富含腐殖质、排水良好和渗水力强的中性或微酸性沙质壤土为宜，多生于荒山田野、路边及干燥多石山坡的灌丛中。我国紫草主要分布于新疆、甘肃及西藏西部、东北地区及河北、河南、山西、陕西、宁夏、青海、山东、江苏、安徽、江西、湖北、湖南、广西、四川、贵州等地；国外分布于日本、朝鲜。

紫草为多年生草本，高达90厘米。根直立，圆柱形，略弯曲，常分歧，外皮暗红紫色。茎直立，单一或上部分歧，全株被粗硬毛；叶互生，无柄。叶片长圆状披针形，长约6厘米，宽约1.3厘米，先端尖，基部楔形，全缘，两面被糙伏毛。聚伞花序总状，顶生；花两性；苞片叶状，两面具粗毛；花萼短筒状，5深裂，裂片狭渐尖；花冠白色，花冠管短，先端5裂，喉部具有5个鳞片状附肢，基部具有毛状物；雄蕊着生花冠筒中部稍上，花丝长约0.4毫米，花药长1～1.2毫米；花柱长2.2～2.5毫米，柱头头状。小坚果卵球形，乳白色或带淡黄褐色，长约3.5毫米，平滑，有光泽，腹面中线凹陷呈纵沟。花果期6～9月。

紫草中的化学成分及其药理作用

1.化学成分

紫草中含有多种化学成分，包括萘醌类、苯醌类、生物碱类、苯酚、酚酸类、三萜酸、甾醇类、黄酮类以及多糖类等物质，目前研究较多的是脂溶性很强的萘醌类化合物（基本结构如图1所示）和水溶性多糖。其中萘醌类是紫草抗癌的主要化学成分，两种分子量分别为27336、1152的多糖混合物是其抗人乳头瘤病毒的主要成分。

1.1 萘醌类化合物

紫草所含萘醌类化合物主要为去氧紫草素、β，β-二甲基丙烯酰紫草素、β-羟基异戊酰紫草素、乙酰紫草素、紫草素、去氢阿卡宁和β-羟基异戊酰阿卡宁等物质。紫草素萘醌类化合物分为两种光学异构体，一种为R型，命名为紫草素或紫草宁；一种为S型，命名为阿卡宁。

紫草萘醌类化合物5位与8位上酚羟基的氢可以分别与1位和4位上的氧形成分子内氢键。这种氢醌结构很不稳定，极易向外传递电子和质子。对于微生物而言，电子或质子的传递会影响微生物体内系列酶催化反应的正常进行，造成代谢紊乱而使微生物的生命力降低甚至失去活力。对于油脂而言，萘醌类化合物的电子和质子的传递可以终止油脂自由基链式反应而具抗氧化作用。因而紫草素的抑菌活性和抗氧化活性依赖于其对位醌结构。

1.2 紫草多糖

紫草多糖是一类非特异性免疫增强化合物，能提高机体的免疫功能，近年来的研究成果表明，紫草多糖具有抗病毒、调节免疫力、抗肿瘤、抗辐射及降血糖降血脂等功能。

2.药理作用

2.1 抑菌、抗病毒

紫草对多种细菌、真菌、病毒（疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒）均有抑制作用。宓伟等用KB纸片扩散法对紫草进行了体外抗菌作用研究，试验结果表明：100%紫草水浸出液滤纸片对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、伤寒杆菌、甲型链球菌、乙型链球菌均有明显抑菌作用。因此不经提纯，紫草可以直接应用于临床抗菌、抗病毒。通过趋化性实验、流式检测等实验证明，紫草素通过下调CCR5的表达，抑制HIV-1病毒的复制，从而有效地抑制艾滋病毒。

2.2 抗肿瘤

从紫草中提取的天然萘醌类化学成分具有定的抗肿瘤作用，紫草素和紫草多糖对癌细胞都具有良好的抑制作用。邵振俊等研究表明：紫草天然化学成分甲基丙烯酰紫草素在体内外的抗肿瘤作用较好，且呈明显的量效和时效关系。天然萘醌类化合物抗癌活性强于某些合成类抗癌药。但是，关于紫草未经提纯以原药材入药对癌症的治疗作用未见报道。黄河等研究表明，阿卡宁衍生物的抗癌活性比天然化合物更强，它们的抗癌活性强弱可能与半合成过程中引入基团的活性和亲核反应的位置相关。但是，目前对于紫草提取物的抗肿瘤研究处于体外或动物实验阶段，尚未有紫草提取物或天然紫草提取物的衍生物用于临床。

2.3抗炎、免疫调节

紫草对白三烯和5-羟色胺的合成有抑制作用，具抗组胺等炎症介质作用，利用紫草这药理作用用于防治支气管哮喘、荨麻疹等疾病。紫草素对急性期炎症和增生期肉芽肿均有抑制作用。紫草素通过抑制Thl细胞因子的表达发挥了抗炎症的作用。紫草还可增强巨噬细胞的吞噬功能及自然杀伤细胞活性，增加淋巴细胞的数量，对小鼠特异性及非特异性免疫均有增强作用。

2.4 其他

紫草还具有抗生育、降血糖、抗氧化、免疫调节、促进伤口愈合、消斑、促进角质异常恢复等作用，在临床上用于避孕，治疗糖尿病、肝脏脂质氧化性损伤、外伤、烧伤、烫伤、银屑病等。紫草素还可作为天然色素，应用于化妆品中。紫草的应用

1.临床应用研究

1.1 皮肤病

紫草具有消肿收敛，促进伤口愈合及抗皮肤真菌的功效，在治疗烧烫伤、褥疮、婴儿尿布皮炎等皮肤疾病方面取得定疗效。

赵众就复方紫草烫伤软膏治疗中小面积烧伤患者的效果报道中以120例烧伤患者为研究对象，随机分为对照组和观察组，各60例，对照组给予美宝烫伤膏，观察组给予以紫草200克，地榆200克，冰片10克为主要成分的复方紫草烫伤软膏，95%的观察组治愈率高于80%的对照组治愈率且观察组浅II度与深创II度创面愈合时间明显短于对照组。

孙蓉将其医院中的96例婴儿尿布皮炎患者均分成两组，分别对其采用氧气吹臀配合紫草油外涂护理与外涂炉甘石洗剂护理，观察到两组尿布皮炎的治疗有效率分别为97.9%和75.0%，从而得出氧气吹臀配合紫草油护理婴儿尿布皮炎效果良好。

紫草清热解毒凉血的功效在血热引起的皮肤病如玫瑰糠疹、扁平疣、银屑病、顽固性荨麻疹的治疗过程中疗效显著。景慧玲等人以紫草为主药辅以多种清热凉血草药煎成的紫草汤在治疗寻常型银屑病42例的结果显示，治疗3个疗程后痊愈20例，显效8例，有效8例，无效6例，总有效率85.71%.紫草汤治疗寻常型银屑病临床效果确切，可以明显减少皮损面积，减轻皮肤瘙痒，减少鳞屑厚度。

1.2 妇科疾病

复方紫草油清热燥湿、活血化瘀，对宫颈糜烂湿热下注症有着确切的疗效，李伟莉、陈丽娟将120例宫颈糜烂湿热下注症患者随机分为治疗组（复方紫草油：生大黄、紫草、黄柏、冰片、麻油）、对照组（治糜灵栓：黄柏、苦参、枯矾、冰片）各60例，观察局部治疗前后临床疗效及宫颈糜烂面积的变化。观察到治疗组总有效率93.33%、对照组88.34%；治疗组治疗后白带及阴道清洁度积分与治疗前比较差异有显著性；轻度糜烂治疗组疗效优于对照组；两组第2疗程总有效率高于第1疗程。得出复方紫草油治疗宫颈糜烂湿热下注症疗效确切，治疗轻度宫颈糜烂疗效显著，可有效改善白带异常和阴道清洁度，适当增加疗程可提高疗效的结论。

米非司酮配伍米索前列醇进行42天内早孕药物流产已广泛应用于临床，成功率高，但完全流产率相对较低，出血时间较长。若采用米非司酮配伍米索前列醇加用紫草药物的效果较未加用紫草者完全流产率提高，出血时间明显缩短，未见不良反应，值得临床推广

其他妇科疾病，如二仙紫草汤治疗女性更年期潮热，治疗妊娠高血压综合征、围绝经期子宫肿瘤、阴道炎等。

1.3 血液病

唐由君等将紫草用于血液病的治疗，由于紫草具有活血凉血、疗肿胀满痛的功效，现代药理研究表明具有抗炎作用，用于血友病时可以缓解急性关节炎期的无菌性炎症。除此之外还用于原发性血小板板增多症、急性白血病缓解症状的治疗。

2.化妆品应用

*消炎止痒：含有抗致病皮肤真菌和细菌的生物活性天然物质，能防治多种皮肤病。

*抗晒作用：对紫外线的吸收波长极大值为280nm左右，能防止紫外线对皮肤的损伤。

*祛痘修复：紫草主要功能为凉血，活血化瘀，解毒透疹，因此能加速痘印和疤痕的新陈代谢，具有显著的祛痘、祛痘印和消炎的效果，同仁堂紫草祛痘修复面膜、优理氏紫草净痘消痕霜、小蜜蜂万用紫草膏、韩律紫云膏等中都添加有紫草提取物。

3.天然色素应用

紫草红色素是世界上天然植物红色素中最好的种，被联合国食品添加剂法典委员会列入食品、化妆品、药品添加剂指定范畴。用于果汁（味）饮料类、雪糕、冰棍、果酒、油脂类、干酷、香料、辣味肉禽类罐头等的着色，为紫色至红色着色剂，还可用于化妆品、医药包膜、胶囊、洗涤剂的着色。中国《食品添加剂使用卫生标准》（GB 2760-1996）规定：可用于果汁（味）饮料类、雪糕、冰棍、果酒，最大使用量为0.1克/千克。

紫草色素的主要成分为紫草醌，不溶于水，但能溶于有机溶剂，结构见图2。

性质：紫褐色或紫红色针状晶体或黏稠状浸膏，脂溶性，色价高；色调随pH值而变化，在碱性溶液中呈蓝色，在酸性溶液中呈红色，耐热性好，耐盐性、染色力中等，耐金属盐较差；在油脂中呈鲜红色，有定的抗菌作用。

用无水乙醇提取紫草色素，并对其稳定性以及在羊毛上的染色性能进行研究分析。实验结果表明：紫草色素具有良好的热稳定性及耐弱酸稳定性；较高的染色温度、弱酸性条件有利于紫草色素在羊毛纤维上获得较高的得色率；媒染剂的加入使织物呈现不同的颜色特征值，具有氧化性或还原性的媒染剂如Cr2+、Sn2+、Fe2+会破坏紫草色素的结构，使织物的色光发生变化。紫草植物细胞工程研究

如前所述，紫草具有较高的药用价值，大量地采挖野生紫草，已经严重威胁到产地的生态环境。为了满足增加的需求，研究人员早已意识到要运用植物细胞工程技术解决紫草资源短缺的问题。

1.紫草愈伤组织的诱导

1974年，研究人员就成功地从硬紫草诱导出愈伤组织。这项工作拉开了利用植物细胞工程生产紫草素的序幕。我国药用紫草的研究工作从20世纪80年代中期才开始，樊红霞、朱汝幸分别诱导获得了滇紫草的愈伤组织，并发现其紫草素含量比其根部高。李国凤等诱导得到了有效成分含量最高的新疆紫草愈伤组织。

2.影响新疆紫草细胞生长及紫草素合成的理化因子

2.1 物理因子

方德秋等研究表明紫草悬浮培养时，pH值5.6，细胞增重最大，且培养体系具有自我调节功能；固体培养时，没有自我调节功能，pH值不应小于5.8。

2.2 化学因子

采用两步培养法，改良LS培养基用于细胞生长，M9培养基用于产生色素。

（1）激素：2，4-D抑制细胞生长，对IAA和KT的作用尚有争论。

（2）碳源：蔗糖浓度为5时愈伤组织产量和紫草素含量最高。

（3）氮源：蛋白胨、水解乳蛋白、玉米粉对愈伤组织生长影响不显著，酵母提取液抑制生长，马铃薯提取液促进细胞生长。

（4）其他：刘长军等研究了多种真菌诱导子对生长和紫草色素合成促进作用的影响，其中黑曲霉诱导因子作用效果最好。傅旭庆发现米根霉诱导因子能够显著提高紫草色素的含量，并可加快胞内色素分泌到培养液中的速率和数量，同时加入正十六烷对米根霉的诱导有协同作用。

3.紫草细胞的悬浮培养和固定化培养

3.1 悬浮培养

Fujita等最早提出用两步法进行紫草细胞的悬浮培养。宁文等进行试验研究表明细胞生长曲线呈扁平的S形，细胞停止生长后，紫草宁及其衍生物大量形成，二者的动态变化呈负相关。

3.2 同步提取

使用某些有机溶剂在培养过程中同步萃取紫草素，既简化了次生代谢物的分离提纯工作，又降低了产物的反馈抑制。薛莲、袁丽红等报道Tween20、维生素C、L-苯丙氨酸和正十六烷对紫草素产率均有提高，其中正十六烷效率最好，提高了5.8倍。

3.3 紫草细胞的反应器大规模培养

董教望等在10升的搅拌式反应器中培养新疆紫草，总色素含量达到干重的14.26，紫草素衍生物的产率为1.93克/升。陈士云等用5升外循环气升式反应器培养新疆紫草细胞，在25天的培养周期中，细胞干重增加了7.3倍。中国科学院化冶所研制成功了“气升内循环半错流式”新型植物细胞生物反应器，并实现了新疆紫草细胞100升规模的反应器培养。反应器大规模培养是紫草走向工业化生产的重要一步。

3.4 固定化培养技术

目前，固定化培养已成为利用植物细胞培养生产次生物质研究的个重要方向。吕华等把硬紫草细胞包埋在海藻酸钙中固定化培养，30天后，色素外泌达70，而悬浮细胞仅有30。如同时使用正十六烷进行萃取，色素外泌可达95。研究表明固定化培养过程中，以45天更换一次培养基，则180天后，细胞仍有产生色素的能力。

3.5 紫草的种苗快繁

使用生物工程的手段，直接生产无菌苗，然后在产区进行种植，该法成本小，见效快，是中药现代化最直接的体现。以上所述两种途径常常是同时进行、相辅相成的。结论与展望

生物活性玻璃篇4

众所周知,渗透压是生物细胞内外水平衡的重要因素,细菌必须将细胞膜内的离子浓度和渗透压保持在一定范围内才能正常生长,在过高渗透压液体中不能保持其细菌结构的完整性。本文将渗透压作为影响抗菌的因素之一进行讨论,对提高生物活性玻璃的抗菌效果和临床应用将具有重要的意义。

1、渗透压对细菌影响的研究进展

文献中通过改变培养基中Nacl含量控制渗透压,检测出渗透压和菌株的生长状况成负相关。边藏丽报道,培养基诱导细菌L型形成与与培养基中的渗透压有关,相同成分的培养基中,提高渗透压,有可能诱导出细菌L型。渗透压还能改变细菌的DAN双螺旋,控制细菌致病力信号表达的基因。

以上论述说明,细菌的生长和渗透压有很大相关。因此在生物活性玻璃抗菌机制中,渗透压是很有研究价值的因素之一。

2、渗透压对生物活性玻璃抗菌作用的影响

实验验证,生物活性玻璃粉体浸入液体中会发生溶解,释放出钠、钙等离子,使溶液的离子浓度升高。根据渗透压计算公式:∏=RTC,离子浓度的升高导致渗透压的升高。在溶液中,当渗透压过高时,细菌外界溶液的溶液浓度升高,即水分含量较胞内较低,根据水势的原理,水就会从细胞内透过细胞膜、细胞质进入胞外溶液中,引起细胞脱水性死亡。因此有观点认为,液体环境中的离子浓度和渗透压的升高,可能是生物活性玻璃抑菌的一种重要机制。

然而,文献记载的细菌的生存能力很强,大肠杆菌在甚至在离子浓度高于正常生理浓度10倍的液体环境中仍能存活。另外,Allan在实验中将未处理过的生物活性玻璃和加入相同浓度35UI 1M的HCL和Nacl的生物活性玻璃的杀菌率作对照,实验结果显示未处理过的(91.1%)和加入Nacl(91.7%)的生物活性玻璃的杀菌率均大于加入HCL的(31.5%),此结果一方面反应了PH值的抑菌因素外,也说明加入HC1,离子总浓度增加,渗透压相应升高,但其抑菌率反而下降,对高渗透压作为生物活性玻璃抗菌因素之一的猜测提出了实验性的质疑。

3、总结

综上所述,渗透压作为生物活性玻璃的抗菌因素的机制尚未系统验证,实验设计应在排除其他抗菌因素的基础上,通过渗透压的改变来确定是否为生物活性玻璃抗菌的因素。

参考文献

[1]Al RKA.Bone graft substitutes:a comparative qualitative histologic review of current osteoconductive grafting materials.Int J Oral Maxillofac Implants.2001.16(1):105-14.

[2]Stoor P,Soderling E,SalonenJI.Antibacterial effects of a bioactive glass paste on oral microorganisms.Acta Odontol Scand.1998.56(3):161-5.

[3]陈君,吕扬勇,李智涛.OtsAB途径对谷氨酸棒杆菌ATCC 13032胞内海藻糖含量及细胞耐受性的影响.河南工业大学学报(自然科学版).2009.30(6):64-70.

[4]边藏丽,沈定树.高渗透压培养基对细菌L型的诱导研究.中国民政医学杂志.2000.(02):16-18.

[5]Munukka E,Lepparanta O,Korkeamaki M,et al.Bactericidal effects of bioactive glasses on clinically important aerobic bacteria.J Mater Sci Mater Med.2008,19(1):27-32.

生物活性玻璃篇5

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组22 例 (26足) , 男性19 例, 女性3 例;年龄25~60 岁, 平均42.5 岁。左侧6 例, 右侧12 例, 双侧4 例。伤因:坠落伤17 例, 交通伤5 例。合并脑外伤、腹部外伤1 例, 腰椎骨折4 例, 同侧股骨转子间骨折3 例, 同侧踝部骨折1 例, 同侧胫骨平台骨折1 例, 同侧Colles骨折1 例。全部患者术前常规行X线和CT检查, 骨折按Sanders分型[3]分类:Ⅱ型3足, Ⅲ型18足, Ⅳ型5足。

1.2 治疗方法

患者均在伤后3~14 d内择期手术, 连续硬膜外麻醉后, 取侧卧位, 患侧在上。手术采用跟骨外侧“L”型切口, 采用无牵拉技术敞开暴露, 即用3枚克氏针分别插入腓骨远端, 距骨和骰骨, 将其弯曲牵开切口皮瓣, 暴露骨折端和距下关节。术中保护腓肠神经, 分别用斯氏针、骨膜剥离子撬拨复位距下关节面、B ¨ohler角、Gissane角、跟骨的长度、高度和宽度。关节复位后行生物活性玻璃填充被压缩的空隙, 填充满意后, 再用重建钢板塑形后置于跟骨外侧牢固固定。

1.3 术后处理

术后均抬高患肢, 常规预防性应用抗生素静脉滴注2~3 d, 术后24 h即开始足趾的被动运动, 48 h开始足趾和踝关节的主动运动。术后复查X线片, 根据骨折愈合情况决定半负重和完全负重行走的时间。

2 结果

所有患者术后均接受X线摄片检查, 术后伤足跟骨的B ¨ohler角、Gissane角、长度、高度和宽度均基本恢复。本组22 例获得6~18个月 (平均12个月) 的随访, 功能恢复采用Maryland[3]足部评分标准评定, 包括疼痛、功能两个方面, 功能评定包括步态、稳定性、是否需要扶拐、跛行、穿鞋、上楼梯、对不平路面的适应、外观、关节功能。该标准总分为100分, 其中优为90~100分, 良为75~89分, 可为50~74分, 差为50分以下。本组:优15足, 良8足, 可3足, 优良率为88.5%。并发症:1 例发生皮肤切口部分坏死, 2 例发生切口渗液, 均在换药后愈合。

3 讨论

跟骨是人体中最大的跗骨, 在人体负重和行走中起重要作用。跟骨是内外侧纵弓的共同后壁, 其上部具有前、中、后三个关节面, 与距骨构成距下关节, 维持距下关节运动和力学的稳定, 其中后关节面的面积最大, 承受大部分体重。跟骨的正常形态既是维持足弓形态及其稳定的重要条件, 又是保证跨踝关节的小腿肌肉正常发挥作用的基础。跟骨骨折多由高处坠落, 足跟着地压缩所致, 骨折多为粉碎性, 坠落高度大于3.4m者容易引起并发症[4]。跟骨骨折后的跟骨长度缩短, 宽度增加, 高度下降, 距下关节不平整, B ¨ohler角减小、消失或反角, Gissane角缩小或增大, 导致足弓塌陷, 影响足的力学强度, 且可形成创伤性扁平足。跟骨上部的三个关节面之间正常关系的丧失、关节面的不平整和移位必将引起距下关节受力和运动的改变, 终将引起创伤性关节炎。因此, 解剖复位、恢复跟骨正常形态、重建距下关节是治疗跟骨骨折的关键[5]。

跟骨主要由松质骨构成, 仅在后关节面前下方及其跟骨结节后下方的骨皮质稍厚, 约1~2 mm, 其他部位骨皮质极薄[6]。受伤时易发生压缩性骨折, 导致关节面台阶样移位。手术恢复距下关节面、B ¨ohler角、Gissane角及其长度、宽度和高度后, 跟骨骨折处往往出现大小不一且不规则的空腔, 若单纯行内固定, 关节面的解剖复位和稳定往往难以维持, 载荷后极易导致再塌陷。因此, 对这类骨折目前主张术中用移植骨填充植骨, 以防止再塌陷[7]。常用填充材料主要有自体骨、冻干骨和人工骨等。自体骨效果最好, 但是自体骨的使用常因取骨量有限、取骨区骨折和疼痛以及增加了手术时间和出血量等而受到限制;冻干骨存在免疫排斥反应、伤口发生渗液和继发感染的危险;人工骨自20世纪90年代以来发展很快, 价格合理, 使用方便, 现已成为主要的骨移植替代材料。

Franz-Xaver Dr med等[8]指出理想的骨移植替代材料必须具备:a) 良好的生物相容性;b) 能迅速与周围骨结合, 促进成骨活性;c) 具有可吸收性, 被周围正常骨取代。本组使用的生物活性玻璃是一种生物活性玻璃 (45S5 Bioglass) , 由美国弗罗里达大学Hench教授于90年代中期研制, 美国生物材料公司开发的一种新型人工合成材料, 该材料的骨修复作用部分系由其生物活性成份:45%SiO2、24.5%CaO、24.5%NaO和6%P2O5等起作用。生物活性玻璃作为骨移植替代材料, 完全符合以上标准, 其作为骨移植替代材料, 具有以下显著优点:a) 具有骨诱导, 加快骨折愈合作用。当生物活性玻璃被植入缺损部位后, 其表面迅速与组织液发生反应, 在其表面很快形成硅胶层和羟基碳磷灰石层, 易于吸附组织液中与人体本身修复有关的生物成分, 如纤维蛋白、胶原纤维、BMP等。其中BMP能诱导未分化间充质细胞分化为成骨细胞, 同时生物活性玻璃表面产生Si, Ca, P, Na离子, 其中可溶性Si离子能刺激成骨细胞繁殖, 激活干细胞产生TGF-β, 后者又可激发成骨细胞分化, 生长以及对基因的调控, 从而加速生物活性玻璃颗粒周围骨组织的增殖, 约6~12 d基质矿化, 使成骨细胞转变为成熟的骨细胞[9]。郝思春[10]应用生物活性玻璃植入骨缺损处, 短时间内可产生大量骨痂, 缩短骨折愈合时间。在Oonishi实验中生物活性玻璃植入2周后即出现新骨形成, 3~6周后新骨大量增殖, 稠密的骨小梁已完全包绕生物活性玻璃颗粒表面, 12周后多数生物活性玻璃被吸收并在颗粒间形成骨桥连接[11]。本组治疗患者2周后即有骨痂形成, 4周后产生较多骨痂, 8周后有大量骨痂。b) 具有良好的生物相容性及其降解性, 最终能完全被自体新生骨组织取代。本组使用生物活性玻璃治疗的病人, 在随访期间内, 无一例出现与生物活性玻璃相关的局部和全身并发症。c) 具有骨传导作用。本组使用的生物活性玻璃孔径在90~310 μm范围内, 有利于毛细血管和成骨细胞的长入及其骨组织的形成, 为宿主骨痂爬行替代提供了良好的内环境。d) 生物活性玻璃与宿主骨之间具有良好的界面稳定性。生物活性玻璃与骨的连接界面之间没有弹性系数失配, 它能在很短时间内迅速与骨组织结合, 并能与软组织迅速形成紧密连接, 使应力被传递到整个界面, 消除骨的应力保护。e) 具有黏附性和止血作用。由于跟骨主要由松质骨构成, 骨折缺损处往往渗血较多, 生物活性玻璃与少量血浆混合后具有良好的黏附性, 而且具有一定的止血作用。

由于以上优点我们认为, 使用生物活性玻璃植骨加重建钢板内固定治疗跟骨关节内骨折, 对加快骨折愈合, 防止跟骨塌陷, 预防创伤性关节炎有显著疗效, 是跟骨关节内骨折较理想的手术方法之一。

参考文献

[1]张炼, 陶继军, 郭克斌, 等.跟骨关节内骨折的内固定手术治疗[J].实用骨科杂志, 2007, 15 (4) :233-235.

[2]劳晨登, 赵劲民.跟骨关节内骨折手术治疗进展[J].广西医学, 2006, 28 (5) :711-714.

[3]Sanders R, Fortin P, Dipasquale T, et al.Operative treatment in120displaced intraarticular calcaneal fractures.Results using a prognostic computed to-mography scan classification[J].Clin Orthop Relat Res, 1993, 290 (1) :87-95.

[4]邹剑, 章啤, 张长青, 等.跟骨骨折切开复位内固定术后伤口并发症的临床分析[J].中华创伤骨科杂志, 2006, 8 (7) :647-649.

[5]俞光荣, 燕晓宇.跟骨骨折治疗方法的选择[J].中华骨科杂志, 2006, 26 (2) :134-141.

[6]梁军, 胡滨成.跟骨的形态结构特点及其临床意义[J].中国临床解剖学杂志, 2000, 18 (2) :118-120.

[7]甄相周, 王亮, 李付彬, 等.一期植骨手术内固定治疗跟骨关节内骨折[J].河南外科学杂志, 2006, 12 (6) :57.

[8]Franz-Xaver Huber, Joachim Hillmeier, Nicholas McArthur, et al.The Use of Nanocrystalline Hydrox-yapatite for the Reconstruction of Calcaneal Frac-tures:Preliminary Results[J].J Foot Ankle Res, 2006, 45 (5) :322-328.

[9]孙俊英.骨移植替代材料在加速骨折治疗中的应用[J].中华创伤骨科杂志, 2005, 7 (5) :466-451.

[10]郝思春, 孙俊英, 王禹基, 等.生物活性玻璃治疗胫骨骨折的疗效观察[J].江苏医药, 2004, 30 (2) :84-85.

生物活性玻璃篇6

关键词：血管内皮生长因子-165/血管生成素-1双基因,生物活性玻璃,骨材料,生物相容性,血管再生

由于创伤、感染、肿瘤等原因造成的各种类型骨缺损是临床上遇到的常见问题。研制出理想的骨修复材料一直是生物材料学和临床医学努力探索的一个方向。生物活性玻璃作为一种新型的人工骨材料,因其具有良好的成骨诱导活性而被广泛用于临床治疗和实验研究,但血管化能力差,限制其在骨缺损修复中的推广应用[1]。转基因工程技术的发展为解决这一难题提供新的思路和方法[2]。血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是体内促进血管新生的最重要因子,而VEGF-165在VEGF家族中活性最强,分布范围广,是体内发挥作用的主要形式。但VEGF诱导的新生血管结构不完整,渗漏性强,易形成水肿,不成熟,血管多数难以发挥正常功能[3]。血管生成素-1(Angiopoietin-1,ANG-1)能够完成血管的精细结构,促使血管成熟,有效防止炎症及VEGF所致的血管通透性增加,减少渗出水肿等副反应[4]。PETERS等[5]研究认为,联合应用VEGF与ANG-1具有协同作用,不但可以促进血管生成,而且会使新生血管结构更成熟稳定,功能更健全,促进缺血心肌、肢体的血管再形成。

本研究将VEGF-165与ANG-1双基因共转染的血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)种植于多孔生物活性玻璃内,以期制备一种具有诱导血管再生活性的骨组织工程材料,并通过细胞水平和动物水平综合评价其生物相容性。

1 材料与方法

1.1 实验试剂、材料及动物

4月龄新西兰大耳兔14只,体重3.0~3.5 kg,雌雄不限(4只用于分离提取血管内皮祖细胞,10只用于骨植入实验)。

胎牛血清、磷酸缓冲盐溶液、改良达尔伯克必需基本培养基(dulbecco's minimum essential medium,DMEM)(美国Gibco公司),胰酶(美国Gibco公司),青链双抗(北京Leagene公司),Trizol(美国Invitrogen公司),逆转录试剂盒(日本Ta Ka Ra公司),VEGF-165、ANG-1抗体(英国Abcam公司),CD31(美国RD Systems公司),噻唑蓝[3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2-H-tetrazolium bromide,MTT]试剂盒(上海碧云天生物技术研究所),Ad.VEGF-165和Ad.ANG-1腺病毒载体(北京诺赛公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 材料的制备及其结构特点

使用磷酸三乙酯(triethyl phosphate,TEP)作为P2O5的前驱体,正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)作为Si O2的前驱体,硝酸盐Ca(NO3)2·4H2O,Mg(NO3)2·6H2O作为碱金属和碱土金属氧化物的前驱体。TEOS和TEP在酸或碱的催化作用下在水溶液中进行水解形成溶胶,然后加入Ca(NO3)2·4H2O,Mg(NO3)2·6H2O等均匀混合,陈化后得到凝胶,经过干燥和煅烧后得到玻璃。最后切成5 mm厚度的片状,环氧乙烷消毒。扫描电子显微镜观察复合材料的表面微观结构。

1.2.2 血管内皮祖细胞的培养

本研究所采用的细胞为兔血管内皮祖细胞,其原代培养及鉴定参照相关文献[6,7],细胞密度>80%后进行传代,每3 d换液1次。分别于第3和5天在倒置显微镜下观察细胞形态及生长情况。

1.2.3 双基因腺病毒载体的构建及对兔EPCs的转染

构建腺病毒载体Ad.VEGF-165和Ad.ANG-1,取培养的第3代血管内皮祖细胞,胰酶消化后,以1×105个细胞/孔接种于6孔板,置于5%二氧化碳CO2浓度,37℃的细胞培养箱中。于对数生长期时,以感染复数为100进行体外转染EPCs。并将EPCs分为4组:VEGF-165及ANG-1双基因共转染组、VEGF-165单基因转染组、ANG-1单基因转染组、无转染EPCs组。通过Western blot检测、逆转录-聚合酶链反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)等方法检测VEGF-165及ANG-1蛋白在细胞内的表达和分泌。

1.2.4 MTT细胞毒性试验

将制备好的片状材料浸没于含10%胎牛血清、1%青链双抗的DMEM培养基中,固液比例为0.2 g/ml,37℃浸提48 h,浸提液经0.22μm过滤器过滤后置于4℃冰箱冷冻保存备用。将上述4组EPCs分别接种于25 mm2细胞培养瓶中,置于37℃、5%CO2细胞培养箱中。于对数生长期时,用2.5%胰蛋白酶消化1~2 min,轻轻吹打制成细胞悬液。按2 000细胞/孔的密度接种于96孔板上,置于37℃细胞培养箱中培养4 h后,待细胞贴壁后去除原先的培养基,各组分别加入上述预先制备好的材料培养基浸提液。于接种后的第1、3和5天分别取出各一块96孔板,每孔加入10μl MTT试剂,4 h后用酶标仪测波长570nm处的光密度。

1.2.5 扫描电镜

将VEGF-165/ANG-1双基因共转染的EPCs,在其对数生长期时,用2.5%胰蛋白酶消化,制成细胞悬液,接种于已制备好的多孔生物活性玻璃,并加入细胞培养基,37℃,5%CO2细胞培养箱中培养72 h。取出骨材料,2.5%戊二醛固定,酒精及叔丁醇梯度脱水,离子溅射喷金,于扫描电镜下观察材料表面细胞的形态变化和生长状况。

1.2.6 骨植入试验

取20只健康新西兰大耳白兔,随机分成实验组和对照组,每组10只。用10%水合氯醛(3 ml/kg)腹腔麻醉后,于右侧膝关节外侧备皮,碘伏消毒后,暴露股骨外侧髁,保护神经和血管。剥离骨膜后于外侧髁上以直径5 mm的钻头钻孔,钻入长度为10 mm。实验组植入转染双基因EPCs的复合材料,对照组植入无复合任何种子细胞的材料。然后逐层缝合切口。术后80万u青霉素抗感染3 d。各组分别于术后4和8周将5只兔子安乐死,取材做病理切片,苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色法观察新骨生长及材料周边的炎症情况。CD31免疫组织化学法染色观察材料中血管再生的情况。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析,计量资料以均数±标准差(±s)表示,各组间比较用方差分析,若方差齐则两两之间的多重比较用LSD-t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 多孔生物活性玻璃的表面微观结构

制得的Si O2-Ca O-Mg O-P2O5多孔生物活性玻璃孔隙率在70%左右,而且孔径大小为100~300μm,孔隙之间的连通性良好,具备种子细胞生长的良好条件。见图1。

2.2 细胞形态及生长状况

培养的第3天可见细胞基本贴壁并开始进入增殖分裂。第5天细胞数量明显增多,基本长满培养瓶,可见细胞增殖旺盛,生长状况良好。见图2。

2.3 Western blot检测

实验组与对照组比较,VEGF-165及ANG-1双基因共转染组血管内皮祖细胞中ANG-1、VEGF-165的表达量均高于对照组。见图3。

2.4 RT-PCR反应

各组血管内皮祖细胞中VEGF-165和ANG-1的表达量比较,经方差分析,差异有统计学意义(F=9.419和28.413,P=0.003和0.000)。VEGF-165及ANG-1双基因共转染组血管内皮祖细胞中VEGF-165和ANG-1的表达量与对照组比较,经t检验,差异有统计学意义(t=-1.260和-1.960,P=0.001和0.000),VEGF-165及ANG-1双基因共转染组血管内皮祖细胞中VEGF-165和ANG-1的表达量较对照组增高。见图4。

A:第3天;B:第5天

1:对照组;2:+Ad.VEGF-165;3:+Ad.ANG-1;4:+Ad.VEGF-165/Ad.ANG-1

2.5 MTT细胞毒性试验

细胞接种后第1、3和5天进行MTT检测,采用重复测量数据的方差分析结果:①不同时间点测得的光密度值比较差异有统计学意义(F=59.420,P=0.004),各组光密度值均随着时间的延长而升高;②不同组别间的光密度值比较,差异无统计学意义(F=9.358,P=0.098),表明各组细胞增殖能力一致。见附表和图5。

2.6 扫描电镜

扫描电镜可见血管内皮祖细胞黏附在材料表面,形态饱满,呈梭形,有较多的伪足伸出并相互连接融合。种植后第8与第4天扫描电镜结果比较,可见血管内皮祖细胞显著增多,表明细胞与复合材料的生物相容性良好。见图6。

2.7 骨植入试验

病理切片HE染色显示,实验组和对照组材料周围组织及交界部位生长状态良好,未见明显的炎症细胞浸润,材料外层已经开始降解;实验组有较多的新生骨质(见图7)。CD31免疫组织化学法染色显示,实验组材料中有较多新生的毛细血管(见图8)。

A:第4天;B:第8天

(±s)

A:术后4周对照组;B:术后4周实验组;C:术后8周对照组;D:术后8周实验组

3 讨论

由于创伤、感染、肿瘤等原因造成的各种类型骨缺损是临床上遇到的常见问题。目前自体骨移植仍然是治疗骨缺损的金标准[8]。但自体骨存在供骨量少,不能满足大面积植骨的需求,且供区易出现损伤、感染、疼痛等并发症[9]。因此,研制出理想的人工骨修复材料已成为临床医学和生物材料学努力探索的一项热门课题。单一成分的组织工程骨修复小段骨缺损时,其早期成骨及后期骨愈合效果良好,但在用于修复大段骨缺损时,其材料内部往往容易出现缺血性坏死,导致修复失败,其主要原因就在于没有很好地解决组织工程骨的血管化问题,血管化问题现已成为制约组织工程骨应用于临床的瓶颈[10]。

EPCs是一群尚未表达成熟血管内皮细胞表型,具有游走性,能分化为血管内皮细胞,参与血管形成,并能在出生后的血管新生过程中促进血管生成[11,12]。这一发现也为解决组织工程骨血管化问题提供新的思路[13]。但是由于EPCs的细胞数量少,获取难度大,体外培养周期长,培养时需要扩增等缺点,限制其在临床研究及动物实验中的应用。近年来,随着基因工程技术的飞速发展,转基因的组织工程技术为血管化提供新的思路和方法。SHE等[14]报道,应用VEGF-165基因转染的EPCs能明显促进缺血心肌中血管新生,从而明显改善大鼠急性心肌梗死后的心功能。SHEN等[15]研究表明,单纯应用VEGF或ANG-1基因转染,仅能使脑缺血体积分别减少36%和33%,假如两者协同转染,可使脑缺血体积减少44%。因此,学者们可以通过将VEGF-165与ANG-1双基因共转染EPCs,弥补其数量不足的缺点,增强EPCs的新生血管特性,能大大优化EPCs的促血管新生效果。

目前,生物活性玻璃支架材料的研究与应用已经成为生物医学材料学科的研究热点[16]。ZHOU[17]和SANTOCILDES-ROMERO等[18]实验研究证实,生物活性玻璃能够在早期诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化和基质矿化,说明其具有一定的骨诱导性,但其血管化能力差限制其在节段性骨缺损中的应用[1]。因此,笔者将转染双基因的EPCs种植于多孔生物活性玻璃内,以期构建兼具骨诱导及血管生成诱导活性的组织工程骨材料,并对其生物相容性进行研究。

组织工程骨作为一种植入人体的医用材料,必须具有良好的生物相容性和生物安全性[19]。根据我国卫生部门的相关标准,对于长期植入人体的材料必须进行生物安全性评价[20]。因此,本实验从细胞水平和动物水平两方面,观察复合组织工程骨的生物相容性。从细胞水平来看,MTT细胞毒性实验、扫描电镜的结果表明,所制备的材料对转染的EPCs无毒性,细胞在材料表面增殖明显。从动物水平来看,病理切片HE染色及CD31免疫组织化学法染色可见组织工程骨周围与其交界处有较多的新生骨质,植入的材料周围组织生长良好,未见明显的炎症细胞浸润,同时材料中已长入较多的新生毛细血管,表明复合材料的生物相容性良好,具备一定的诱导血管生成活性和促进骨缺损修复的作用。

生物活性玻璃篇7

选用合适的激发剂对钢矿粉活性进行活化处理, 可提高钢渣在钢矿粉中的利用率及成品的性能, 对钢渣综合利用的规模化推广具有重要意义[2,3,4]。水玻璃具有硅酸盐和碱激发双重作用, 在水泥基材料中具有较好的激发效果[5]。本文研究水玻璃的模数和掺量对钢矿粉活性的影响, 为钢渣的高效活性激发提供依据。

1 试验方法

1.1 原材料

1) 钢渣粉由上海海笠新型建材有限公司提供, S95矿粉由上海宝田新型建材有限公司提供, 其化学组成见表1。

2) 基准水泥由曲阜中联水泥有限公司提供。

3) 水玻璃激发剂由上海国药集团化学试剂有限公司提供, 通过添加氢氧化钠调节水玻璃模数。

1.2 试验方法

钢渣粉与矿渣粉按3∶7比例复配钢矿粉, 水玻璃模数通过氢氧化钠调节, 分别以一定掺量在胶凝材料搅拌过程中以内掺法取代钢矿粉, 掺量以Na2O计, 水玻璃中水分在搅拌水中扣除, 试验配比见表2。参照GB/T 18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉测定不同模数和掺量下钢矿粉的3 d, 7 d, 28 d活性指数。

2 结果与讨论

不同模数和掺量的水玻璃对钢矿粉活性指数影响试验结果见图1~图4。

由图1可知, 当水玻璃模数为1.0时, 钢矿粉各龄期活性指数随着水玻璃的掺量增加先上升再降低, 在掺量为1.5%时达到最大值, 其对钢矿粉3 d, 7 d, 28 d各龄期的活性指数改性效果分别为12%, 9%, 3%。

水玻璃对钢矿粉的激发具有碱激发与硅酸盐激发双重作用。其中水玻璃的加入大大提高了液相的p H值, 碱金属在OH-环境下, 可以置换出钢矿粉中Ca2+, Mg2+等阳离子、加速钢矿粉中硅氧根、铝氧根的解离, 进入液相并参与水化反应;另一方面, 水玻璃在溶液中水解为[Si O4]离子, 可以直接参与C-S-H等主要水化产物的生成。但当水玻璃掺量过高时, 胶凝体系中碱含量过量, 多余的OH-将以氢氧化钙等形式结晶富集, 进而降低其力学性能。

由图2~图4可知, 不同模数和掺量对钢矿粉活性的影响规律相同, 均为先升后降。但随着水玻璃模数的提高, 各模数条件下的激发效果最优掺量逐渐降低, 当模数为1.6时, 最优掺量为1.5%;模数为2.2时, 最优掺量为1.0%;模数为2.8时, 最优掺量为0.5%。这是由于水玻璃的模数对其中[Si O4]的结构形态有较大的影响。在水玻璃中, 存在着多种聚合度的[Si O4]基团, 当模数小于1.5时, 水玻璃溶液中存在单聚结构的[Si O4]基团, 当模数不断提高, 其中双聚、三聚[Si O4]基团数量逐渐增加, 可有效地促进钢矿粉中铝硅玻璃相的解聚及水化产物的生成, 激发效率提高, 表现为最优掺量下降。但是, 随着模数的提高, 水玻璃中Si-O-Si网络结构趋于完整, 双聚、三聚[Si O4]等基团在溶液中解聚溶解需额外的水分, 并加速试样的凝结硬化, 减少了钢矿粉水化所需的水分和时间, 对胶凝体系强度发展不利。当模数为3.4时 (见图5) , 水玻璃的掺入反而降低了钢矿粉的活性指数, 不能作为激发剂使用。

由此可知, 只有水玻璃模数和掺量在适宜的范围, 才能发挥最好的激发效果。对比各模数、最优掺量条件下对钢矿粉的激发效果可知, 当水玻璃模数为1.6%, 掺量为1.5%时, 其对钢矿粉3 d, 7 d, 28 d各龄期的活性指数改性效果最优, 分别为10%, 11%, 5%。

3 结语

1) 钢矿粉各龄期活性随水玻璃模数、掺量的提高呈先升后降趋势, 适宜模数和掺量下水玻璃作为激发剂对钢矿粉具有一定的激发效果。

2) 当水玻璃模数为1.6, 掺量为胶凝材料的1.5%时, 钢矿粉3 d, 7 d, 28 d活性指数分别提高10%, 11%, 5%。

参考文献

[1]张同生, 刘福田, 李义凯, 等.激发剂对钢渣胶凝材料性能的影响[J].建筑材料学报, 2008 (4) :469-474.

[2]唐卫军, 任中兴.钢渣—矿渣复合微粉的活性试验研究[J].混凝土, 2007 (12) :65-68.

[3]苏登成, 唐兴国.钢渣活性激发技术研究进展[J].中国水泥, 2009 (4) :57-60.

[4]李玉祥.不同激发剂对钢渣活性影响的研究[J].硅酸盐通报, 2013 (31) :280-284.