法國圖盧茲第三大學(xué)的 Jérémie Soulié 團(tuán)隊(duì)介紹了利用溶膠 - 凝膠化學(xué)結(jié)合噴霧干燥法制造摻銅三元生物活性玻璃微球的方法，所制得的微球具有良好的性能，為骨替代等治療應(yīng)用帶來了希望.

原因

骨替代治療的需求：骨替代材料需要具備良好的生物活性、生物相容性以及適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能等。傳統(tǒng)的生物活性玻璃在骨修復(fù)方面有一定應(yīng)用，但存在一些局限性，如脆性高、斷裂韌性低、不易加工等。而通過引入銅元素制備摻銅三元生物活性玻璃微球，可以在保持生物活性玻璃原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)其促血管生成和抗菌等特性，更好地滿足骨替代治療的復(fù)雜需求.

現(xiàn)有制備方法的不足：雖然溶膠 - 凝膠法通常能制備出均勻的純硅玻璃或二元玻璃球形顆粒，但合成聚集性較差的摻銅三元玻璃納米 / 微粒而不產(chǎn)生次生氧化銅結(jié)晶相仍然具有挑戰(zhàn)性，因此需要探索新的制備方法來克服這些問題.

理論

溶膠 - 凝膠理論基礎(chǔ)：溶膠 - 凝膠法是一種制備玻璃等無機(jī)材料的濕化學(xué)方法。在該方法中，金屬醇鹽或無機(jī)鹽等前驅(qū)體在溶劑中發(fā)生水解反應(yīng)形成溶膠，然后通過縮聚反應(yīng)形成凝膠。在制備摻銅三元生物活性玻璃微球時(shí)，選擇合適的硅源、鈣源、磷源以及銅源等前驅(qū)體，使其在溶液中均勻混合并發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，形成具有一定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。這種凝膠結(jié)構(gòu)可以在后續(xù)的處理中保持穩(wěn)定，并為最終形成的玻璃微球提供均勻的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu).

噴霧干燥理論基礎(chǔ)：噴霧干燥機(jī)是將溶液或懸浮液通過噴霧器噴成霧滴，然后在熱風(fēng)中迅速干燥形成固體顆粒的過程。在制造摻銅三元生物活性玻璃微球時(shí)，將溶膠 - 凝膠法得到的凝膠溶液進(jìn)行噴霧干燥。當(dāng)霧滴與熱風(fēng)接觸時(shí)，溶劑迅速蒸發(fā)，使得凝膠中的溶質(zhì)快速沉淀并形成微球。由于霧滴的表面張力作用，微球通常呈現(xiàn)出球形。同時(shí)，噴霧干燥的快速干燥過程可以防止溶質(zhì)的過度聚集和結(jié)晶，有利于形成尺寸均勻、分散性好的微球.

銅摻雜的作用機(jī)制：銅元素的摻雜對(duì)生物活性玻璃微球的性能有著重要影響。一方面，銅離子可以參與玻璃網(wǎng)絡(luò)的形成，改變二氧化硅網(wǎng)絡(luò)的連通性和均勻性。根據(jù)摻雜率的不同，鈣和磷會(huì)優(yōu)先分布在玻璃網(wǎng)絡(luò)中，從而影響微球的化學(xué)穩(wěn)定性和離子釋放行為 。另一方面，銅具有良好的抗菌性能和促血管生成能力。在生理環(huán)境中，摻銅生物活性玻璃微球可以緩慢釋放銅離子，這些銅離子能夠殺死細(xì)菌，減少感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)刺激周圍血管的生成，為骨組織的修復(fù)提供良好的營養(yǎng)供應(yīng)和代謝環(huán)境.

微球性能與治療應(yīng)用的關(guān)系：所制得的摻銅三元生物活性玻璃微球具有輪廓分明、聚集性差的特點(diǎn)，呈球形且直徑為幾微米，具有較大的比表面積，有利于與周圍組織和細(xì)胞的接觸和相互作用。在模擬體液中，微球能夠釋放出硅、鈣、磷、銅等生物活性離子，這些離子可以促進(jìn)磷灰石納米晶層的形成，模擬天然骨的礦化過程，從而提高微球的生物活性和骨整合能力。此外，銅離子的釋放還可以在短期內(nèi)提供抗菌作用，長(zhǎng)期來看則有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞行為，促進(jìn)骨細(xì)胞的增殖和分化，為骨替代等治療應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ).