在醫療領域，存在一種擁有“活性”的玻璃——生物活性玻璃。那這種玻璃與普通的玻璃又有什么不同呢？

　　生物活性玻璃的出現要追溯到一種名為45S5的生物玻璃（SiO2-CaO-Na2O-P2O5，45Wt% SiO2， 24.5Wt%Na2O，24.5Wt% CaO以及6wt% P2O5）的出現。1969年，Hench教授研制出了這種具有優秀生物活性的45S5玻璃，并發現作為材料植入體內后，其表面沒有被纖維組織包裹，自此生物活性玻璃走進人們的視線。1985年第一個生物玻璃產品“MEP”成功上市，并臨床用于聽骨鏈置換，治療成功率高達90%。

　　生物活性玻璃如此優異的性能吸引了眾多研究者對其進行系統的研究。其中，鈣硅基生物活性玻璃由于組成可調并且可以根據需要進行成分設計，是一種非常有潛力的可用于組織修復的生物材料，更是吸引了越來越多的關注。中國科學院上海硅酸鹽研究所生物材料與組織工程課題組研究發現，生物活性玻璃可以制備成不同形式的生物材料用于各類組織修復中，如創傷敷料、骨組織支架等。今年新冠疫情爆發，該課題組開發的硅基創面修復材料，由合作公司向武漢華中科技大學附屬同濟醫院、武漢第七醫院等醫院捐贈了2800盒， 用于治療醫護人員由于長時間戴防護手套、口罩引起的皮膚磨傷潰爛和濕疹，以及具有褥瘡潰瘍的老年新冠肺炎患者，取得了很好的效果。

圖1 生物材料與組織工程課題組研發的硅基創面修復材料在雷神山醫院得到使用

　　鈣硅基生物活性玻璃不僅在生物組織修復/再生方面具有巨大的優勢，還可以通過化學組分的設計和調控，獲得新的治療功能。光熱燙傷在光熱治療中最為常見，在光熱治療中有效修復受損的燙傷組織是光熱治療中的要點之一。那何為光熱治療？何為光熱燙傷？

　　光熱療法（PTT）作為一種新型高效的腫瘤治療方法，受到廣泛關注。PTT一般利用光熱劑吸收光能，然后在腫瘤部位將光能轉化為熱能，通過熱療或者熱燒蝕殺死癌細胞（溫度在40-45℃熱療，溫度 > 45℃時熱燒蝕）。與傳統治療方式相比，它具有選擇性高、侵襲力小、無全身效應、治療效果顯著等優點，成為目前癌癥治療研究的熱點之一。在治療腫瘤時，光熱溫度要在50℃以上才能達到治療效果，但過高的溫度會燙傷腫瘤周圍的組織，溫度過低又無法殺死腫瘤細胞。因此，盡可能地找到腫瘤最佳治療溫度，同時修復燙傷的腫瘤組織，就對治療的材料提出了新的要求。

圖2 光熱療法治療腫瘤細胞（圖片來自網絡）

　　為了達到這個要求，多功能生物材料被提上日程。這種材料，首先要有光熱性能，其次要有生物活性進而修復燙傷組織，最后還需要找到最佳的治療腫瘤的溫度，盡可能地減少組織燙傷。鈣硅基生物活性玻璃因其優秀的生物活性被優先考慮。另一方面，近紅外發光的稀土元素摻雜材料在發光生物分析、生物標記、熒光成像等方面具有獨特的優勢。且有研究發現一些熒光材料對溫度敏感，可作為溫度傳感器，監測生物體內的溫度。熒光測溫的組織穿透較高、生物組織的自發熒光較小、光損傷較小。與其他測溫方式相比，熒光測溫具有高精度、高靈敏度、抗電磁干擾、穩定可靠等優點。在鑭系稀土元素中，釹（Nd，電子構型[Xe]4f46S2；Nd3+，電子構型[Xe]4f3）離子具有特殊的性能。Nd在808 nm近紅外激光照射下，不僅可以釋放出熱能，還可以釋放出紅外熒光?；诖?，通過將稀土Nd離子引入鈣硅基生物活性玻璃中，將組織修復、光熱治療與溫度監測相結合的設想有可能成為現實。

　　那如何制備這種多功能生物玻璃呢？早期生物玻璃的制備與傳統的玻璃制備方法一樣，都是采用熔融法。到20世紀90年代后，溶膠凝膠法因操作簡單，對設備要求低，避免高溫處理等優勢逐漸取代了熔融法?？扇羰遣牧系脑戏垠w合成不是用溶膠凝膠法做的，那如何才能簡單、快速的制備生物玻璃呢？這里還有另一種方式，就是無容器氣懸浮法，它可以快速、簡單地制備出高純度高均質的生物玻璃。無容器氣懸浮利用氣體將材料塊體懸浮在空中，利用激光在短時間內快速升溫熔融材料，然后快速冷卻，能夠在1-2分鐘內制備出非晶態的玻璃球。然后將玻璃球淬火即可得到玻璃粉體。

圖3 無容器制備生物玻璃示意圖

　　采用無容器氣懸浮技術，將稀土元素Nd引入具有生物活性的鈣硅基（Ca-Si）材料中，就獲得了一種新型的多功能Nd-Ca-Si基生物活性玻璃。通過體外的理化性能檢測，這種生物活性玻璃既具有近紅外光熱性能，又具有良好的熒光特性，而且熒光強度與材料的溫度呈線性關系。因此，可以在光熱治療過程中通過測量熒光強度準確確定光熱治療時腫瘤部位材料的溫度。該團隊進一步將多功能Nd-Ca-Si生物活性玻璃與海藻酸復合，制備出多功能可注射水凝膠，可以方便簡單地將水凝膠原位注射到腫瘤部位，減少手術將材料植入體內的手術傷害。同時在體外研究了該生物活性玻璃復合水凝膠在不同溫度下PTT對腫瘤的殺傷作用以及不同溫度對正常組織的燙傷程度，以此確定了最佳PTT溫度，既能有效消除腫瘤，又能避免或減輕周邊正常組織的燙傷。

圖4 多功能光熱腫瘤治療及組織修復于一體的多功能生物玻璃示意圖