镁蔷薇辉石是一种晶体属三斜晶系的链状结构硅酸盐矿物，属似辉石矿物。

镁蔷薇辉石是化学组成为 (Mg,Ca)(SiO3)、晶体属三斜晶系的链状结构硅酸盐矿物。与三斜锰辉石成同质多象。蔷薇辉石不属于辉石族，而是一种似辉石矿物。CaSiO3组分通常不超过20%，Mg、Fe、Zn类质同象代替Mn也较为普遍。北京昌平西湖村开采的蔷薇辉石，含MgO较高，达2.62%，为一富镁变种，曾名西湖村石。蔷薇辉石晶体呈厚板状或板柱状。一般呈粒状或块状集合体。浅粉红至玫瑰红色，是由 Mn2+引起的。表面氧化后，常现黑色的锰的氧化物、氢氧化物薄膜。玻璃光泽。三组解理完全或中等，解理夹角都近于90°。摩斯硬度5.5～6.5，比重 3.4～3.75。蔷薇辉石产于许多锰矿床中，常与交代作用有关。区域变质作用形成的蔷薇辉石多为富锰、硅质沉积物反应产物。接触变质作用形成的蔷薇辉石主要由酸性岩浆岩与富锰碳酸盐岩石间的接触交代作用产生。也见于伟晶岩和热液矿床中。致密块状的蔷薇辉石可作工艺美术品雕刻的材料。 理想的骨修复替代材料首先要求具有良好的生物相容性，同时要求能适应机体的生理要求。研究证明，含Ca和Si的生物玻璃和玻璃陶瓷具有良好的力学性能和生物活性，在人体硬组织修复领域具有广阔的应用前景。钙硅镁生物玻璃体系中的主要物相硅灰石(CaSiO3)和透辉石(CaMgSi2)。

研究背景

理想的骨修复替代材料首先要求具有良好的生物相容性，同时要求能适应机体的生理要求。研究证明，含Ca和Si的生物玻璃和玻璃陶瓷具有良好的力学性能和生物活性，在人体硬组织修复领域具有广阔的应用前景。钙硅镁生物玻璃体系中的主要物相硅灰石(CaSiO3)和透辉石(CaMgSi2O6)具有生物活性，植入兔骨内能与宿主骨形成紧密的骨性结合，而作为该钙硅镁玻璃陶瓷体系中的另一主要物相镁蔷薇辉石(Ca3MgSi2O8)的研究却很少。镁蔷薇辉石与透辉石在组成上相似，也是一种含Ca，Mg和Si的硅酸盐复合氧化物，因此有人推测镁蔷薇辉石有可

能也具有生物活性。因此，镁蔷薇辉石是否可用于人体硬组织修复材料是一个仍需探索的课题。研究采用溶胶-凝胶法合成并制备出纯相镁蔷薇辉石粉体，通过模拟体液(simulatedbodyfluid，SBF)浸泡试验、成骨细胞相容性试验，对其体外生物活性进行研究。

用溶胶-凝胶法制备出纯相镁蔷薇辉石（Ca3MgSi2O8）粉体，并在10MPa的轴向压力下，将其压制成尺寸为Φ10mm×5mm的圆柱状块体，通过模拟体液浸泡对其体外生物活性进行研究。用X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）分别对粉体以及浸泡后形成的羟基磷灰石（HAp）的物相和表面形貌进行表征。结果表明：在约1400℃的煅烧温度下可以得到纯相镁蔷薇辉石粉体，其粒径约为1-3μm；圆柱状镁蔷薇辉石在模拟体液浸泡7d后就能明显检测到表面有羟基磷灰石生成，浸泡14d后呈结晶较好的蠕虫状结构。因此，溶胶-凝胶法合成的镁蔷薇辉石具有良好的诱导羟基磷灰石形成能力和体外生物活性。

SBF浸泡前后陶瓷的表面组成与形貌变化

从溶胶-凝胶法合成的镁蔷薇辉石粉体的SEM照片(图1)可见，该方法合成的镁蔷薇辉石粉体颗粒呈条形状，颗粒大小约为1～3μm。图2是溶胶法合成的粉体经等静压成型，在1480℃保温烧结2h的陶瓷的表面形貌，该温度下大部分晶粒已烧结，陶瓷较致密并成瓷，表面比较光滑。图3是镁蔷薇辉石在模拟体液中浸泡0、7及14d的XRD结果。可以看出，经过7d浸泡后，在2θ为31.7°处对应的羟基磷灰石的(211)晶面特征衍射峰(JCPDS24-0033)已经出现，且比较明显，镁蔷薇辉石的特征衍射峰有所减弱；经过14d浸泡后，羟基磷灰石的特征衍射峰更加明显，镁蔷薇辉石的特征衍射峰明显减弱，这是由于浸泡时间的增加，更多的羟基磷灰石在表面成核生长的原因。这表明将镁蔷薇辉石浸泡于SBF中能诱导羟基磷灰石的生成。图4是镁蔷薇辉石在模拟体液中浸泡7d和14d的SEM照片，可以看出，浸泡7d(图4a)后的材料表面粗糙而多微孔，其上有一层羟基磷灰石晶体生成，经过14d浸泡后，生成的羟基磷灰石颗粒呈结晶较为完整的蠕虫状结构(图4b)，这与文献报道的相似。蠕虫状细长晶体聚集成球状，具有降低材料比表面积以降低表面活化能的作用，从而增加热力学上的稳定性。

陶瓷的断面结构与化学组成分析

图5为镁蔷薇辉石陶瓷在SBF体液浸泡7d断面的形貌SEM和化学分析EDS谱图。从陶瓷断面可见明显的层状结构，EDS分析表明Ca、Mg、Si和P各元素存在规律的变化。由外到内先出现1～3μm厚的Ca和P层(类骨磷灰石，CHA)，然后出现一层厚的富硅层，这种层状结构进一步证实陶瓷表面诱导类骨CHA的沉积。

成骨细胞与材料的相容性

在材料表面进行细胞培养是判断材料细胞毒性和相容性的主要手段之一，为其体内实验提供前期依据。研究采用经成骨诱导的大鼠成骨细胞为种子细胞，与镁蔷薇辉石和β-TCP材料进行体外复合培养，分析细胞在材料上的粘附、增殖、分化的情况。

实验讨论

一般认为，CHA对人体骨组织与生物材料间界面的生长和键合起至关重要的作用，SBF体外浸泡试验是检测材料生物活性的常用方法，同时，体外细胞培养试验可以帮助筛选有应用潜力的生物材料。XRD、SEM和EDS等检测结果说明，镁蔷薇辉石材料表面CHA的形成过程是一个新相晶粒形成并不断长大的过程，此过程主要分为3个阶段：材料表面的溶解、钙磷酸盐Ca-P的晶核形成、CHA的转变并长大。根据Hench和Kokubo对CaO-SiO2体系生物材料表面CHA形成的分析，可以类似的分析镁蔷薇辉石CHA的形成机理。镁蔷薇辉石与SBF溶液接触后，材料表面首先溶解，Ca2+和SiO44-进入溶液；溶液中SiO44-不稳定，发生聚合反应：2SiO44-+H2O=Si2O67-+2OH-，形成的二聚体离子富集在材料表面，在材料表面形成富Si的Si—O网络凝胶层，为羟基磷灰石成核提供了有效位置，且溶液pH值升高；随着上述反应进行和Ca2+持续溶解，材料表面附近SBF中的Ca2+、OH-浓度提高，通过静电吸引，Ca2+和PO34-、HPO24-与固体表面直接作用而被吸引在表面，沉积成CaH2(PO4)6·5H2O、CaHPO4·2H2O等钙磷酸盐，它们再与溶液中的HPO24-、CO23-、OH-相互作用，当周围体液中的羟基磷灰石超过了过饱和度时，钙磷酸盐发生转化形成CHA新相核心，并在材料表面很快形成很多羟基磷灰石晶核;随着浸泡的持续进行，CHA晶核不断长大并形成微米级的结晶颗粒，进而形成类骨CHA层。

在模拟体液中CHA的形成是生物活性陶瓷的重要标志。Ca和Si离子在HCA的形核和生长过程中起重要作用，并且对成骨细胞的代谢和矿化及骨的键合有影响。已有文献报道，生物陶瓷析出的钙、镁和硅离子在适当浓度时有利于细胞增殖，这与本文的结果是一致的。本研究中，笔者通过在不同培养时间统计细胞数和观察细胞贴附后的形态角度来评价镁蔷薇辉石(Ca3MgSi2O8)陶瓷的生物相容性。图6表明，培养初期细胞在材料上是低密度的，随着时间延长细胞密度增大，这清楚的表明细胞在材料上增殖。从图7成骨细胞在样品上的形貌SEM照片可见，镁蔷薇辉石陶瓷支持成骨细胞贴壁，在材料表面呈现紧密的贴附状态，培养7d后大量丝状伪足伸展并紧密粘连在陶瓷表面;随着培养时间延长，细胞开始分泌细胞外基质。

因此，镁蔷薇辉石(Ca3MgSi2O8)与β-TCP对成骨细胞增殖的差异可以解释为化学组成的不同，而且镁蔷薇辉石的溶出离子硅和镁对细胞的生长周期有调节作用。镁无疑也是人体重要的微量元素，它对组织的矿化和代谢有重要影响。已有文献报道镁的缺乏可导致骨质疏松。其影响与作用的机制需要进一步去研究。

研究结论

体外SBF浸泡和细胞相容性实验结果表明，镁蔷薇辉石(Ca3MgSi2O8)陶瓷不仅能诱导CHA在其表面沉积，而且支持成骨细胞贴壁、粘附和铺展，且材料中释放的钙、镁和硅离子在适当浓度时对细胞有良好的增殖促进作用。因此，镁蔷薇辉石陶瓷是一种生物活性优良和无细胞毒性的陶瓷材料，有可能成为一种性能优良的人体骨组织修复生物活性陶瓷材料，在人体骨组织修复方面具有良好的应用前景。