稻壳源二氧化硅掺入硼酸盐生物活性玻璃的研发与性能表征：一种可持续的生物医学材料创新

本研究创新性地利用稻壳灰(RHA)提取高纯度SiO2替代商用硅源，开发出30B2O3-20SiO2-x(K2O/Na2O)-(20-x)Li2O-20CaO-10ZnO体系生物活性玻璃。通过XRD、DTA、EDS等技术证实RHA-SiO2玻璃具有与传统玻璃相当的密度(3.1606-3.3030 g/cm3)、弹性模量(51.96-69.96 GPa)和更优的羟基磷灰石形成能力，为农业废弃物高值化利用和低成本生物材料开发提供新策略。

　　

在全球每年产生约1.2亿吨稻壳废弃物的背景下，如何将富含二氧化硅(SiO₂)的稻壳灰(RHA)转化为高附加值材料成为重要课题。传统生物活性玻璃依赖高纯度商用SiO₂，成本高昂且不符合可持续发展理念。Shaik Kareem Ahmmad团队创新性地提出用RHA提取的SiO₂制备硼酸盐生物活性玻璃，这项发表在《Next Materials》的研究为解决农业废弃物污染和生物材料成本问题提供了双重解决方案。

研究采用熔融-淬火技术制备五组不同碱金属氧化物比例的玻璃样品，通过X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和超声波测量等技术系统表征性能。特别选用印度Warangal地区稻壳，经酸处理和600℃煅烧获得99.14%高纯SiO₂。模拟体液(SBF)浸泡实验持续14天，通过pH监测和表面分析评估生物活性。

【物理性能】

密度测试显示RHA玻璃(3.1606-3.3030 g/cm³)与传统玻璃基本一致，Na₂O含量增加会因混合碱效应(MAE)导致密度非线性变化。弹性模量测定发现Na₂O含量从10增至20时，杨氏模量从69.96降至59.31 GPa，证实碱金属氧化物对网络结构的修饰作用。

【热性能】

DTA曲线显示RHA玻璃的玻璃化转变温度(T_g)为310-480℃，与商用SiO₂玻璃差异不超过2℃，表明RHA-SiO₂能完美保持玻璃的热稳定性。

【光学性能】

UV-Vis测试发现RHA玻璃截止波长(322-369 nm)和光学带隙(3.06-3.36 eV)与传统玻璃高度吻合，Na₂O增加会因非桥氧形成降低带隙能。

【生物活性】

XRD证实14天SBF浸泡后，RHA玻璃表面形成羟基磷灰石(HAp)和方解石相，30B₂O₃-20SiO₂-10Na₂O-10Li₂O-20CaO-10ZnO组分表现最优。EDS显示Ca/P比达7.05，符合生物活性要求，pH值从7.3升至10.7证实离子交换活性。

该研究首次系统论证了RHA-SiO₂在硼酸盐生物活性玻璃中的应用潜力，其热力学参数、机械强度和生物活性均达到医用标准。特别值得注意的是，RHA玻璃的HAp形成能力甚至优于部分传统玻璃，这与其更高的非晶态含量相关。研究成果不仅为农业废弃物资源化提供新途径，更开创了低成本生物材料开发的新范式，对促进可持续医疗材料发展具有里程碑意义。未来需进一步开展细胞相容性和体内实验验证其临床应用价值。