一种生物活性陶瓷纳米颗粒的制备方法，包括ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ－Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］三元系和ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ二元系生物活性陶瓷纳米颗粒的制备。在剧烈搅拌的条件下，将正硅酸乙脂的乙醇溶液加入到硝酸钙水溶液中，以酸为催化剂进行水解反应，待反应液澄清之后缓慢滴加到剧烈搅拌下的碱性溶液中进行缩聚沉淀，再将反应液离心分离，冷冻干燥，再经过高温煅烧，最后得到白色生物活性陶瓷纳米颗粒。本发明专利技术提高了陶瓷颗粒的比表面积，当其与聚合物复合时能提供更大的界面和粘结强度，从而得到综合性能优良的骨组织工程支架材料。本发明专利技术的生物活性陶瓷纳米颗粒将在生物医学及材料学上具有很高的使用价值，特别是作为一种骨组织工程支架材料在临床上具有非常广阔的应用前景。
Method for preparing biological active ceramic nanometer particle
A method for preparing bioactive ceramic nanoparticles, including: SiO 2 CaOP: 2 O: 5 and SiO: three yuan, 2 yuan, two CaO bioactive ceramic nanoparticles preparation. Under vigorous stirring conditions, ethanol solution of TEOS added to calcium nitrate in aqueous solution, the acid hydrolysis reaction catalyst after reaction liquid clarification alkaline solution is slowly added into vigorous agitation in the condensation precipitation, the reaction liquid centrifugal separation, freeze drying, and after calcination, the biological activity of white ceramic nano particles. The present invention improves the specific surface area of ceramic particles and provides greater interfacial and bond strength when combined with polymers, thereby obtaining a scaffold material for bone tissue engineering with excellent comprehensive properties. Bioactive ceramic nano particles of the invention in biomedicine and materials science has very high use value, especially as a kind of bone tissue engineering scaffold material has very broad application prospect in clinic.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种生物陶瓷纳米颗粒的制备
技术介绍
生物活性陶瓷是一种陶瓷质材料，它的基本组成是SiO2和CaO，此外还可以加入一些其他的成分如P2O5、Na2O和MgO等，通过改变各组分间的比例和添加一些具有特殊功能的组分可以得到许多不同用途和功能的生物活性陶瓷材料。生物活性陶瓷所特有的活性表面，不用借助任何软组织层的过渡就可以直接与活体骨组织相连接。目前最常用的生物活性陶瓷是由Hench等人开发的Bioglass-45S5，它是由45％SiO2、24.5％Na2O、24.5％CaO，和6％P2O5组成的。Bioglass-45S5已经在骨科和牙科的临床上得到了广泛的应用。在碱性条件下，当与受体组织接触时，生物活性陶瓷可以在其表面形成一种富含钙离子、磷酸根离子和活性硅的胶体层。这种胶体层的出现可以刺激骨的形成。另据文献报导，人们已尝试着把生物活性陶瓷做成植入体的外涂层后进行了骨生长机理的研究，目前此方法已经在股骨的修复上得到了应用，初步取得了令人满意的结果。近期的研究表明，尺寸为90-300mm生物活性陶瓷完全可以用作犬肋骨的修复材料。美国马里兰大学的Price等人对成骨细胞MG63对生物活性陶瓷的反应活性进行了研究，研究结果表明，此种材料可以促进细胞的增殖和功能化。另据研究表明，植入动物体内的生物活性陶瓷可以逐步地被成骨细胞吸收掉。美国科罗拉多州立大学的Wheeler等人对生物活性陶瓷与HAP的骨诱导能力进行的研究结果表明作为组织工程材料，生物活性陶瓷陶瓷的骨组织再生能力明显优于羟基磷灰石材料。目前，生物活性陶瓷以其良好的骨诱导性，和骨传导性，被普遍认为是“A”级的生物活性材料，而HAP则被认为是“B”级的生物活性材料。自从Hench等人首次开发出生物活性陶瓷后，作为一种最具临床应用价值和高生物活性的骨替代和修复材料，许多不同类型、不同组分的含硅陶瓷已经得到了大量的研究。生物活性陶瓷的制作方法主要有两种，一种是熔融法，另一种是溶胶凝胶发(Sol-gel)法。其中熔融法是Hench等人首先使用的，他们利用熔融法制备了最具代表性的Bioglass-45S5，之后又改变各组分之间的配比研制出了一系列具有不同功能的生物活性陶瓷材料，其中很多已实现了商品化。然而，用熔融法制备的陶瓷易混入其它的杂质，所以其组成非常复杂，难免有一些对动物体有害的物质混入，最终造成不良的影响，导致治疗的失败。因而，人们现在不断地探索新的，更具临床应用价值的生物活性陶瓷材料的制备方法，如共沉淀法、溶胶凝胶法等。众所周知，运用Sol-gel法制备的陶瓷材料，由于其反应条件温和、产物比较纯净，几乎没有其他杂质，并且组分也非常容易控制，所以人们利用Sol-gel法制备出了各种不同组分的生物活性陶瓷材料。后来的研究表明，Sol-gel法制备的生物活性陶瓷材料具有很高的生物活性，在模拟体液中，利用Sol-gel法制备SiO2-CaO-P2O5系列三元生物活性陶瓷和SiO2-CaO系列二元生物活性陶瓷，即使是单纯SiO2材料也都能很快在其表面生成一层磷灰石晶体。伦敦帝国理工大学Pilar Sepulveda等人的研究结果也表明，Sol-gel法生物活性陶瓷的生物活性远远高于用熔融法制备的生物活性陶瓷的活性。形态结构是影响生物活性陶瓷材料生物活性的最关键因素，由熔融法制备的生物活性陶瓷材料表面光滑，且棱角分明，孔隙率很低，密度较大，比表面积仅为0.15-2.7m2/g，而利用Sol-gel法制备的生物活性陶瓷表面粗糙，孔隙率非常高，比表面积为126.5-164.7m2/g，所以植入人体后可以吸附更多的蛋白质和细胞。目前，在生物医学领域，Sol-gel法制备的生物活性陶瓷正逐渐替代传统熔融法生物活性陶瓷材料。由于目前用于骨组织工程支架材料上的生物活性陶瓷粒径较大，所以随着复合材料中填料含量的增加，材料的孔隙率逐渐降低，当体系中填料含量达到40wt％时材料的孔隙率由纯PLA的9.5可以降低到5.7cm3/g，这对组织的再生很不利。所以如何降低生物陶瓷颗粒的粒径尺寸是现阶段各国陶瓷材料研究人员所关注的热点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术是将正硅酸乙酯和硝酸钙在酸性条件下进行水解成溶胶，然后在碱性条件下缩聚制成凝胶颗粒，再经过陈化、离心分离、冷冻干燥和高温煅烧最后得到白色的粒径分布非常均匀的球形生物活性陶瓷颗粒。实现本专利技术的技术方案如下具体的包括SiO2-CaO-P2O5系三元生物活性陶瓷纳米颗粒和SiO2-CaO系二元生物活性陶瓷纳米颗粒的制备方法。I、SiO2-CaO-P2O5系生物活性陶瓷纳米颗粒的制备(1)按投料比为正硅酸乙酯∶硝酸钙∶磷酸氢二铵∶聚乙二醇＝2-4∶1∶0.1-0.2∶1-10(质量比)称取各种原材料；(2)磁力搅拌的反应器中，按投料比分别将正硅酸乙酯和硝酸钙配成2-50％(体积)的正硅酸乙酯-乙醇溶液和1-10％(质量)的硝酸钙-水溶液，然后将两种溶液在剧烈搅拌的条件下混合，同时加入酸调节混合溶液的酸碱度至PH≈1-3，在25-55℃条件下剧烈搅拌3-24h，最后得到透明的溶液；(3)磁力搅拌的反应器中，按投料比将磷酸氢二铵配成0.01-1％的水溶液，按投料比再加入聚乙二醇溶解，然后用氨水调节溶液的酸碱度至PH≈9-12，将温度升至25-55℃后将(2)中得到的透明溶液缓慢滴入该溶液中，在滴加过程中溶液保持剧烈搅拌。滴加完毕后在25-55℃恒温搅拌12-48h，然后降至室温陈化；(4)化的反应液离心分离，沉淀进行冷冻干燥，最后在马弗炉中500-1100℃温度下煅烧2-10h，得到白色生物陶瓷粉末；II、SiO2-CaO系生物活性陶瓷纳米颗粒的制备(1))按投料比为正硅酸乙酯∶硝酸钙∶聚乙二醇＝2-4∶1∶1-10(质量比)称取各种原材料；(2)的条件同I中的(2)；(3)将上述(2)得到的透明溶液缓慢滴加到PH≈9-12的稀氨水中，在滴加过程中溶液保持剧烈搅拌。滴加完毕后在25-55℃恒温搅拌12-48小时，降至室温陈化；(4))的条件同I中的(4)；如上所述的方法，步骤I的(2)可以加入催化剂，所述的催化剂为柠檬酸、硝酸或盐酸；如上所述的制备方法，步骤I的(3)可以加入表面活性剂，所述的表面活性剂为聚乙二醇；如上所述的制备方法，制备SiO2-CaO二元生物陶瓷时，步骤II的(3)缩聚过程按以下方式进行将II中的(2)得到的透明溶液缓慢滴加到1-5倍(体积比)的剧烈搅拌下的PH≈9-12的稀氨水中，在滴加过程中溶液保持剧烈搅拌。滴加完毕后在25-55℃恒温搅拌12-48小时，降至室温陈化。本专利技术利用Sol-gel法制备出了球形的SiO2-CaO-P2O5系三元生物活性陶瓷和SiO2-CaO系二元生物活性陶瓷颗粒。主要目的是得到纳米级生物陶瓷颗粒，提高陶瓷粉末的比表面积，当与聚合物复合时能提供更大的界面和粘结强度，从而得到综合性能优良的骨组织工程支架材料。因此，本专利技术所制备的生物活性陶瓷纳米颗粒将在生物医学及材料学上具有很高的使用价值，特别是作为一种骨组织工程支架材料在临床上具有非常广阔的应用前景。具体实施例方式实施例1(1)按投料比为正硅酸乙酯∶硝酸钙∶磷酸氢二铵∶聚乙二醇＝2-4∶1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物活性陶瓷纳米颗粒的制备方法，包括ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ－Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］三元系和ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ二元系生物活性陶瓷纳米颗粒的制备方法，其特征在于，其步骤和条件为：Ⅰ，ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ－Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］系生 物活性陶瓷的制备 （１）按投料比为正硅酸乙酯∶硝酸钙∶聚乙二醇∶磷酸氢二铵＝２－４∶１∶１－１０∶０．１－０．２（质量比）称取各种原材料；（２）在装有磁力搅拌的反应器中，按投料比分别将正硅酸乙酯和硝酸钙配成２－５０％（体积） 的正硅酸乙酯－乙醇溶液和１－１０％（质量）的硝酸钙－水溶液，然后将两种溶液在剧烈搅拌的条件下混合，同时加入酸调节混合溶液的酸碱度至ＰＨ≈１－３，在２５－５５℃条件下剧烈搅拌３－２４ｈ，最后得到透明的溶液。（３）在装有磁力搅拌的反应器 中，按投料比将磷酸氢二铵配成０．０１－１％的水溶液，按投料比再加入聚乙二醇溶解，然后用氨水调节溶液的酸碱度至ＰＨ≈９－１２，将温度升至２５－５５℃后将（２）中得到的透明溶液缓慢滴入该溶液中，在滴加过程中溶液保持剧烈搅拌。滴加完毕后在２５－５５℃恒温搅拌１２－４８ｈ，然后降至室温陈化。（４）将经陈化的反应液离心分离，沉淀进行冷冻干燥，最后在马弗炉中５００－１１００℃温度下煅烧２－１０ｈ，得到白色生物活性陶瓷纳米颗粒Ⅱ，ＳｉＯ↓［２］－ＣａＯ系生物活性陶瓷的制备 （１）按正硅酸乙酯∶硝酸钙∶聚乙二醇的投料比（质量比）＝２－４∶１∶１－１０称取各种原材料；（２）和（４）的条件同上述的Ⅰ中的（２）和（４）；（３）是将上述（２）得到的透明溶液缓慢滴加到ＰＨ≈９－１２的稀氨水中，在滴加 过程中溶液保持剧烈搅拌。滴加完毕后在２５－５５℃恒温搅拌１２－４８小时，降至室温陈化；。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学思，洪重奎，刘爱学，邱雪宇，庄秀丽，景遐斌，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
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