一种P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃及其在骨修复中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种P2O5‑SiO2‑CaO生物活性玻璃及其制备方法和用途，所述玻璃的组分及各组分的摩尔百分含量为：P2O5，5‑20mol％；SiO2，50‑80mol％；CaO，15‑40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3

A P2O5-SiO2-CaO bioactive glass and its application in bone repair

The present invention relates to a P2O5 SiO2 CaO bioactive glass and its preparation method and application thereof, mole percent of each component and the glass consists of: P2O5, 5 SiO2, 50 20mol%; 80mol%; CaO 40mol%, 15; the nitrate ion of the bioactive glass in the (NO3

【技术实现步骤摘要】
一种P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃及其在骨修复中的应用
本专利技术涉及一种生物活性玻璃及其在骨修复中的应用，属于生物材料

技术介绍
生物玻璃由于具有良好的骨诱导性和成骨性，目前已经成功用于骨组织的修复和治疗过程中，尤其是牙周和整形外科领域。但是这种生物玻璃采用的合成方法——熔融萃冷法，反应温度太高，降解速率缓慢，而且其在体液中pH值升高，不利于细胞的生存，因此有必要研究新型的生物材料及其制备方法。采用低温溶胶凝胶法可以使各种前驱体溶胶溶液在分子水平混合，有利于对材料的结构和性能进行控制。其中磷的引入通常可以提高玻璃的降解速度，但是传统方法制备出的磷硅酸基玻璃中具有生物活性的组分范围相对较窄，通常限于较低的磷含量，限制了生物活性玻璃降解速率的提高。在使用溶胶凝胶法制备磷硅酸基玻璃时，通常发现磷的常用前驱体(如磷酸，磷酸三乙酯等)和钙的常用前驱体(如硝酸钙)相容性较差，容易引起沉淀从而发生相分离。为了实现磷前驱体和钙前驱体的有效混合，人们有时候不得不选择毒性较大的溶剂(如乙二醇)，并且降低前驱体的浓度，这样在除溶剂的过程中会耗费大量的能源及时间，使得其实际操作性大大降低。在我们的前期研究中，我们选用新型低毒的磷前驱体植酸(肌醇六磷酸，分子式：C8H18O24P6)，可以有效地与硝酸钙共溶，所用溶剂为水、乙醇及其混合物，毒性较小，溶剂去除温度较低，可以有效克服传统方法的缺点，具有重要的应用前景(中国专利CN101921061B)。但该文献中报道的方法制备的生物活性玻璃用于骨修复时存在类骨羟基磷灰石形成速度慢、成型量少等缺陷，生物相容性及促进成骨细胞增殖的能力均无法达到实际应用的水平，实用性不强，有待开发新型的适用于骨修复的材料。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种具备特定组成的生物活性玻璃，其特别适用于骨修复的领域。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃，其含有的组分和各组分的摩尔百分含量为：P2O5，5-20mol％；SiO2，50-80mol％；CaO，15-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。根据本专利技术，各组分的摩尔百分含量优选为：P2O5，6-15mol％，更优选8-15mol％；SiO2，50-70mol％，更优选50-60mol％；CaO，20-40mol％，更优选30-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。根据本专利技术，所述生物活性玻璃的组成为P2O5，10-12mol％；SiO2，53-55mol％；CaO，34-36mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。根据本专利技术，所述P2O5来源于含磷前驱体，所述含磷前驱体为植酸。所述CaO来源于含钙前驱体，所述含钙前驱体为硝酸钙(如四水硝酸钙)或氯化钙。所述SiO2来源于含硅前驱体，所述含硅前驱体优选为正硅酸乙酯。上述P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)制备凝胶：配制前驱体溶胶溶液，放置得到凝胶；所述前驱体溶胶溶液中，含有含磷前驱体、含硅前驱体、含钙前驱体和溶剂，所述含磷前驱体为植酸，所述含钙前驱体为硝酸钙(如四水硝酸钙)或氯化钙；(2)步骤(1)所得的凝胶进行陈化；(3)步骤(2)陈化后的物质进行烧结，其中，烧结温度控制在70-120℃；(4)煅烧：将步骤(3)烧结后的物质在500℃以上处理0.5-3小时。根据本专利技术，步骤(1)中，所述配制前驱体溶胶溶液的步骤为：选用植酸作为含磷前驱体，正硅酸乙酯作为含硅前驱体，硝酸钙(如四水硝酸钙)或氯化钙作为含钙前驱体，水、乙醇、或乙醇和水的混合物作为溶剂；将含磷前驱体、含硅前驱体、含钙前驱体和溶剂混合，放置直到凝胶化得到凝胶。优选地，控制放置时的温度为10-35℃(优选30℃)，其凝胶时间为10-50天(优选25天)。根据本专利技术，步骤(2)中，陈化温度为25-60℃或室温，陈化的具体条件是：25-60℃陈化2-7天(优选陈化3-5天)，或者室温长时间陈化，或者在25-60℃真空条件下陈化2-7天。陈化的目的在于使凝胶反应更充分及去除水和溶剂。根据本专利技术，步骤(3)中，烧结的条件还可以是80-100℃，烧结时间至少1天，例如2-14天，优选3-10天，最优选1周。烧结的具体条件是：70-120℃烧结1周，或者70-120℃真空条件下烧结1周。烧结的目的在于进一步除去剩余的溶剂。根据本专利技术，步骤(4)中，煅烧温度为500-700℃，例如500-650℃，还可以为550-650℃；煅烧时间为0.5-5小时，优选0.5-3小时，或者为1-2小时。煅烧的具体条件是：550℃以上处理0.5-3小时；优选550-650℃处理0.5-3小时，更优选600℃处理1-2小时。本专利技术进一步提供上述P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃作为骨填充材料的应用，其用于骨缺损部位的骨修复或骨填充材料，尤其是牙周外科和整形外科中的骨缺损部位的骨修复或骨填充材料。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术提出了一种全新结构和组成的P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃，该材料特别适用于骨修复中，具体而言，由于所述材料中去除了现有技术中类似材料中含有的硝酸根离子和氯离子，真正实现了所述材料在骨修复中的应用。2.本专利技术的P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃用于骨修复时，能够促进羟基磷灰石的形成，具有稳定的生理pH值，良好的细胞相容性，能够促进其与骨组织间形成骨性键合。附图说明图1实施例1-2和对比例1中的生物活性玻璃中的硝酸根离子的表征；图2实施例1和对比例1中的生物活性玻璃与SBF溶液反应不同时间的SEM图；图3实施例1和对比例1中的生物活性玻璃与SBF溶液反应不同时间的XRD图；图4实施例1和对比例1中的生物活性玻璃的细胞毒性试验结果；图5实施例1和对比例1中的生物活性玻璃的细胞粘附性试验结果。具体实施方式虽然申请人在先前的研究(中国专利CN101921061B)中已经提出了一种生物活性玻璃制备方法，但将该生物活性玻璃用于实际的骨修复中，发现其形成羟基磷灰石速度缓慢，而且具有较差的促进成骨细胞增殖能力；申请人经过大量研究发现，在先研究的制备方法中生成的生物活性玻璃中，含有残余的硝酸根离子和/或氯离子，而这些离子的存在严重影响了所述生物活性玻璃的实际使用，因此，本专利技术中提出了一种高效地去除所述离子的方法，通过所述方法制备的产品用于骨修复时取得了意想不到的效果。下面将结合实施例和附图对本专利技术进行详细的说明。但是，本领域的技术人员容易理解，以下所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1(P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃)该实施例制备的生物活性玻璃的主要组成为：P2O510.8mol％，SiO254.2mol％和CaO35mol％。制备方法中，选用无毒植酸作为含磷前驱体，以乙醇和水的混合物作为溶剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种P2O5‑SiO2‑CaO生物活性玻璃，其特征在于，所述玻璃的组分及各组分的摩尔百分含量为：P2O5，5‑20mol％；SiO2，50‑80mol％；CaO，15‑40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3

【技术特征摘要】
1.一种P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃，其特征在于，所述玻璃的组分及各组分的摩尔百分含量为：P2O5，5-20mol％；SiO2，50-80mol％；CaO，15-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。2.根据权利要求1所述的生物活性玻璃，其特征在于，各组分的摩尔百分含量优选为：P2O5，6-15mol％，更优选8-15mol％；SiO2，50-70mol％，更优选50-60mol％；CaO，20-40mol％，更优选30-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。3.根据权利要求1或2所述的生物活性玻璃，其特征在于，所述生物活性玻璃的组成为P2O5，10-12mol％；SiO2，53-55mol％；CaO，34-36mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根离子(NO3-)的浓度为零，并且，氯离子(Cl-)浓度为零。优选地，所述P2O5来源于含磷前驱体，所述含磷前驱体为植酸。所述CaO来源于含钙前驱体，所述含钙前驱体为硝酸钙(如四水硝酸钙)或氯化钙。所述SiO2来源于含硅前驱体，所述含硅前驱体优选为正硅酸乙酯。4.权利要求1-3任一项所述的P2O5-SiO2-CaO生物活性玻璃的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备凝胶：配制前驱体溶胶溶液，放置得到凝胶；所述前驱体溶胶溶液中，含有含磷前驱体、含硅前驱体、含钙前驱体和溶剂，所述含磷前驱体为植酸，所述含钙前驱体为硝酸钙(如四水硝酸钙)或氯化钙；(2)步骤(1)所得的凝胶进行陈化；(3)步骤(2)陈化后的物质进行烧结，其中，烧结温度控制在70-120℃；(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱东，李爱玲，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11