硅酸钙锂体系新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及硅酸钙锂体系新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途。所述硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架为三维多孔支架，化学组成为LixCaySizOn，其中x+2y+4z=2n。本发明专利技术的硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架具有良好的降解性、力学性能和生物活性，并且具有良好的双生物活性，能同时促进骨髓间充质干细胞和软骨细胞的成骨与成软骨分化及体内骨‑软骨一体化修复。

A new bioactive ceramic scaffold for calcium silicate lithium system and its preparation methods and uses

The invention relates to a novel bioactive ceramic scaffold for calcium silicate lithium system and its preparation method and use. The bioactive ceramic scaffold of calcium silicate lithium system described as a three-dimensional porous scaffold with a chemical composition of LixCaySizOn, of which x+2y+4z=2n. The invention of the calcium silicate lithium system bioactive ceramic stent has good biodegradability, mechanical properties and biological activity, and has a good pair of biological activity, can promote bone marrow mesenchymal stem cells and cartilage cells of osteogenic and chondrogenic differentiation of bone and cartilage repair integration.

【技术实现步骤摘要】
硅酸钙锂体系新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途
本专利技术涉及骨软骨缺损修复，特别涉及一种硅酸钙锂体系新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和其在骨软骨缺损修复中的应用，属生物材料领域。
技术介绍
创伤、骨关节炎等引起的骨软骨损伤是临床上十分常见的病症，是骨科和运动医学中公认的治疗难题。这是由于关节软骨是一种无血管、无神经的结缔组织，细胞代谢缓慢，一旦缺损，其自发修复和再生能力很差[1]。目前临床上治疗软骨损伤的主要方法有骨髓刺激术、微骨折术、自/异体骨软骨移植、自/异体软骨细胞移植术等[2]，但这些方法均存在局限性[3]。越来越多的研究发现软骨发生损伤时常常会引起关节功能障碍并累及软骨下骨[4,5]。因此，在修复软骨缺损的同时，必须高度重视软骨下骨与关节软骨关系，力求做到同一时间软骨-软骨下骨一体化的修复。组织工程策略为解决软骨、骨软骨一体化修复提供了一种可行的方法[6，7]。目前许多材料已应用于体外构建软骨和骨软骨组织的研究，如磷酸钙陶瓷、生物玻璃、金属、高分子聚合物等用于骨组织材料，透明质酸、胶原、壳聚糖、明胶及高分子复合材料等用于软骨组织材料。不同材料在成分、微观结构、孔隙率、表面形貌及机械性能等方面各有优劣[8]。但目前组织工程支架材料均很难协同促进两种组织(骨、软骨)的生长与再生。理想的骨、软骨修复材料不仅要适合软骨细胞的生存并可促进钙化软骨基质的形成，而且界面必须要具备与骨组织整合的能力，从而提高相关力学性能。因此，能否设计一种新型生物活性材料，使得其能够在材料降解过程中释放多种活性离子来构建对骨、软骨都能促分化作用的离子微环境，提高细胞和材料的相互作用，进而有效动员内源性干细胞参与软骨/骨损伤自发修复，可能是解决上述问题的新途径。前期研究表明：硅酸盐体系的生物活性玻璃和陶瓷由于其特定的化学组成而具有主动刺激硬组织再生的活性，与常规结构的磷酸盐生物陶瓷相比，能更快地促进骨再生[9,10]。这是由于材料降解时释放出的Si离子被证实具有激活细胞、刺激细胞基因表达的功能[11]。另一方面，氯化锂，一种早前用于治疗躁郁症的药物[12]，近年来在关节炎治疗研究方面显示出巨大潜能。研究发现氯化锂可以在体外通过炎症因子IL-1作用抑制软骨的退化和软骨机械性能的丢失[13,14]。Thompson等发现氯化锂也可以通过抑制Hedgehog信号通路以避免软骨细胞过度肥大、软骨基质分解代谢而来治疗骨关节炎[15]。硅酸钙锂体系有四种三元体系稳定相：Li2CaSiO4(LCS)，Li2Ca2Si2O7(LC2S2)，Li2Ca4Si4O13(LC4S4)和Li2Ca3Si6O16(LC3S6)[16]。先前的研究主要集中在这四种稳定相的晶体结构的探究以及固相反应法合成Eu2+掺杂Li2CaSiO4或Li2Ca2Si2O7用于发光材料的研究[17-19]。以前的固相反应法存在操作步骤复杂、所需反应温度高、时间长的问题。此外，硅酸钙锂体系材料并未在生物材料领域进行研究应用。现有技术文献：[1]HunzikerEB.Articularcartilagerepair:basicscienceandclinicalprogress.Areviewofthecurrentstatusandprospects.OsteoarthritisCartilage2002；10:432-463.[2]MinasT,NehrerS.Currentconceptsinthetreatmentofarticularcartilagedefects.Orthopedics1997；20:525-538.[3]DhinsaBS,AdesidaAB.CurrentClinicalTherapiesforCartilageRepair,theirLimitationandtheRoleofStemCells.CurrentStemCellResearch&Therapy2012；7:143-148.[4]MinasT,GomollAH,RosenbergerR,RoyceRO,BryantT.IncreasedFailureRateofAutologousChondrocyteImplantationAfterPreviousTreatmentWithMarrowStimulationTechniques.AmJSportsMed2009；37:902-908.[5]RudertM.Histologicalevaluationofosteochondraldefects:considerationofanimalmodelswithemphasisontherabbit,experimentalsetup,follow-upandappliedmethods[J].CellsTissuesOrgans,2002；171(4):229-240.[6]SeoS-J,MahapatraC,SinghRK,KnowlesJC,KimH-W.Strategiesforosteochondralrepair:Focusonscaffolds.Journaloftissueengineering2014；5:1-14.[7]MartinI,MiotS,BarberoA,JakobM,WendtD.Osteochondraltissueengineering.JBiomech2007；40:750-765.[8]NooeaidP,SalihV,BeierJP,BoccacciniAR.Osteochondraltissueengineering:scaffolds,stemcellsandapplications.JCellMolMed2012；16:2247-2270.[9]XuSF,LinKL,WangZ,ChangJ,WangL,LuJX,etal.Reconstructionofcalvarialdefectofrabbitsusingporouscalciumsilicatebioactiveceramics.Biomaterials2008；29:2588-2596.[10]HenchLL.ThestoryofBioglass(R).JournalofMaterialsScience-MaterialsinMedicine2006；17:967-978.[11]HenchLL.Geneticdesignofbioactiveglass.JEurCeramSoc2009；29:1257-65.[12]WilliamsRSB,HarwoodAJ.Lithiumtherapyandsignaltransduction.TrendsPharmacolSci2000；21:61-64.[13]MinashimaT,ZhangY,LeeY,KirschT.LithiumProtectsAgainstCartilageDegradationinOsteoarthritis.Arthritis&Rheumatology2014；66:1228-1236.[14]ThompsonCL,YasminH,VaroneA,WilesA,Pool本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架，其特征在于，所述硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架为三维多孔支架，化学组成为LixCaySizOn，其中x+2y+4z=2n。

【技术特征摘要】
1.一种硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架，其特征在于，所述硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架为三维多孔支架，化学组成为LixCaySizOn，其中x+2y+4z=2n。2.根据权利要求1所述的硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架，其特征在于，所述硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架的化学组成为Li2Ca2Si2O7、Li2Ca4Si4O13、Li2CaSiO4、或Li2Ca3Si6O16。3.一种权利要求1或2所述的硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）利用溶胶-凝胶法合成硅酸钙锂体系生物活性陶瓷粉体；（2）以硅酸钙锂体系生物活性陶瓷粉体为原料，通过三维打印技术制备出生物活性陶瓷支架陶瓷素坯；以及（3）将所得生物活性陶瓷支架陶瓷素坯烧结，得到所述硅酸钙锂体系生物活性陶瓷支架。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）包括以下步骤：（A）将硅源水解；（B）向已水解的硅源中按化学计量比加入锂源和钙源，搅拌得到澄清溶液；（C）将所得澄清溶液在40～80℃陈化24～48小时并在120～150℃干燥48～72小时得到干凝胶；（D）将所得干凝胶球磨过筛，在800～1050℃煅烧2～6小时，得到硅酸钙锂体系生物活性陶瓷粉体。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（A）中，所述硅源为正硅酸乙酯；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，陈蕾，邓翠君，常江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31