一种纳米介孔生物活性玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种纳米介孔生物活性玻璃，所述纳米介孔生物活性玻璃包含SiO

A nano mesoporous bioactive glass and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种纳米介孔生物活性玻璃及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种纳米介孔生物活性玻璃及其制备方法。
技术介绍
生物活性玻璃(BioActiveGlass，BAG)是一类十分重要的生物材料，这种材料是由SiO2、Na2O、CaO和P2O5等基本成分组成的硅酸盐玻璃，具有良好的生物相容性和生物活性，可以在人体体液中进行矿化生成人骨中重要的组成成分——羟基磷灰石。将其作为骨修复材料和支架材料植入人体时，这种材料可以键合骨组织，促进细胞的繁衍、增强成骨细胞的基因表达和骨组织的生长。最早的生物玻璃材料在1969年由美国佛罗里达大学的L.Hench教授发现，这种材料称为45S5玻璃(质量分数为24.5％Na2O-24.5％CaO-45％SiO2-6％P2O5)，通过高温熔融法获得。但所得材料需要在极高温度下(1300-1500℃)进行反应，且团聚严重，比表面积小，颗粒表面致密无孔，致使这种材料不利于离子的释放和体内降解，同时在制备过程中，因为原料纯度低以及熔融法本身的特点，不可避免地引入了大量的杂质。由于熔融法制备的生物玻璃存在诸多缺陷，溶胶-凝胶法制备生物玻璃的新技术被开发出来。这种方法可以克服熔融法制备生物玻璃所产生的一系列缺陷，具有能耗低，反应条件温和，工艺易于控制等特点，且所得产物具有高比表面积和有序的介孔孔道，已经成为当前生物玻璃的关键制备技术。但目前这种方法所存在的问题包括产品粒度难以满足多种生物应用方面的需求、材料性能比较单一等，如缺少应用于人体时所需的抗菌性。因此，需要对现有的生物玻璃材料及其制备方法进行改进，以获得理想的生物玻璃特性，能够满足多种生物应用尤其是人体应用方面的需求，如粒度特性和功能性的扩展等。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的问题，本专利技术实施例的目的在于提供一种纳米介孔生物活性玻璃，所述生物活性玻璃在粒度特性和功能性扩展方面得到改进，兼具纳米介孔材料和纳米ZnO的特性，是一种同时具有优异的生物活性和杀菌效果的人体生物相容性材料，不但可作为口腔治疗和齿科修复的材料使用，同时也可以作为骨骼修复和创口愈合的材料进行使用。本专利技术实施例还提供了所述纳米介孔生物活性玻璃的制备方法。为实现上述目的，本专利技术实施例的一个方面提供一种纳米介孔生物活性玻璃，所述纳米介孔生物活性玻璃包含SiO2、CaO、P2O5和纳米ZnO，其中以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，SiO2、CaO、P2O5和纳米ZnO的比例为(57～79):(15～38):(2～10):(1～3)。在一个实施方案中，以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，SiO2、CaO、P2O5和纳米ZnO的比例为(64～72):(23～31):(4～8):(1～3)。通过含有上述特定成分及所述成分的特定比例，本专利技术提供的纳米介孔生物活性玻璃能够展现出优异的生物活性和杀菌效果，兼具纳米介孔材料和纳米ZnO的特性；同时所得材料在物理和机械性质方面也能满足口腔治疗和齿科修复材料的各种要求，也可以作为骨骼修复和创口愈合的材料进行使用，适用范围广。在一个实施方案中，所述纳米ZnO的粒径为10-30nm，比表面积≥110m2/g。氧化锌(ZnO)是一种新型无机抗菌材料，因其具有稳定性高和耐久性好的特点，被广泛应用于多个行业。关于ZnO的抗菌性能研究显示，其对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都显示出了优异的抗菌性能。本专利技术所提供的生物活性玻璃是在特定组成的纳米介孔生物玻璃中掺杂纳米ZnO粒子，使纳米ZnO粒子均匀分布在纳米介孔生物活性玻璃的结构中，这种材料同时具备纳米介孔生物活性玻璃和纳米氧化锌的性质，可以在口腔治疗和齿科材料等领域中得到广泛应用，同时该材料也可以作为骨骼修复和创口愈合的材料进行使用。在该粒径和比表面积范围内的纳米ZnO能够为本专利技术的纳米介孔生物活性玻璃提供相适应的机械性能和抗菌性，其中尤其同所述生物活性玻璃的介孔相适配，在避免影响生物活性玻璃的介孔性能和生物活性的情况下，提供优异的抗菌性。在一个实施方案中，所述纳米介孔生物活性玻璃由多个纳米球状颗粒组成，所述纳米球状颗粒的粒径为40-60nm，优选45-55nm。本专利技术实施例的另一个方面还提供一种纳米介孔生物活性玻璃的制备方法，所述方法包括下列步骤：(1)将水、乙醇、模板剂、催化剂以及硅源、钙源、磷源和纳米ZnO混合并反应，形成纳米介孔生物活性玻璃的前驱物溶胶；其中以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，硅源、钙源、磷源和纳米ZnO的比例为(57～79):(15～38):(2～10):(1～3)；(2)将所得前驱物溶胶取出并密封，在60℃～80℃陈化1天，然后在90℃～120℃干燥3天，获得纳米介孔生物活性玻璃的前驱物粉末；(3)将所得前驱物粉末在600℃～800℃热处理2～5h，得到所述纳米介孔生物活性玻璃。本专利技术所提供的纳米介孔生物活性玻璃的制备方法，通过使用模板剂作为纳米介孔材料的结构导向剂，并在催化剂的作用下，向其内部加入制备所述生物活性玻璃的各种原料和纳米ZnO，在适当条件下进行自组装，通过生物活性玻璃原料和氧化锌之间的自组装，形成复合材料的前驱物，然后对其进行高温热处理后获得最终材料。在一个实施方案中，步骤(1)中混合并反应的步骤包括将水、乙醇和模板剂依次加入容器中，不断搅拌后形成均匀混合的溶液，然后加入催化剂，再依次加入硅源、磷源、钙源和纳米ZnO，混合并反应，形成纳米介孔生物活性玻璃的前驱物溶胶。在一个实施方案中，步骤(1)中模板剂、催化剂、水、乙醇和硅源的摩尔比为模板剂：催化剂：水：乙醇：硅源＝(0.2-1.5)：(0.5-1.5)：1000：400：(2-8)。在一个实施方案中，步骤(1)中混合并反应6-8h，优选7h。在一个实施方案中，步骤(1)中以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，硅源、钙源、磷源和纳米ZnO的比例为(64～72):(23～31):(4～8):(1～3)。在一个实施方案中，所述纳米ZnO的粒径为10-30nm，比表面积≥110m2/g。在一个实施方案中，步骤(1)中所述模板剂为阳离子表面活性剂，在所述前驱物溶胶中的浓度为5.56～41.67mmol/L。在一个实施方案中，所述模板剂为双十八烷基二甲基氯化铵。在一个实施方案中，步骤(1)中所述催化剂为弱碱性催化剂，所述前驱物溶胶的pH值为10-11。在一个实施方案中，所述催化剂为三乙醇胺。在一个实施方案中，所述硅源为选自正硅酸乙酯、白炭黑和硅酸钠中的至少一种；所述磷源为磷酸三乙酯；所述钙源为选自四水硝酸钙和氯化钙中的至少一种。在一个实施方案中，步骤(2)在烘箱中进行；步骤(3)在高温炉中进行。本专利技术实施例的另一个方面还提供所述纳米介孔生物活性玻璃在口腔治疗和齿科材料中的用途。本专利技术实施例的技术方案具有如下优点：1、本专利技术实施例的技术方案结合了溶胶-凝胶法和碱催化法的共同优点，通过采用控制模板剂的量来控制所得材料的相貌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米介孔生物活性玻璃，其特征在于，所述纳米介孔生物活性玻璃包含SiO

【技术特征摘要】
1.一种纳米介孔生物活性玻璃，其特征在于，所述纳米介孔生物活性玻璃包含SiO2、CaO、P2O5和纳米ZnO，其中以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，SiO2、CaO、P2O5和纳米ZnO的比例为(57～79):(15～38):(2～10):(1～3)。


2.根据权利要求1所述的纳米介孔生物活性玻璃，其特征在于，所述纳米ZnO的粒径为10-30nm，比表面积≥110m2/g。


3.根据权利要求1所述的纳米介孔生物活性玻璃，其特征在于，所述纳米介孔生物活性玻璃由多个纳米球状颗粒组成，所述纳米球状颗粒的粒径为40-60nm。


4.一种纳米介孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
(1)将水、乙醇、模板剂、催化剂以及硅源、钙源、磷源和纳米ZnO混合并反应，形成纳米介孔生物活性玻璃的前驱物溶胶；其中以Si、Ca、P和Zn的摩尔比计，硅源、钙源、磷源和纳米ZnO的比例为(57～79):(15～38):(2～10):(1～3)；
(2)将所得前驱物溶胶取出并密封，在60℃～80℃陈化1天，然后在90℃～120℃干燥3天，获得纳米介孔生物活性玻璃的前驱物粉末；

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜地，于健飞，
申请(专利权)人：北京纯粹主义科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11