生物玻璃复合骨水泥及电场处理方法技术

本发明专利技术涉及一种生物玻璃复合骨水泥及电场处理方法，电场处理方法包括对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理；还可以包括对硼硅酸盐生物玻璃复合骨水泥在固化后加载安全直流电场。与现有技术相比，本发明专利技术中，硼硅酸盐生物玻璃粉通过直流电场诱导表面预处理生成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层以提升由其制成的生物玻璃复合骨水泥使用初期生物安全性；硼硅酸盐生物玻璃复合骨水泥在固化后通过加载安全直流电场调控生物玻璃复合骨水泥的生物活性，实现骨组织的可控、可持续修复；生物玻璃复合骨水泥中引入纳米导电功能相，可以改善生物玻璃骨水泥的电导性能，提升直流电场诱导矿化效率；该技术可应用于骨组织工程中骨修复、再生等领域。再生等领域。再生等领域。

【技术实现步骤摘要】
生物玻璃复合骨水泥及电场处理方法


[0001]本专利技术属于生物材料
，尤其是涉及一种生物玻璃复合骨水泥及电场处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于交通事故、疾病、自然灾害等意外事件及人口老龄化的加剧，骨骼疾病成为当今重要的问题。据统计，我国骨创伤患者年达300万人、骨质疏松患者及骨关节炎患者每年将近2亿余人，骨组织缺损与损伤已成为影响人们健康和生活的重要疾病。以硼硅酸盐生物玻璃粉末作为固相的生物活性玻璃骨水泥是一种新兴的生物医用骨修复材料，具有优异的生物相容性、生物活性和生物降解性能。这类材料作为生物医用材料具有金属、高分子及生物惰性材料所不可比拟的优势，能与人体骨形成直接的化学结合，其在体内生化环境中可在表面矿化形成人体骨生长所需的羟基磷灰石，诱导骨细胞增殖、促进骨重建。
[0003]然而本专利技术申请人发现，硼酸盐生物玻璃在使用1
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2天的初期活性离子释放速度较快。另外在使用1
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2周后的中后期，生物玻璃中活性离子的释放明显降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术申请人发现，从硼硅酸盐生物玻璃在人体或人体模拟体液(SBF)中的硼、钙等活性离子释放以及生成羟基磷灰石等的矿化机制来看，硼硅酸盐生物玻璃在使用初期的活性离子释放速度较快，因此需要限制生物玻璃中的硼含量及在复合骨水泥中的生物玻璃使用量。而在中后期，生物玻璃中活性离子的释放明显降低，导致生物活性过低而延缓骨修复进程。
[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种生物玻璃复合骨水泥及电场处理方法。通过直流电场诱导硼硅酸盐生物玻璃粉预处理，将硼硅酸盐生物玻璃粉体表层的硼、钙离子部分拉出以形成富硅玻璃相膜层，并生成易于中后期离子扩散的扩散孔道，减缓生物玻璃复合骨水泥在使用初期的活性离子释放以提升生物安全性，但并不影响中后期的活性离子释放。另外，在生物玻璃复合骨水泥植入后，通过在植入部位体外(或对骨水泥所置于的人体模拟体液)施加人体安全直流电场调控复合骨水泥中生物玻璃的离子释放和矿化速度，以保持优良的生物活性，并实现生物安全性与生物活性的全过程可控，将明显提升生物玻璃骨水泥的骨修复效率。而具有优良化学稳定性、高电导性能、低毒副作用的贵金属纳米晶或纳米氮化钛引入，将有利于改善生物玻璃复合骨水泥的电场敏感性，从而加快生物玻璃中活性离子释放和羟基磷灰石生成，加快骨组织的可持续修复。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术第一方面提供一种生物玻璃复合骨水泥的电场处理方法，包括步骤S1：对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理。
[0008]优选地，对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理，用于生成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层。
[0009]优选地，步骤S1中，将硼硅酸盐生物玻璃粉置于人体模拟体液(SBF)中并施加直流电场，电流为100～300mA，时间为2～10h，以形成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层。
[0010]优选地，还包括步骤S2：对由硼硅酸盐生物玻璃粉制成的生物玻璃复合骨水泥在固化后加载安全直流电场。
[0011]优选地，对生物玻璃复合骨水泥在固化后加载安全直流电场，用于调控生物玻璃复合骨水泥中活性离子释放速度和矿化速度。
[0012]优选地，步骤S2中，在生物玻璃复合骨水泥在固化后，施加安全直流电场调控生物玻璃复合骨水泥中活性离子释放速度，直流电场电流为0.1～90mA，每天施加1
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24h。
[0013]优选地，步骤S2中，用于人体时，直流电场电流为0.1～10mA。
[0014]本专利技术第二方面提供一种生物玻璃复合骨水泥，按照质量份，由5～70份固相硼硅酸盐生物玻璃粉、30～95份液相粘结剂和0～30份纳米导电功能相组成。
[0015]优选地，所述的液相粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯或海藻酸钠混合溶液；
[0016]所述的聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液按质量份，由100份聚甲基丙烯酸甲酯粉体、50份甲基丙烯酸甲酯、0.5份过氧化二苯甲酰和0.3份N,N
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二甲基对甲苯胺混合而成；
[0017]所述的海藻酸钠混合溶液按照质量份，由2份海藻酸钠、3份磷酸氢二钠、1份葡萄糖酸内酯和100份水混合而成；
[0018]所述的液相粘结剂的混合溶液配制后即加入固相硼硅酸盐生物玻璃粉和纳米导电功能相并混合均匀，固化后形成生物玻璃复合骨水泥。
[0019]优选地，该生物玻璃复合骨水泥中，纳米导电功能相的质量份为0～30份，但不包含0。
[0020]优选地，所述的纳米导电功能相包括10～500nm氮化钛颗粒和10～100nm纳米金颗粒的一种或几种。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下至少一种有益效果：
[0022]1、利用直流电场对硼硅酸盐生物玻璃粉体进行表面预处理，可以快速将粉体表层的硼、钙等离子部分拉出以形成富硅玻璃相膜层，并形成适于中后期离子扩散所需的扩散孔道；因此在由其制成的生物玻璃复合骨水泥植入初期，玻璃粉体表层含硼、钙量较少而导致这些活性离子释放也较少，保障了在植入初期(植入1～2天)的复合骨水泥生物安全性；而扩散通道的存在又可以使玻璃内部硼、钙等活性离子在中后期仍得以快速析出，有效保持了其较好的生物活性。
[0023]2、在硼硅酸盐生物玻璃复合骨水泥植入中后期(植入1～2周后)体外施加人体安全直流电场，可以调控生物玻璃中活性离子释放速度，并使得越来越慢的矿化进程得以再次提速，在体外加快生物玻璃降解、矿化及自身骨生长，促进骨折部位愈合。
[0024]3、在生物活性玻璃的基础上，引入氮化钛、纳米金颗粒等纳米导电功能相，可以改善生物玻璃骨水泥的电导性能，提升直流电场诱导矿化效率。
[0025]4、生物活性玻璃的中后期骨修复性能可通过改变纳米导电功能相引入量和外加电场参数进行调控，从而满足不同部位骨修复术后康复的需求。
附图说明
[0026]图1为硼硅酸盐生物玻璃粉或复合骨水泥浸泡在人体模拟体液中电场处理装置示
意图。
[0027]图2为浸泡在人体模拟体液中每天电场处理1h、3d后的硼硅酸盐生物玻璃颗粒表面形貌(1)及钙磷比(2)，其中a1、a2为不加电场的对照组，b1、b2为加载30mA样品，c1、c2为加载60mA样品，d1、d2为加载90mA样品。
[0028]图3为浸泡在人体模拟体液中每天电场处理1h、14d后的硼硅酸盐生物玻璃颗粒XRD谱，电流强度分别为0mA、30mA、60mA、90mA。
具体实施方式
[0029]一种生物玻璃复合骨水泥的电场处理方法，包括步骤S1：对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理。
[0030]步骤S1中，优选对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理，用于生成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层。进一步优选，将硼硅酸盐生物玻璃粉置于人体模拟体液中并施加直流电场，电流为100～300mA，时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物玻璃复合骨水泥的电场处理方法，其特征在于，包括步骤S1：对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理。2.根据权利要求1所述的一种生物玻璃复合骨水泥电场处理方法，其特征在于，对硼硅酸盐生物玻璃粉施加直流电场诱导表面预处理，用于生成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层。3.根据权利要求1或2所述的一种生物玻璃复合骨水泥电场处理方法，其特征在于，步骤S1中，将硼硅酸盐生物玻璃粉置于人体模拟体液中并施加直流电场，电流为100～300mA，时间为2～10h，以形成含扩散孔道的富硅玻璃相缓释膜层。4.根据权利要求1所述的一种生物玻璃复合骨水泥电场处理方法，其特征在于，还包括步骤S2：对由硼硅酸盐生物玻璃粉制成的生物玻璃复合骨水泥在固化后加载安全直流电场。5.根据权利要求4所述的一种生物玻璃复合骨水泥电场处理方法，其特征在于，对生物玻璃复合骨水泥在固化后加载安全直流电场，用于调控硼硅酸盐生物玻璃复合骨水泥中活性离子释放速度和矿化速度。6.根据权利要求5所述的一种生物玻璃复合骨水泥电场处理方法，其特征在于，步骤S2中，在生物玻璃复合骨水泥在固化后，施加安全直流电场调控生物玻璃复合骨水泥中活性离子释放速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：林健，姚爱华，朱子旻，张敏慧，张轩宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：