一种多功能介孔生物材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能介孔生物材料及制备方法。由外部包绕介孔结构与内部呈“卷心菜”结构共同构成的非晶玻璃态颗粒物，外部包绕环形介孔孔径在5～25nm，内部“卷心菜”结构间隙孔距在30～200nm；该介孔生物材料主要成分为SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种多功能介孔生物材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种用于急救创伤止血、抗菌、软组织创伤修复、骨缺损再生修复的独特多孔结构的多功能生物材料，属于体表、体内软/硬组织创伤再生修复、急救生物材料领域。

技术介绍

[0002]在我国每年有数百万的人死于因车祸、摔伤、砸伤、自然灾害、手术中或手术后以及其它突发事件造成的失血过多、组织坏死/感染以及骨缺损不愈合、延迟愈合等。尤其是近年来我国老龄化加速，以及各种不良生活习惯日益盛行，造成慢性炎症、器官病变或损伤等，都会引起各种组织、器官损坏或切除后重建修复问题。因此，对各种人体组织损伤、创伤实现快速止血、炎症控制、感染防控并促进受损组织、器官再生修复或者愈合，是临床最需要的治疗方案和人工干预策略。
[0003]目前常用的人工生物材料主要是敷料、止血带、绷带、高分子材料、无机非金属陶瓷、生物活性玻璃、可降解合金以及大量不可降解金属和合金。尽管一些常规敷料(如壳聚糖、明胶、胶原蛋白)价格低廉、使用相对方便，并能有效覆盖创伤表面，能够从物理上阻断一部分创伤性出血、隔离细菌感染，但是对于出血量速度较快、出血量较大的创伤情况，则存在局限性，并且在各种止血材料和敷料使用中易造成伤口粘连，引起创面炎性反应时间长、更换困难。同时，这类生物材料对大的组织创伤愈合修复的刺激活性极为有限，不能有效防控患者自身慢性病变和炎症条件下的组织创伤修复。因此，开发能快速、安全、有效的针对创伤止血、促进创伤愈合并协同防控炎症、感染的多功能介孔生物材料或方法将是临床医学和生物医学面临的长期挑战。
[0004]近年来，大量研究证明，一些人体机体代谢必需的无机离子能够调节炎症、有效抑菌甚至杀菌，或者促进血管化和创伤愈合、修复。譬如，人们发现铜、锌等能够有效抗菌，镁离子、锌离子具有调控炎症功能，硅、硼、铜、镁、锌等可以调节血管内皮细胞因子和促进血管生长功能，钙、硅、锶、镁、锌等可以调节成骨相关因子表达和骨再生效率，改善骨密度或提升骨强度等，此外，钠、钾离子还可以调节生物玻璃类材料的降解性。并且，大量研究证实介孔结构的非晶玻璃态材料具有止血功能，并可以促进软组织再生愈合。但是，如何有机协调各种功能，解决各种软、硬组织创伤修复，并同步防控炎症和感染问题，是生物医用材料制备科学领域的棘手问题。譬如各种事故造成软、硬组织损伤存在炎症反应不同步演变问题，尤其是硬组织内因细菌聚集引起生物膜形成使得感染无法有效根除，都是组织创伤修复中需要严密关注的问题，不少抗炎症、抗感染药物使用对患者生理机能造成不良影响，甚至引起耐药性问题。这些问题都是传统生物材料和器械产品没有兼顾的问题。
[0005]根据现有技术研究来看，迫切需要探索在化学组成、理化性能以及生物学效应上均满足临床上人体内各种创伤内各种病理反应及并发症、副反应的协同防控性多功能性材料，这样的材料不仅具备在细胞及分子水平上实现对人体细胞的相容性，并主动调控血管化，同时材料的微结构、尤其是孔道相互贯通条件下的多孔材料在促凝血、促进创伤愈合、
防治感染以及了解炎症免疫反应当面同步发挥其效应。显然，依赖于既往的常规高比表面积的无机颗粒常规材料，如微孔铝硅酸盐、介孔硅、介孔生物玻璃、生物活性陶瓷以及高分子材料等材料都无法满足，只有在化学组成、微结构上通过创新设计和优化构建，才能成为新一代多功能介孔生物材料，解决大量临床软、硬组织创伤急救、再生修复和并发症防控问题。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中缺失的技术空白，本专利技术提出了一种多功能介孔生物材料及制备方法，具有独特多孔结构，用于促进各类软、硬组织创面愈合或再生修复，尤其是能用于慢性病变环境下存在炎症问题的创面高效抑菌、防感染并快速愈合修复，填补了现有技术的空白。
[0007]本专利技术的双孔道微结构使得其颗粒物外部具有极高比表面并且内部具有尺寸更大的孔道，对创伤出血具有极为高效的促凝血能力，并能够吸附组织再生性细胞的活性因子，有利于细胞粘附、生长、增殖和分化，并且这类材料可降解吸收，还完全生物相容。
[0008]此外，通过调节材料的煅烧温度、钠/钾离子含量水平，以及调控介孔结构，使得材料的组成、微结构设计极其有利于释放的人体生理必需并能高效抑菌的无机离子组合物。
[0009]本专利技术材料解决了快速止血、高效抑菌、长效抗感染和促进软/硬组织多种功能协同再生修复的多种功能需求，从而达到理想的多功能介孔生物材料标准，为解决临床问题提供了优越的新型多功能介孔生物材料。
[0010]本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一、一种多功能介孔生物材料：
[0012]所述多功能介孔生物材料是独特的介孔结构颗粒物，具有位于内部的“卷心菜”结构和位于外部的包绕介孔结构。
[0013]所述的内部的“卷心菜”结构中相邻卷心片之间的间隙孔距在30～200nm。
[0014]所述的外部的包绕介孔的孔径为5～25nm。
[0015]本专利技术所述的介孔结构超细颗粒物为100nm～180μm的超细粉末的一次造粒颗粒物或300μm～3mm的二次造粒颗粒物。
[0016]一次造粒颗粒物的颗粒度大小为100nm～180μm，二次造粒颗粒物的颗粒度大小为300μm～3mm。
[0017]外部的包绕介孔和内部的“卷心菜”构成的所述孔道结构化学物质为非晶玻璃态。
[0018]所述多功能介孔生物材料的主要成分为SiO2‑
B2O3‑
CaO。
[0019]所述多功能介孔生物材料还含有P2O5、CuO、MgO、ZnO、SrO、Li2O、Na2O和/或K2O其中的一种或者多种。
[0020]所述的介孔结构颗粒物中各组分的摩尔份数为：
[0021]SiO
2 24～60份
[0022]B2O
3 4～30份
[0023]CaO 10～40份
[0024]P2O
5 0～6份
[0025]MgO 0～10份
[0026]CuO 0～5份
[0027]ZnO 0～10份
[0028]SrO 0～10份
[0029]Li2O 0～5份
[0030]Na2O 0～5份
[0031]K2O 0～5份。
[0032]本专利技术是以硅、硼的氧化物SiO2和B2O3为孔道骨架，以及其它多元氧化物在骨架结构中杂化的非晶玻璃态超细颗粒物构成，超细颗粒物以“卷心菜”结构作为内核，并以包绕的介孔孔道结构为外层形成的近似球形颗粒，超细颗粒物可以通过二次造粒形成微米到毫米级大颗粒物。
[0033]所述的多功能介孔生物材料采用模板剂介导的溶胶
‑
凝胶方式制备，以及再经二次造粒后制备获得颗粒物。所述的模板剂种类没有严格的限制，只要不影响“卷心菜”结构
‑
包绕介孔结构生成的活性剂均可以作为模板剂用于该多功能介孔生物材料的合成。
[0034]本专利技术利用微结构导向剂采用溶胶
‑
凝胶方式制备具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能介孔生物材料，其特征在于：所述多功能介孔生物材料是介孔结构颗粒物，具有位于内部的“卷心菜”结构和位于外部的包绕介孔结构。2.根据权利要求1所述的一种多功能介孔生物材料，其特征在于：所述的内部的“卷心菜”结构中相邻卷心片之间的间隙孔距在30～200nm。所述的外部的包绕介孔的孔径为5～25nm，外部的包绕介孔和内部的“卷心菜”构成的所述孔道结构化学物质为非晶玻璃态。3.根据权利要求1所述的一种多功能介孔生物材料，其特征在于：所述多功能介孔生物材料的主要成分为SiO2‑
B2O3‑
CaO。4.根据权利要求3所述的一种多功能介孔生物材料，其特征在于：所述多功能介孔生物材料还含有P2O5、CuO、MgO、ZnO、SrO、Li2O、Na2O和/或K2O其中的一种或者多种。5.一种多功能介孔生物材料的制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：1)将微结构导向剂加入到去离子水中，搅拌溶解后用酸溶液调节pH值，继续搅拌至溶液澄清；2)再将正硅酸乙酯加入并充分水解，然后依次加入磷源、硼源和可溶性金属盐，密闭充分搅拌得到溶胶；3)将溶胶进行干燥处理，然后煅烧获得粉末，将粉末再球磨得到玻璃态的介孔粉末，将玻璃态的介孔粉末进行二次造粒制成的颗粒物作为所述多功能介孔生物材料。6.根据权利要求5所述的一种多功能介孔生物材料的制备方法，其特征在于：方法具体为：1)将微结构导向剂按1:(20～30)的质量比加入到去离子水中，在10～60℃下机械搅拌溶解，用酸溶液调节溶液的pH值至1.0～3.0，继续搅拌至溶液澄清；2)再将正硅酸乙酯加入上述溶液中并充分水解，依次加入磷源、硼源和可溶性金属盐，密闭并且在环境温度为40～95℃条件下充分搅拌4～36小时，得到均匀的溶胶；3)将步骤2)得到的溶胶在60～160℃下干燥处理，然后在550～750℃下煅烧，煅烧后球磨得到玻璃态的介孔粉末，将玻璃态的介孔粉末进行二次造粒制成的颗粒物作为所述多功能介孔生物材料。7.根据权利要求5所述的一种多功能介孔生物材料的制备方法，其特征在于：所述的微结构导向剂为聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物，优选Pluronic P123(PEO20
‑
PPO70<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟中入，杨贤燕，徐三中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：