生物活性玻璃制造技术

本发明专利技术涉及包括锶和二氧化硅的生物活性玻璃、用于制造所述生物活性玻璃的工艺以及所述生物活性玻璃在医学上的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】第l/34页生物活性玻璃本专利技术涉及包括锶的生物活性玻璃、用于制造该生物活性玻璃的工艺 以及该生物活性玻璃在医学上的用途。生物学上活性的(或生物活性的)材料是一种这样的材料，当其被植 入到活体组织中时，使得材料与周围组织之间形成界面结合。更具体地说， 生物活性玻璃是一组设计成诱发生物活性的表面活性的玻璃-陶瓷，所述 生物活性使得生物活性玻璃与诸如骨骼等的活体组织之间形成牢固的结合。1969年，在钠_氧化钓-磷-石英玻璃(soda-calcia-phospho-silica glass)中首先观察到了硅酸盐玻璃的生物活性，使得包含钙盐、亚磷的、 钠盐和硅的生物活性玻璃的发展。这些玻璃包含Si02 (40%-52% )、 CaO (10%-50%)、 Na20 (10% -35% )、 P205 (2% -8% )、 CaF2 (0-25% ) 和B203 (0- 10 % )。 Si02 - P205 - CaO - Na20生物玻璃的具体实施例被制 造成Bioactive glass 。生物活性玻璃的生物活性是在生理条件下，玻璃表面上的一系列复杂 的生理化学反应的结果。当接触到体液时，发生阳离子交换，其中来自玻 璃的间隙Na+和Ca+被来自溶液的质子代替，形成表面硅烷醇基和非化学 计量的氢键键合的复合体。界面pH变得更碱性且表面硅烷醇基的浓度增 大，使得硅烷醇物质缩聚到富含二氧化硅的表面层内。玻璃-溶液界面处 的碱性pH有利于碳酸羟基磷灰石(carbonated hydroxyapatite ) ( HCA)相 的沉淀和结晶。这通过在二氧化硅表面上发生的网络(network)溶解过程 中，将Cah和PO,离子释放到溶液中来辅助。HCA晶粒成核并结合到诸 如黏多糖、骨胶原和糖蛋白等界面代谢物。向正在生长的HCA和Si02层 内引入有^L生物成分刺激了到活体组织的结合。已经显示出生物活性玻璃中具有已知作用的基因，例如诱导成骨细胞增殖并促进细胞基质附着的那6些基因编码产物，来刺激成骨细胞的生长和分化。碳酸羟基磷灰石(hydroxycarbonated apatite ) (HCA)层在玻璃表面上 的扩展速率提供了生物活性的体外指标。此指标的使用是以表明了为实现 与硬组织结合所需要的羟基磷灰石的最小形成速率的研究为基础的(参 见，侈'H口， Hench， Bioactive Ceramics (生4勿;舌'I"生陶^;),在Bioceramics: Material Characteristics Versus In Vivo Behavior (生物陶资材并+特'l"生^j"体 内行为)(P. Ducheyne & J.E. Lemons编辑，1988),第54-71页中)。通过使 用非生物的溶液可以有效地检验生物活性，此非生物的溶液模拟了体内相 关的植入部位中存在的流体组合物。已经使用多种这样的溶液进行了研 究，这样的溶液包括模拟体液(SBF )和Tris -緩冲溶液，模拟体液如Kokubo T, J. Biomed. Mater. Res. 1990; 24; 721-735中所描述的。Tris -緩沖溶液是 单纯的有机緩冲溶液，而SBF是具有的离子浓度几乎等于人体血浆的离子 浓度的緩冲溶液。将HCA层沉积在暴露于SBF的玻璃上是一种已获承认 的生物活性测试法。当玻璃颗粒暴露于SBF时，HCA层的扩展速率可以 通过使用傅立叶变换红外光谱、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、拉曼 光谱或X射线粉末衍射来跟踪(参见，例如，Warren, Clark & Hench, Quality Assurance of Bioactive glass(生物活性3E皮璃的质量寸呆i正).sup.(R) powders, 23 J. Biomed. Mat.Res,App.Biomat. 201(1989))。HCA的化学特性适合于取代，使得例如羟基被碳酸盐或诸如氟化物和 氯化物等的卣化物所取代。形成的HCA层从结构上和从化学上都等同于 骨的矿物相并允许生物活性玻璃的表面与活体组织之间产生界面结合。碳 酸羟基磷灰石是生物活性的，且将会支持骨向内生长和骨性结合。因此，生物活性玻璃在制备合成的骨移植材料方面存在许多医学应 用，这些合成的骨移植材料用于一般的矫形外科修复、颅面修复、上颌面 修复和牙周^"复，以及骨组织工程支架。生物活性玻璃可以与活体组织相 互作用，活体组织包括诸如骨骼的硬组织和软结締组织。使用两种常规的玻璃制造技术已经制造出生物活性玻璃，这两种技术 诸如熔融淬火法(melt quench method)以及最近的，溶胶凝胶技术，如 US 5,074,916和US 6,482,444中描述的，这两个专利都讨i仑了4吏用溶月交凝胶技术制造生物活性玻璃。由于Bioactive glass⑧的发展，已经对初始的组合物做出了许多改变。 许多生物活性的石英玻璃是基于称为"45S5"的配方，"45S5"表示45 wt% 的二氧化硅(Si02)且钩(Ca)对磷(P)的摩尔比为5: 1。然而，这些 组分的比率的变化以及包含诸如氧化硼(B203 )和氟化钓(CaF2)等其他 组分已允许改变生物活性玻璃的特性，所述特性包括溶解速率和生物活性 水平。目前可利用的生物活性玻璃组合物的数目是有限的。大多数生物活性 玻璃组合物含有氧化钠(Na20)且还可以含有氧化钾(K20)。将这些化合 物引入到生物活性玻璃中对玻璃的制造是有优势的，因为它们降低了生物 活性玻璃的熔融温度。熔融温度的这种降低允许以较低的能量水平制造生 物活性玻璃并减少对制造设备的损坏。然而，在生物活性玻璃中以高浓度存在的石威金属钠和钾可以减少生物 活性玻璃在体内的有效性。具体地说，基于含有高碱金属含量的生物活性 玻璃的生物活性玻璃复合材料对由渗透作用造成的水吸收是壽文感的，这导 致聚合物基质的溶胀和开裂且在可降解聚合物复合材料的情况下，可以表 现出增大的降解水平。这种生物活性玻璃可能由于石威金属的存在所导致的 增大的生物活性玻璃的热膨胀系数而不适合用作金属假体的涂层。而且， 高水平的碱金属使得生物活性玻璃不适合用于生物活性的多孔支架和生 物活性玻璃涂层(bioactive glass coating)的制造，因为存在的高水平的碱 金属减少了生物活性玻璃的玻璃化转变温度(Tg)和起始结晶温度之间的 差值，这导致玻璃烧结过程中出现结晶以及随后，生物活性通常降低。具有较低水平碱金属的可选择的生物活性玻璃在本领域中是已知的。 具体地i兌，已经7>开的生物活性玻璃包括54 mol。/o以上的Si02和10 mol % WNa20。然而，这种玻璃为了生物活性而要求添加氟化钩。US 5,120,340 和EP 0802890中已经报道了含有小于12 mol%Na20的玻璃，然而，这些 玻璃表现出降低的生物活性。这归因于下述事实本领域报道的具有低碱 金属含量的玻璃通常含有较高水平的二氧化硅，这可以增加网络连接性 (Network Connectivity)且对玻璃的生物活性具有有害的影响。为了提高用于体内应用、包括上述那些应用的生物活性玻璃的适宜性，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物活性玻璃，其包括Ｓｒ和ＳｉＯ↓［２］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特格雷厄姆希尔，莫利莫拉格史蒂文斯，
申请(专利权)人：帝国创新有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]