一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法.pdf

一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，它涉及一种生物活性玻璃的制备方法。它解决了现有复合孔生物活性玻璃材料存在机械性能较差、成骨速度慢、操作复杂和成本高；而采用珊瑚作为移植材料也存在成骨速度较慢的问题。方法：一、将三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加正硅酸乙酯、硝酸钙和三磷酸乙酯，搅拌得溶液A；二、珊瑚洗涤后浸没到缓冲溶液中，洗涤干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中，得非晶材料；四、非晶材料煅烧即得。本发明所得材料的成骨时间缩短为12h，材料的生物相容性、机械强度方面均达到了骨修复材料的要求，所采用的设备简单，原料价格低廉。

1.  一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法按以下步骤实现：一、将3～5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5～7g正硅酸乙酯、1～2g硝酸钙和0.5～1g三磷酸乙酯，搅拌1～5h得溶液A；二、珊瑚用去离子水洗涤，然后浸没到浓度为0.1～0.3mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中5～12h，再用去离子水洗涤，干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中2～6h，取出后室温下干燥，重复操作浸没和干燥1次，然后再浸没到溶液A中2～6h，取出后用去离子水冲洗3～5次，得非晶材料；四、将非晶材料放入马福炉中，在500～600℃下煅烧4～6h，即完成羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备；其中步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由50～60mL无水乙醇和0.5～1.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。

2.  根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤一中将3.5～4.5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5.5～6.5g正硅酸乙酯、1.2～1.8g硝酸钙和0.6～0.9g三磷酸乙酯，搅拌2～4h得溶液A。

3.  根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤一中将4g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入6g正硅酸乙酯、1.5g硝酸钙和0.8g三磷酸乙酯，搅拌3h得溶液A。

4.  根据权利要求1、2或3所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由52～58mL无水乙醇和0.8～1.2mL浓度为2mol/L的盐酸组成。

5.  根据权利要求1、2或3所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由55mL无水乙醇和1mL浓度为2mol/L的盐酸组成。

6.  根据权利要求5所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤二中浸没到浓度为0.2mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中8h。

7.  根据权利要求6所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在520～580℃下煅烧4.5～5.5h。

8.  根据权利要求6所述的一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法，其特征在于步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在550℃下煅烧5h。

一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物活性玻璃的制备方法。
背景技术
生物活性玻璃(MMBG)是目骨组织修复材料研究的热点之一，它具有良好的生物活性和生物相容性。其主要成分包括CaO-P₂O₅-SiO₂-MO(M=Na、Mg,等)，植入人体后，通过体液的循环，生物活性玻璃能与软组织以及骨之间发生离子交换，使材料界面与人体骨组织之间形成化学键合，这种离子交换起到了矿化作用，最终形成与正常骨组织的矿物质形态一样的羟基磷灰石(HA)层，从而能够诱导更迅速的骨修复与再生。
因此，生物活性玻璃在作骨组织工程支架方面具有很更高的研究及应用价值。骨修复材料应用于人体，必须与人体组织相接触，由此引起活性组织、细胞、蛋白等对材料产生响应。植入体内的骨生物材料在人体复杂的生理环境中长期受物理、化学、生物等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此理想的骨修复材料从孔结构上讲要具备以下特点：(1)具有大孔、介孔复合孔道结构体系，其中三维大孔相，孔径在10-1000μm，有益于骨细胞、血管组织的繁殖生长和成骨矿化作用；同时，大孔结构亦有利于药物、营养物的转运、传输以及多功能组装；介孔相(2-10nm)较大的比表面积和孔容，丰富的表面硅羟基可提供较多的活性位点，同时表面的可修饰性使介孔相能组装丰富的生物活性物质，如成骨缩氨酸、骨生长因子和抗生素等多种生物活性物质，亦有利于组装的药物或营养物的定位缓释；(2)具有良好的生物相容性，可诱导成骨性能，与新骨形成相匹配的生物可降解性；(3)具有一定的机械强度。
国内外关于复合孔生物活性玻璃制备的报道很少。Yun等人以不同分子量的聚合物甲基纤维素为大孔模板，以嵌段共聚物为介孔模板，合成了大孔(50-200μm)/介孔复合孔生物活性玻璃材料，这一材料对细胞有较好的粘附作用，不影响细胞的增值，但机械性能较差，且成骨速度长达7天。Yunos等人采用聚氨基甲酸酯为大孔模板，以嵌段共聚物为介孔模板，用TiO₂和PLGA作为为包裹剂，该材料具有很好的生物相容性和械强度，但操作复杂，花费较高(尤其是PLGA，价格约为1g=3000元)，且该方法需要高温热处理(1000～1500℃)，对工艺、设备要求较高，导致制备成本高；这些都制约了生物活性玻璃的工业化生产。
目前，珊瑚由于具有良好的机械强度和适当的孔尺寸，作为移植材料已被广泛的应用于骨修复的治疗，但由于使用的珊瑚多为单纯的大孔相，导致成骨速度较慢。
发明内容
本发明目的是为了解决现有复合孔生物活性玻璃材料存在机械性能较差、成骨速度慢、操作复杂和成本高；而采用珊瑚作为移植材料也存在成骨速度较慢的问题，而提供一种羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法。
羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法按以下步骤实现：一、将3～5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5～7g的正硅酸乙酯、1～2g硝酸钙和0.5～1g三磷酸乙酯，搅拌1～5h得溶液A；二、珊瑚用去离子水洗涤，然后浸没到浓度为0.1～0.3mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中5～12h，再用去离子水洗涤，干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中2～6h，取出后室温下干燥，重复操作浸没和干燥1次，然后再浸没到溶液A中2～6h，取出后用去离子水冲洗3～5次，得非晶材料；四、将非晶材料放入马福炉中，在500～600℃下煅烧4～6h，即完成羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备；其中步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由50～60mL无水乙醇和0.5～1.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。
本发明制备的羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃作为骨修复材料，大孔孔径为300～500μm与松质骨孔径接近，有益于骨细胞、血管组织的繁殖生长和成骨矿化作用；介孔可以提供较大的比表面积和孔容，因此可以组装促骨生长及营养类药物；材料表面丰富的Si-OH则可以诱导HA的沉积，加速骨的生成，同时这种诱导成骨的作用起到了桥梁的作用，使得HA与人骨完美地融合为一体；浸泡于模拟体液中，12h即可形成花状的HA晶体，缩短了成骨的时间，从而降低了医疗成本，减轻患者的痛苦；此外材料的生物相容性、机械强度方面均达到了骨修复材料的要求。本发明羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备，所采用的设备简单，原料价格低廉，能够大批量生产。
附图说明
图1为具体实施十五中所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的电子显微镜图；图2为具体实施十五中所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的小角X射线衍射图；图3为具体实施十六中所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃浸泡于模拟体液中12h后电子显微镜的低倍图；图4为具体实施十六中所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃浸泡于模拟体液中12h后电子显微镜的高倍图；图5为具体实施十六中所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃浸泡于模拟体液中12h后的能谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法按以下步骤实现：一、将3～5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5～7g的正硅酸乙酯、1～2g硝酸钙和0.5～1g三磷酸乙酯，搅拌1～5h得溶液A；二、珊瑚用去离子水洗涤，然后浸没到浓度为0.1～0.3mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中5～12h，再用去离子水洗涤，干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中2～6h，取出后室温下干燥，重复操作浸没和干燥1次，然后再浸没到溶液A中2～6h，取出后用去离子水冲洗3～5次，得非晶材料；四、将非晶材料放入马福炉中，在500～600℃下煅烧4～6h，即完成羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备；其中步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由50～60mL无水乙醇和0.5～1.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。
本实施方式步骤二中珊瑚用去离子水洗涤的目的是除去表面的盐类物质。
本实施方式步骤二中浓度为0.1～0.3mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液
的pH值为7.4。
本实施方式步骤三中重复操作浸没和干燥1次是将将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中2～6h，取出后室温下干燥。
本实施方式中制备的羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃是作为骨修复材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将3g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5g正硅酸乙酯、1g硝酸钙和0.5g三磷酸乙酯，搅拌1h得溶液A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入7g正硅酸乙酯、2g硝酸钙和1g三磷酸乙酯，搅拌5h得溶液A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将3.5～4.5g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5.5～6.5g正硅酸乙酯、1.2～1.8g硝酸钙和0.6～0.9g三磷酸乙酯，搅拌2～4h得溶液A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将4g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入6g正硅酸乙酯、1.5g硝酸钙和0.8g三磷酸乙酯，搅拌3h得溶液A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由50mL无水乙醇和0.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由60mL无水乙醇和1.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由52～58mL无水乙醇和0.8～1.2mL浓度为2mol/L的盐酸组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由55mL无水乙醇和1mL浓度为2mol/L的盐酸组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二中浸没到浓度为0.2mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中8h。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在500℃下煅烧6h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在600℃下煅烧4h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在520～580℃下煅烧4.5～5.5h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中将非晶材料放入马福炉中，在550℃下煅烧5h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法按以下步骤实现：一、将3g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入5g正硅酸乙酯、1g硝酸钙和0.5g三磷酸乙酯，搅拌2h得溶液A；二、珊瑚用去离子水洗涤，然后浸没到浓度为0.1mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中12h，再用去离子水洗涤，干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中3h，取出后室温下干燥，重复操作浸没和干燥1次，然后再浸没到溶液A中3h，取出后用去离子水冲洗3次，得非晶材料；四、将非晶材料放入马福炉中，在500℃下煅烧6h，即完成羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备；其中步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由50mL无水乙醇和0.5mL浓度为2mol/L的盐酸组成。
本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃，如图1所示为大孔，孔径为300～500μm与松质骨孔径接近；可知，本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃作为骨修复材料，有益于骨细胞、血管组织的繁殖生长和成骨矿化作用；如图2所示有介孔存在，证明本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃为复合孔；可知，介孔可以提供较大的比表面积和孔容，可以组装促骨生长及营养类药物。
具体实施方式十六：本实施方式羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备方法按以下步骤实现：一、将4g的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇和盐酸的混合溶液中，然后依次加入6g正硅酸乙酯、1.5g硝酸钙和0.8g三磷酸乙酯，搅拌3h得溶液A；二、珊瑚用去离子水洗涤，然后浸没到浓度为0.2mol/L的NaHPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液中10h，再用去离子水洗涤，干燥后得到大孔羟基磷灰石；三、将大孔羟基磷灰石浸没到溶液A中4h，取出后室温下干燥，重复操作浸没和干燥1次，然后再浸没到溶液A中4h，取出后用去离子水冲洗4次，得非晶材料；四、将非晶材料放入马福炉中，在580℃下煅烧5h，即完成羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃的制备；其中步骤一中无水乙醇和盐酸的混合溶液由55mL无水乙醇和1mL浓度为2mol/L的盐酸组成。
本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃成骨性能测试：
将样品(本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃)浸泡于模拟体液(SBF，其离子浓度类似于人的血浆)中，然后放入聚乙烯烧杯并密封，在30～40℃下水浴恒温静止12h，再从SBF中取出样品后用无水乙醇洗涤，晾干；
测试结果如图3和4所示，12h后样品上形成花状的HA晶体，证明具有成骨性能，且缩短了成骨的时间，仅为12h；测试结果如图5所示，钙和磷沉积到样品的表面，且钙和磷的比值是1.63，这与HA的比值是相接近的，证明本实施方式所得羟基磷灰石/复合孔生物活性玻璃有良好的骨修复性能。