專利名稱：一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，屬于介孔材料與骨組織工程用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研制和尋找合適的骨替代材料，一直是生物醫(yī)用材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題。自然骨的主要成分是由70%具有納米規(guī)則排列的無機(jī)成分和30%高分子膠原纖維成分構(gòu)成，其無機(jī)組分主要是鈣和磷。基于仿生的概念，在具有骨缺損修復(fù)功能的無機(jī)生物活性材料中，生物活性玻璃以接近或類似于自然骨成分，是目前研究骨修復(fù)、支架材料較多的一種生物活性材料。生物活性玻璃主要組成成份為二氧化硅、氧化鈣和五氧化二磷，也 可添加少量的Na2O, K20，MgO，Al2O3等，最早由美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Hench L. L.教授發(fā)現(xiàn)的 45S5,商品名 bioglass ( L. L. Hench, R. J. Splinter, J Biomed Mater Res Symp,1971 (2) : 117-141)，用于臨床上可與人體骨自組織產(chǎn)生化學(xué)鍵合，具有良好的骨修復(fù)效果，且對(duì)人體無不良反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，研究人員采用玻璃微晶技術(shù)添加堿金屬成功開發(fā)了Ceravitale微晶玻璃，A~t微晶玻璃，Bioverit 微晶玻璃。隨著溶膠凝膠技術(shù)和納米科技的興起，生物活性玻璃逐步經(jīng)歷了由納米級(jí)別生物活性玻璃到介孔級(jí)別生物活性玻璃(Mesoporous bioactive glass, MBG )的演變。介孔生物活性玻璃具有高的比表面積，均一的孔徑和規(guī)整的介孔孔道排列，與傳統(tǒng)生物玻璃相比，生物相容性較高、可降解性較強(qiáng)，可用于以填充材料或者涂層方式實(shí)現(xiàn)骨組織替換、修復(fù)，及其用于裝載藥物實(shí)現(xiàn)祀向緩釋等(X. X. Yan, C. Z. Yu, D. Y. Zhao, Angew ChemInt Ed, 2004(43) : 5980-4 )。介孔生物活性玻璃的結(jié)構(gòu)在介觀尺度上是高度有序的，即在孔道排列上是有序的，但鑒于無定形硅骨架的存在使得介孔生物活性玻璃仍然呈現(xiàn)無定形態(tài)。這使得介孔生物活性玻璃在力學(xué)和機(jī)械強(qiáng)度上更接近于無定形態(tài)而不同于具有微晶的微晶玻璃，應(yīng)用于臨床試驗(yàn)時(shí)往往達(dá)不到承受硬組織的力學(xué)要求。然而，目前采用玻璃微晶技術(shù)針對(duì)介孔生物活性微晶玻璃的制備卻少見報(bào)道，多以介孔生物活性玻璃與高分子材料復(fù)合制備骨多孔支架以提高材料的力學(xué)性能與生物性能。本發(fā)明所述的介孔生物活性微晶玻璃為硅鈣磷基礎(chǔ)上的多組分可調(diào)的微晶玻璃材料，既具備微晶性質(zhì)又不失其介孔結(jié)構(gòu)，具有較高的生物活性、生物降解性和生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的同的在于提供一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法。該方法以殼聚糖為晶化前驅(qū)物，結(jié)合模板劑自組裝制備獲得，操作簡(jiǎn)單易行，工藝參數(shù)易于控制。所得到的介孔生物活性微晶玻璃為蠕蟲狀顆粒，晶體為納米針狀的羥基磷灰石納米晶，組分可調(diào)可控。介孔孔道為呈現(xiàn)六方相的有序結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積和孔容，具有良好的生物活性和生物降解性。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟
該方法的步驟如下
(1)前軀體溶液的制備將模板劑、超純水、殼聚糖混合，用鹽酸調(diào)整PH值至0.4 1，攪拌溶液至澄清，模板劑的濃度在O. 02 O. 03克/毫升，殼聚糖的用量濃度為O. 006 O. 03克/毫升，將生物活性玻璃組成的硅源、鈣源、磷源按摩爾比加入澄清溶液中，30 50°C攪拌3 8小時(shí)；
(2)水熱晶化將步驟(I)中制得的反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜在160 180°C條件保溫5 24小時(shí)；
(3)模板劑的去除將步驟(2)反應(yīng)后的產(chǎn)品經(jīng)過濾、去離子水洗滌后，80°C烘干，在馬氟爐中在550 700°C溫度下煅燒5 12小時(shí)，即得介孔生物活性微晶玻璃。所述的硅源:鈣源:磷源的摩爾比為(60 90) : (6 36) : (4 5)。 所述的模板劑為聚環(huán)氧乙烯作為親水嵌段、長(zhǎng)鏈烷烴作為疏水基的離子表面活性齊U，其分子式為=EOnPOniEOn, n=20 132，m=30 70，其中PO為環(huán)氧丙烯，EO為環(huán)氧乙烯。所述的硅源為正硅酸乙酯[Si (OC2H5) 4]、正硅酸甲酯[Si (OCH3) 4]或正硅酸丁酯[Si (OC4H9) 4]。所述的磷源為磷酸三乙酯[(C2H5)3PO4]或磷酸三甲酯[(CH3)3PO4L所述的鈣源為鈣源為四水硝酸鈣[Ca(NO3)2 · 4H20]，氯化鈣[CaCl2]或有機(jī)鈣源[Ca (OC2H5) 2]。本發(fā)明具有的有益效果是
1.通過改變硅源鈣源磷源的摩爾比來調(diào)控介孔生物活性微晶玻璃的不同成分；
2.通過引入殼聚糖來促進(jìn)晶化，調(diào)節(jié)不同殼聚糖濃度、不同水熱晶化溫度和時(shí)間來控制納米針型的羥基磷灰石晶體的粒徑大?。?br> 3.在硅鈣磷基礎(chǔ)上強(qiáng)酸條件下合成的介孔生物活性微晶玻璃，孔徑分布均一可調(diào)，孔徑2 30納米，六方相空間群結(jié)構(gòu)，具有較高的比表面積和較大孔容。本發(fā)明可以通過改變殼聚糖的不同添加量、不同晶化溫度和時(shí)間來控制羥基磷灰石納米晶的大小，該制備方法條件簡(jiǎn)單、易于操作。本發(fā)明的方法制得的介孔生物活性微晶玻璃形貌呈現(xiàn)為蠕蟲狀粉末，長(zhǎng)度在I微米到10微米之間，直徑在100納米到400納米之間，所制得的羥基磷灰石晶粒在納米尺度上呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)。并且具有可控的介觀結(jié)構(gòu)和孔隙度，孔徑在2 30納米間均一可調(diào)，比表面積為300 500平方米/克，孔容為O. 3
O.7立方厘米/克。


圖I是實(shí)施例I制備的介孔生物活性微晶玻璃的XRD譜圖。圖2是實(shí)施例2制備的介孔生物活性微晶玻璃的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。圖3是實(shí)施例3制備的介孔生物活性微晶玻璃的透射電鏡圖。圖4是實(shí)施例4制備的介孔生物活性微晶玻璃的紅外譜圖。圖5是實(shí)施例6制備的介孔生物活性微晶玻璃的氮?dú)馕?脫附曲線及孔分布曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例I :
將I. 5克模板劑P123、殼聚糖O. 5克加入并溶于60毫升超純水中，鹽酸調(diào)pH值至1，攪拌溶液至澄清。然后加入4. 25克正硅酸乙酯、O. 47克磷酸三乙酯、2. 97克硝酸鈣，30°C攪拌3小時(shí)，然后轉(zhuǎn)入100毫升反應(yīng)釜中，于160°C反應(yīng)8小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在550 °C煅燒12小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源鈣源磷源摩爾比為60 36 4)。實(shí)施例2: 將I. 5克模板劑P123、殼聚糖I克溶于50毫升超純水，鹽酸調(diào)pH值至O. 5，攪拌溶液 至澄清。然后加入4. 14克正硅酸甲酯、O. 45克磷酸三甲酯、I. 24克四水硝酸鈣，40°C攪拌5小時(shí)，轉(zhuǎn)入100毫升反應(yīng)釜中，于160°C反應(yīng)15小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在600 V煅燒10小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源韓源磷源摩爾比為80 :15 :5)。實(shí)施例3
將3克模板劑F127、殼聚糖O. 8克溶于150毫升超純水中，鹽酸調(diào)pH值至O. 4，攪拌溶液至澄清。然后加入19. 7克正硅酸丁酯、O. 98克磷酸三乙酯、O. 47克氯化鈣，40°C攪拌5小時(shí)，轉(zhuǎn)入200毫升反應(yīng)釜中，于170°C反應(yīng)8小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在650 1煅燒8小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源韓源磷源摩爾比為90 6 4)。實(shí)施例4
將3克模板劑F108、殼聚糖2克溶于120毫升超純水中，鹽酸調(diào)pH值至O. 6，攪拌溶液至澄清。然后加入9. 94克正硅酸乙酯、O. 98克磷酸三乙酯、2. 02克氯化鈣，50°C攪拌8小時(shí)，轉(zhuǎn)入200毫升反應(yīng)釜中，于180°C反應(yīng)5小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在700 °C煅燒5小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源鈣源磷源摩爾比為70 26 4)。實(shí)施例5
將2克模板劑F65、殼聚糖I. 5克溶于80毫升超純水中，鹽酸調(diào)pH值至I，攪拌溶液至澄清。然后加入7. 59克正硅酸乙酯、O. 50克磷酸三甲酯、O. 83克氯化鈣，50°C攪拌6小時(shí)，轉(zhuǎn)入200毫升反應(yīng)釜中，于170°C反應(yīng)16小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在650 °C煅燒12小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源鈣源磷源摩爾比為80 16 4)。實(shí)施例6
將2克模板劑F85、殼聚糖3克溶于80 ml超純水中，鹽酸調(diào)pH值至O. 4，攪拌溶液至澄清。然后加入5. 89克正硅酸甲酯、O. 8克磷酸三乙酯、I. I克硝酸鈣，50°C攪拌8小時(shí)，轉(zhuǎn)入200毫升反應(yīng)釜中，于180°C反應(yīng)10小時(shí)，過濾、洗滌于60 °C干燥，在700 °C煅燒10小時(shí)去除模板劑，即得介孔生物活性微晶玻璃(硅源鈣源磷源摩爾比為85 10 5)。上述實(shí)施例中，P123為 EO20PO70EO20, F127 為 EO106PO70EO106, F108 為 EO132PO50EO132,F65 為 EO2qPO3qEO2q, F85 為 EO26PO39EO26, EO 為環(huán)氧乙烯，PO 為環(huán)氧丙烯。
權(quán)利要求
1.一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于，該方法的步驟如下(1)前軀體溶液的制備將模板劑、超純水、殼聚糖混合，用鹽酸調(diào)整PH值至0.4 1，攪拌溶液至澄清，模板劑的濃度在O. 02 O. 03克/毫升，殼聚糖的用量濃度為O. 006 O.03克/毫升，將生物活性玻璃組成的硅源、鈣源、磷源按摩爾比加入澄清溶液中，30 50°C攪拌3 8小時(shí)； (2)水熱晶化將步驟(I)中制得的反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜在160 180°C條件保溫5 24小時(shí)； (3)模板劑的去除將步驟(2)反應(yīng)后的產(chǎn)品經(jīng)過濾、去離子水洗滌后，80°C烘干，在馬氟爐中在550 700°C溫度下煅燒5 12小時(shí)，即得介孔生物活性微晶玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的娃源1 丐源磷源的摩爾比為(60 90) : (6 36) : (4 5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的模板劑為聚環(huán)氧乙烯作為親水嵌段、長(zhǎng)鏈烷烴作為疏水基的離子表面活性劑，其分子式為=EOnPOniEOn, n=20 132，m=30 70，其中PO為環(huán)氧丙烯，EO為環(huán)氧乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸丁酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的磷源為磷酸三乙酯或磷酸三甲酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法，其特征在于所述的鈣源為鈣源為四水硝酸鈣，氯化鈣或有機(jī)鈣源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有序介孔生物活性微晶玻璃的制備方法。該方法包括如下步驟前軀體溶液的制備；水熱晶化；有機(jī)模板的去除。這類新型介孔生物活性微晶玻璃所用的硅源鈣源磷源的摩爾比為(60～90):(6～36):(4～5),是由針狀羥基磷灰石納米晶體構(gòu)成的微晶玻璃，具有可控的介觀結(jié)構(gòu)和孔隙度，孔徑在2～30納米間均一可調(diào)，比表面積為300～500平方米/克，孔容為0.3～0.7立方厘米/克。本發(fā)明采用水熱晶化法結(jié)合模板劑自組裝制備的介孔生物活性微晶玻璃操作過程簡(jiǎn)易、工藝簡(jiǎn)單可調(diào)，具有良好的生物活性、生物相容性和一定的可降解性。制備所得的新型介孔生物活性微晶材料可應(yīng)用于骨組織工程上的骨修復(fù)材料、藥物緩釋載體材料和骨組織工程支架材料。
文檔編號(hào)A61L27/10GK102923957SQ20121050228
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者劉濤, 馮新星, 陳建勇, 賴冬志, 朱海霖 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué), 中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所