本發(fā)明涉及一種生物活性玻璃及其在骨修復中的應用，屬于生物材料
技術領域：
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背景技術：
：生物玻璃由于具有良好的骨誘導性和成骨性，目前已經成功用于骨組織的修復和治療過程中，尤其是牙周和整形外科領域。但是這種生物玻璃采用的合成方法——熔融萃冷法，反應溫度太高，降解速率緩慢，而且其在體液中ph值升高，不利于細胞的生存，因此有必要研究新型的生物材料及其制備方法。采用低溫溶膠凝膠法可以使各種前驅體溶膠溶液在分子水平混合，有利于對材料的結構和性能進行控制。其中磷的引入通?？梢蕴岣卟ＡУ慕到馑俣?，但是傳統(tǒng)方法制備出的磷硅酸基玻璃中具有生物活性的組分范圍相對較窄，通常限于較低的磷含量，限制了生物活性玻璃降解速率的提高。在使用溶膠凝膠法制備磷硅酸基玻璃時，通常發(fā)現磷的常用前驅體(如磷酸，磷酸三乙酯等)和鈣的常用前驅體(如硝酸鈣)相容性較差，容易引起沉淀從而發(fā)生相分離。為了實現磷前驅體和鈣前驅體的有效混合，人們有時候不得不選擇毒性較大的溶劑(如乙二醇)，并且降低前驅體的濃度，這樣在除溶劑的過程中會耗費大量的能源及時間，使得其實際操作性大大降低。在我們的前期研究中，我們選用新型低毒的磷前驅體植酸(肌醇六磷酸，分子式：c8h18o24p6)，可以有效地與硝酸鈣共溶，所用溶劑為水、乙醇及其混合物，毒性較小，溶劑去除溫度較低，可以有效克服傳統(tǒng)方法的缺點，具有重要的應用前景(中國專利 cn101921061b)。但該文獻中報道的方法制備的生物活性玻璃用于骨修復時存在類骨羥基磷灰石形成速度慢、成型量少等缺陷，生物相容性及促進成骨細胞增殖的能力均無法達到實際應用的水平，實用性不強，有待開發(fā)新型的適用于骨修復的材料。技術實現要素：本發(fā)明為了克服現有技術的不足，提供一種具備特定組成的生物活性玻璃，其特別適用于骨修復的領域。為了實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種p2o5-sio2-cao生物活性玻璃，其含有的組分和各組分的摩爾百分含量為：p2o5，5-20mol％；sio2，50-80mol％；cao，15-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根離子(no3-)的濃度為零，并且，氯離子(cl-)濃度為零。根據本發(fā)明，各組分的摩爾百分含量優(yōu)選為：p2o5，6-15mol％，更優(yōu)選8-15mol％；sio2，50-70mol％，更優(yōu)選50-60mol％；cao，20-40mol％，更優(yōu)選30-40mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根離子(no3-)的濃度為零，并且，氯離子(cl-)濃度為零。根據本發(fā)明，所述生物活性玻璃的組成為p2o5，10-12mol％；sio2，53-55mol％；cao，34-36mol％；其中，所述生物活性玻璃中的硝酸根離子(no3-)的濃度為零，并且，氯離子(cl-)濃度為零。根據本發(fā)明，所述p2o5來源于含磷前驅體，所述含磷前驅體為植酸。所述 cao來源于含鈣前驅體，所述含鈣前驅體為硝酸鈣(如四水硝酸鈣)或氯化鈣。所述sio2來源于含硅前驅體，所述含硅前驅體優(yōu)選為正硅酸乙酯。上述p2o5-sio2-cao生物活性玻璃的制備方法，所述方法包括以下步驟：(1)制備凝膠：配制前驅體溶膠溶液，放置得到凝膠；所述前驅體溶膠溶液中，含有含磷前驅體、含硅前驅體、含鈣前驅體和溶劑，所述含磷前驅體為植酸，所述含鈣前驅體為硝酸鈣(如四水硝酸鈣)或氯化鈣；(2)步驟(1)所得的凝膠進行陳化；(3)步驟(2)陳化后的物質進行燒結，其中，燒結溫度控制在70-120℃；(4)煅燒：將步驟(3)燒結后的物質在500℃以上處理0.5-3小時。根據本發(fā)明，步驟(1)中，所述配制前驅體溶膠溶液的步驟為：選用植酸作為含磷前驅體，正硅酸乙酯作為含硅前驅體，硝酸鈣(如四水硝酸鈣)或氯化鈣作為含鈣前驅體，水、乙醇、或乙醇和水的混合物作為溶劑；將含磷前驅體、含硅前驅體、含鈣前驅體和溶劑混合，放置直到凝膠化得到凝膠。優(yōu)選地，控制放置時的溫度為10-35℃(優(yōu)選30℃)，其凝膠時間為10-50天(優(yōu)選25天)。根據本發(fā)明，步驟(2)中，陳化溫度為25-60℃或室溫，陳化的具體條件是：25-60℃陳化2-7天(優(yōu)選陳化3-5天)，或者室溫長時間陳化，或者在25-60℃真空條件下陳化2-7天。陳化的目的在于使凝膠反應更充分及去除水和溶劑。根據本發(fā)明，步驟(3)中，燒結的條件還可以是80-100℃，燒結時間至少1天，例如2-14天，優(yōu)選3-10天，最優(yōu)選1周。燒結的具體條件是：70-120℃燒結1周，或者70-120℃真空條件下燒結1周。燒結的目的在于進一步除去剩余的溶劑。根據本發(fā)明，步驟(4)中，煅燒溫度為500-700℃，例如500-650℃，還可以為550-650℃；煅燒時間為0.5-5小時，優(yōu)選0.5-3小時，或者為1-2小時。煅燒的具體條件是：550℃以上處理0.5-3小時；優(yōu)選550-650℃處理0.5-3小時，更優(yōu)選600℃處理1-2小時。本發(fā)明進一步提供上述p2o5-sio2-cao生物活性玻璃作為骨填充材料的應用，其用于骨缺損部位的骨修復或骨填充材料，尤其是牙周外科和整形外科中的骨缺損部位的骨修復或骨填充材料。本發(fā)明的有益效果如下：1.本發(fā)明提出了一種全新結構和組成的p2o5-sio2-cao生物活性玻璃，該材料特別適用于骨修復中，具體而言，由于所述材料中去除了現有技術中類似材料中含有的硝酸根離子和氯離子，真正實現了所述材料在骨修復中的應用。2.本發(fā)明的p2o5-sio2-cao生物活性玻璃用于骨修復時，能夠促進羥基磷灰石的形成，具有穩(wěn)定的生理ph值，良好的細胞相容性，能夠促進其與骨組織間形成骨性鍵合。附圖說明圖1實施例1-2和對比例1中的生物活性玻璃中的硝酸根離子的表征；圖2實施例1和對比例1中的生物活性玻璃與sbf溶液反應不同時間的sem圖；圖3實施例1和對比例1中的生物活性玻璃與sbf溶液反應不同時間的xrd圖；圖4實施例1和對比例1中的生物活性玻璃的細胞毒性試驗結果；圖5實施例1和對比例1中的生物活性玻璃的細胞粘附性試驗結果。具體實施方式雖然申請人在先前的研究(中國專利cn101921061b)中已經提出了一種生物活性玻璃制備方法，但將該生物活性玻璃用于實際的骨修復中，發(fā)現其形成羥基磷灰石速度緩慢，而且具有較差的促進成骨細胞增殖能力；申請人經過大量研究發(fā)現，在先研究的制備方法中生成的生物活性玻璃中，含有殘余的硝 酸根離子和/或氯離子，而這些離子的存在嚴重影響了所述生物活性玻璃的實際使用，因此，本發(fā)明中提出了一種高效地去除所述離子的方法，通過所述方法制備的產品用于骨修復時取得了意想不到的效果。下面將結合實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細的說明。但是，本領域的技術人員容易理解，以下所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。實施例1(p2o5-sio2-cao生物活性玻璃)該實施例制備的生物活性玻璃的主要組成為：p2o510.8mol％，sio254.2mol％和cao35mol％。制備方法中，選用無毒植酸作為含磷前驅體，以乙醇和水的混合物作為溶劑，正硅酸乙酯作為含硅前驅體，四水硝酸鈣作為含鈣前驅體；上述物質的用量配比為：植酸(50wt％)3ml，正硅酸乙酯10.95ml，四水硝酸鈣7.47g，n水/正硅酸乙酯＝4，n乙醇/正硅酸乙酯＝8。(1)制備凝膠將植酸、正硅酸乙酯、四水硝酸鈣和溶劑按照上述配比混合配制成前驅體溶膠溶液，放置直到凝膠化，其中，控制放置時的溫度為30℃，其凝膠時間為25天左右。對形成的凝膠做如下處理：(2)陳化過程55℃陳化5天除去其中的乙醇和少量水。(3)燒結(干燥)將陳化后的樣品放入100℃烘箱內，燒結1周除去剩余的溶劑。(4)煅燒(穩(wěn)定)將燒結后的干燥樣品放入600℃烘箱內，1小時除去其中的硝酸根離子，得到所述生物活性玻璃。經測試，所述生物活性玻璃中的硝酸根離子濃度為零(如圖1所示)，氯離子濃度也為零。對比例1采用實施例1相同的方法，不同之處僅在于步驟(4)中將材料在400℃下處理1小時。經測試，所述生物活性玻璃中存在一定濃度的硝酸根離子(見圖1)(記為對照品1)。按照cn101921061b說明書實施例1公開的制備方法制備得到的樣品1((cao)0.35(sio2)0.591(p2o5)0.059)(記為對照品2)。按照“phyticacidderivedbioactivecao-p2o5-sio2gel-glasses”,ailingli,dongqiu,j.mater.sci:mater.med.(2011),22:2685-2691,第2.1節(jié)公開的方法制備得到(cao)0.35(sio2)0.54(p2o5)0.11(記為對照品3)。實施例2采用實施例1相同的方法，不同之處僅在于步驟(4)中將材料在500℃下處理1小時。經測試，所述生物活性玻璃中的硝酸根離子濃度約為零(見圖1)，氯離子濃度也為零。經過實施例1-2和對比例1的對比可見，材料中的有毒硝酸根離子隨煅燒溫度的增加呈減少的趨勢，具體如圖1所示，400℃條件下明顯存在硝酸根離子，而500℃條件下硝酸根離子濃度已經約為零，而600℃條件下則完全消失。實施例3采用與實施例1相同的方法，不同之處僅在于用氯化鈣替換了四水硝酸鈣。經檢測，獲得與實施例1組成相同的生物活性玻璃，所述生物活性玻璃中的氯離子濃度為零，硝酸根離子濃度為零。對比例2采用與對比例1相同的方法，不同之處僅在于用氯化鈣替換了四水硝酸鈣。經檢測，所述生物活性玻璃中存在一定濃度(～420ppm)的氯離子。(記為對照品4)實施例4(實施例1和對比例1的生物活性玻璃在骨修復中的應用實驗)(1)體外生物活性將實施例1和對比例1中的不同溫度處理的生物活性玻璃沉浸在模擬體液(sbf)中進行沉積實驗，通過掃描電鏡對材料的表面形貌進行分析，結果見圖2。如圖2所示，在sbf溶液中沉積前，材料表面較為平整，而在sbf溶液中沉積1天時，材料表面均有半球形的類骨羥基磷灰石(ha)形成，其中600℃處理后形成的ha要遠多于400℃處理的樣品。將實施例1和對比例1中的不同溫度處理的生物活性玻璃沉浸在模擬體液(sbf)中進行沉積實驗，通過x射線衍射(xrd)對材料進行分析，結果見圖3。通過x射線衍射(xrd)研究發(fā)現，未沉積前，材料均為無定形狀態(tài)，在沉積1天時，材料表面明顯出現羥基磷灰石(ha)衍射峰(如圖3所示)，而且隨著時間的延長ha的衍射峰增強，說明材料表面有更多的類骨羥基磷灰石形成，但在同一時間下，600℃處理的樣品形成的礦化層要遠多于400℃處理的樣品。(2)生物學評價(a)細胞毒性試驗將1％的實施例1和對比例1中的不同溫度處理的生物活性玻璃粉末直接與成骨細胞(mc3t3)相互作用，測定結果列于圖4中。結果表明，不同溫度處理的生物活性玻璃均不具有細胞毒性，400℃處理的樣品不具有明顯的促進成骨細胞增殖的能力，而600℃處理的樣品在不具有細胞毒性的前提下，還能明顯促進成骨細胞的增殖，有利于其與骨組織間形成骨性鍵合，達到實際應用的水平。(b)細胞粘附性試驗將實施例1和對比例1中的不同溫度處理的生物活性玻璃研磨成粉末后，壓片(直徑13mm，厚度2mm)。將生物活性玻璃片進行滅菌、消毒處理，放入24孔板內，加入成骨細胞(mc3t3)培養(yǎng)1d。然后用戊二醛固定，乙醇梯度脫洗，經自然干燥后，噴金，進行sem觀察，結果列于圖5中。結果表明，培養(yǎng)1d時，400℃處理的樣品和600℃處理的樣品均能夠使成骨細胞粘附，但是600℃處理的樣品表面成骨細胞附著更好。實施例5(實施例3和對比例2的生物活性玻璃在骨修復中的應用實驗)采用實施例4相同的方法，測定實施例3和對比例2的生物活性玻璃在骨修復中的應用，結果與實施例4的相同。實施例6(生物活性玻璃在骨修復中的應用實驗)將實施例1與對比例1-2中所得的樣品，如實施例1、對照品1、對照品2、對照品3、對照品4的體外生物活性進行比較，結果如表1所示。從表中可以看出，(cao)0.35(sio2)0.542(p2o5)0.108組分具有更佳的生物活性(較快的礦化層形成和較好的細胞相容性)，而在相同組分條件下，對照品1、對照品2、對照品3和對照品4中有殘留的硝酸根離子和/或氯離子，生物活性偏低。本發(fā)明中實施例1所得的生物活性玻璃，其中不含硝酸根離子和/或氯離子，具有最佳的生物活性。表1生物活性玻璃的體外生物活性對比結果編號樣品編號樣品組成形成礦化層細胞相容性實施例1(cao)0.35(sio2)0.542(p2o5)0.108快優(yōu)對比例1對照品1(cao)0.35(sio2)0.542(p2o5)0.108較慢較差對比例1對照品2(cao)0.35(sio2)0.591(p2o5)0.059慢差對比例1對照品3(cao)0.35(sio2)0.54(p2o5)0.11較慢較差對比例2對照品4(cao)0.35(sio2)0.542(p2o5)0.108較慢較差由圖1-5和表1的數據可見，本發(fā)明的生物活性玻璃相比于現有的生物活性玻璃具有良好的礦化能力，不具有細胞毒性，能夠促進成骨細胞的粘附、增殖，其作為骨修復材料具有廣泛的應用前景。當前第1頁12