一种针状生物活性玻璃微球及其应用

摘要

本发明涉及一种针状生物活性玻璃微球及其应用，所述针状生物活性玻璃微球由如下摩尔分数的化学组成：CaO 10～40%；SiO

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料制备技术领域，具体涉及一种针状生物活性玻璃微球及其应用。

背景技术

生物活性玻璃具有良好的生物活性和生物相容性，可通过激活成骨相关基因的表达促进成骨细胞的分化和增殖，被广泛用于人体组织缺损修复和再生研究领域，并在临床上取得了良好的治疗效果。

球形形貌结构的生物活性玻璃，即生物活性玻璃微球，具有较大的比表面积、较好的生物活性和较好的流动性，受到国内外学者的广泛关注，研究出一种性能更为优异的生物活性玻璃微球以进一步拓宽其应用范围成为新的热点。

因此，制备一种具有更大的比表面积、更优的分散性、更好的生物活性和流动性的生物活性玻璃微球具有较大的研究意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术针状生物活性玻璃微球的研究空白，提供一种针状生物活性玻璃微球。本发明提供的针状生物活性玻璃微球由短针堆积而成，含有大量的孔隙结构，相比实心微球具有更大的比表面积、更优的分散性、更好的生物活性和流动性，可广泛应用于医学组织缺损修复与再生领域。

本发明的另一目的在于提供上述针状生物活性玻璃微球在人体组织缺损修复与再生中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种针状生物活性玻璃微球，所述针状生物活性玻璃微球由如下摩尔分数的化学组成：

CaO 10～40%；SiO_{2>60～90%；}

所述微球的制备方法包括如下步骤：

S1：将无水乙醇、去离子水和氨水按体积比10～20:2～10:5混合，搅拌至均一透明溶液，得溶液A；

S2：将无水乙醇和正硅酸乙酯按体积比10～20:2混合，搅拌至均一透明溶液，得溶液B；

S3：将所述溶液A快速倒入溶液B中，搅拌得悬浮液C；所述正硅酸乙酯和氨水的体积比为2:5～10；

S4：将四水硝酸钙加入悬浮液C中，搅拌、超声后陈化，醇洗，干燥后，热处理即得所述针状生物活性玻璃微球。

原料及其配比的选取将影响制备得到的生物活性玻璃微球的形貌。本发明的发明人经过众多尝试之后发现，当选用上述原料及配比的时候可制备得到针状生物活性玻璃微球。所述微球由针状的生物活性玻璃堆积而成，表面多孔，具有比表面积大、分散性好、生物活性高、流动性强等优点。另外，本发明提供的针状生物活性玻璃微球粒径约为300～3000nm。

优选地，所述针状生物活性玻璃微球由如下摩尔分数的组分组成：CaO 10～20%；SiO₂>

优选地，所述A溶液中无水乙醇、去离子水和氨水的体积比为15:5:5。

优选地，所述B溶液中无水乙醇与正硅酸乙酯的体积比为15:2。

优选地，所述正硅酸乙酯和氨水的体积比为2:5。

优选地，所述正硅酸乙酯和四水硝酸钙的摩尔比为60～90:30～120；更为优选地，所述正硅酸乙酯和四水硝酸钙的摩尔比为80～90:30～60。

溶液中各溶质分散均匀，反应快速充分，可促使制备的针状生物活性玻璃微球具有更好的分散性能。因此本发明对搅拌速度、超声时间等条件进行了优化与控制。

优选地，S1和S2中，搅拌速度均为300～600rpm，搅拌时间均为20～40min。

优选地，S4中，搅拌速度为800～1000rpm，搅拌时间为1～2h，超声时间为20～30min。

优选地，S4中热处理的温度为600～700℃，热处理时间为1～2h。

上述针状生物活性玻璃微球在人体组织缺损修复与再生中的应用也在本发明的保护范围之内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的针状生物活性玻璃微球是一种新型形貌结构的生物活性玻璃微球，粒径约为300～3000nm，表面多孔，由针状的生物活性玻璃堆积而成。与实心球状生物活性玻璃微球相比，本发明提供的针状生物活性玻璃微球具有更大的比表面积，更好的分散性、生物活性以及流动性强；并且制备工艺简单，成本低，可广泛应用于人体组织缺损修复与再生。

附图说明

图1为本发明提供的针状生物活性玻璃微球的扫描电镜图；

图2为本发明提供的针状生物活性玻璃微球的XRD图；

图3为本发明提供的针状生物活性玻璃微球的粒度分析图；

图4为本发明提供的针状生物活性玻璃微球的BJH孔径-比表面积分析图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。

实施例1

本实施例提供的生物活性玻璃微球中，CaO的摩尔分数为10%，SiO₂的摩尔分数为90%。各原料用量为：S1中无水乙醇20ml、去离子水10ml、氨水5ml；S2中无水乙醇20ml、正硅酸乙酯2ml；四水硝酸钙用量为0.7g。

制备方法如下：

（1）将无水乙醇、去离子水和氨水加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌30min后至均一透明溶液A，搅拌速度为600rpm；

（2）将无水乙醇和正硅酸乙酯依次加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌30min后至均一透明溶液B，搅拌速度为600rpm；

（3）将步骤（1）中溶液A快速加入步骤（2）溶液B中，形成悬浮液C，搅拌速度1000rpm，持续搅拌1小时；

（4）将步骤（3）悬浮液C中，加入四水硝酸钙后持续搅拌1小时后，超声20min，静置陈化1天，乙醇洗涤三次，冷冻干燥，680℃热处理1小时，即得针状生物活性玻璃微球。

实施例2

本实施例提供的生物活性玻璃微球中，CaO的摩尔分数为20%、SiO₂的摩尔分数为80%。各原料用量为：S1中无水乙醇15ml、去离子水5ml、氨水5ml；S2中无水乙醇15ml、正硅酸乙酯2ml；四水硝酸钙用量为1.6g。

制备方法如下：

（1）将无水乙醇、去离子水和氨水加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌40min后至均一透明溶液A，搅拌速度为500rpm；

（2）将无水乙醇和正硅酸乙酯依次加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌40min后至均一透明溶液B，搅拌速度为500rpm；

（3）将步骤（1）中溶液A快速加入步骤（2）溶液B中，形成悬浮液C，搅拌速度900rpm，持续搅拌1.5小时；

（4）将步骤（3）悬浮液C中，加入四水硝酸钙后持续搅拌1小时后，超声30min，静置陈化1天，乙醇洗涤三次，冷冻干燥，680℃热处理1小时，即得针状生物活性玻璃微球。

实施例3

本实施例提供的生物活性玻璃微球中，CaO的摩尔分数为30%、SiO₂的摩尔分数为70%。各原料用量为：S1中无水乙醇10ml、去离子水2ml、氨水5ml；S2中无水乙醇10ml、正硅酸乙酯2ml；四水硝酸钙用量为2.7g。

制备方法如下：

（1）将无水乙醇、去离子水和氨水加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌20min后至均一透明溶液A，搅拌速度为400rpm；

（2）将无水乙醇和正硅酸乙酯依次加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌20min后至均一透明溶液B，搅拌速度为400rpm；

（3）将步骤（1）中溶液A快速加入步骤（2）溶液B中，形成悬浮液C，搅拌速度800rpm，持续搅拌2小时；

（4）将步骤（3）悬浮液C中，加入四水硝酸钙后持续搅拌1小时后，超声25min，静置陈化1天，乙醇洗涤三次，冷冻干燥，690℃热处理1小时，即得针状生物活性玻璃微球。

实施例4

本实施例提供的生物活性玻璃微球中，CaO的摩尔分数为40%，SiO₂的摩尔分数为60%。各原料用量为：S1中无水乙醇40ml、去离子水20ml、氨水10ml；S2中无水乙醇20ml、正硅酸乙酯2ml；四水硝酸钙用量为4.2g。

制备方法如下：

（1）将无水乙醇、去离子水和氨水加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌30min后至均一透明溶液A，搅拌速度为300rpm；

（2）将无水乙醇和正硅酸乙酯依次加入100ml烧杯中，放置于磁力搅拌器上，搅拌30min后至均一透明溶液B，搅拌速度为300rpm；

（3）将步骤（1）中溶液A快速加入步骤（2）溶液B中，形成悬浮液C，搅拌速度800rpm，持续搅拌1小时；

（4）将步骤（3）悬浮液C中，加入四水硝酸钙后持续搅拌1小时后，超声20min，静置陈化1天，乙醇洗涤三次，冷冻干燥，700℃热处理1小时，即得针状生物活性玻璃微球。

针状生物活性玻璃微球测试表征

（1）SEM分析

如图1所示，为本发明提供的针状生物活性玻璃微球的扫描电镜图。由图可知，本发明提供的微球由针状生物活性玻璃堆积而成，表面含有大量的堆积孔隙结构。

（2）XRD分析

如图2所示，针对本发明提供的针状生物活性玻璃微球进行了XRD分析，结果表明所制备的针状生物活性玻璃微球为非晶相材料。

（3）纳米粒度分析

如图3所示，对本发明提供的针状生物活性玻璃微球进行粒度分析，结果表明所制备的针状生物活性玻璃微球粒径约在1800nm左右。

（4）BJH孔径-比表面积分析

如图4所示，对本发明提供的针状生物活性玻璃微球进行比表面积分析，结果表明，该微球的比表面积为38.1m²/g；孔隙在3nm和30nm附近，说明这一微球材料具有两种孔隙结构，一种是针状生物活性玻璃上的孔隙，一种是针状生物活性玻璃之间的堆积孔。