專利名稱：一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體、制備方法及其在牙科治療中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料領域，具體地說，涉及一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體、制備方法及其在牙科治療中的應用。
背景技術：
美國的Hench LL.教授曾系統(tǒng)地研究了 Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)玻璃與其生物相容性的關系(見圖8)。研究結果表明，當玻璃組成在E的范圍內(nèi)，尤其在F點時，其生物相容性最好，能迅速出現(xiàn)骨性結合及細胞結合。此后，人們又研究出Na2O-CaO-SiO2-P2O5系統(tǒng)生物活性玻璃，它是在Na2O-CaO-SiO2-P2O5玻璃基體中形成磷灰石微晶，植入人體后從人體液中獲得羥基并形成 璃可通過表I所示的表面反應步驟與骨組織形成化學結合并最終在表面形成與人體骨及牙齒相同的無機礦物成分-碳酸羥基磷灰石[Caltl (PO4) 6(20H_，C0%)]。表I :生物活性玻璃與骨組織形成化學結合的表面反應步驟
步驟表面反應
1,2 '玻璃表面Si-OH基團的形成及Si (OH)4的釋放
3聚合反應Si-0H+H0-Si Si-0-Si+H20
4~無定形Ca2++P03_4+C0%沉積物吸附在礦物質(zhì)表面
」__上述無定形沉積物晶化為碳酸羥基磷灰石(HCA)_
_6__組織液中的生物成分(膠原纖維等)吸附在HCA層上
_7__巨噬細胞活動_
8 —柱狀成骨細胞附著 _9__柱狀細胞分化_
10__基質(zhì)廣生_
11__基質(zhì)晶化_
12__骨組織增殖_
自1970年Hench教授發(fā)明生物活性玻璃以來，生物活性玻璃作為骨修復材料已在全世界范圍廣泛使用，在安全性和臨床有效性上已得到美國FDA、歐共體以及中國國家藥品監(jiān)督管理局的認可。用生物活性玻璃開發(fā)出的PerioGlas (倍骼生)是一種牙科口腔組織修復材料，用于牙種植中促進骨組織生長、牙周炎的缺損修復、囊腫切除后的填充、上頜竇提升等，已在全世界范圍臨床廣泛應用。用生物活性玻璃開發(fā)出的NovaBone (固骼生)是一種骨科組織修復材料，用于各種骨缺損、骨折的修復愈合。臨床應用已多年。Dermglas (肌膚生)是由生物活性玻璃開發(fā)出的一種軟組織損傷愈合產(chǎn)品，用于各種皮膚潰瘍、糜爛等傷口的愈合，效果顯著。90 年代中期，美國 USBiomaterials Corporation (USB) /NovaMinTechnology, Inc(NTI)公司開始生物活性玻璃在口腔保健方面的研究和開發(fā)。研究發(fā)現(xiàn),生物活性玻璃不僅具有促進組織生長和再礦化作用，而且還具有抑菌、脫敏、防齲齒、健齒固齒、抗牙齦炎止血、預防口腔潰瘍的綜合作用，并在臨床試驗上得到證實。生物活性玻璃在水溶液或唾液環(huán)境中時發(fā)生快速反應，釋放鈣、磷等離子，在其表面形成一多孔網(wǎng)狀結構。這些釋放的離子在牙齒表面沉積，形成一與骨組織和牙釉面化學成分結構相似的羥基磷灰石(HA)層。羥基磷灰石為骨組織和牙組織的礦化相。有關生物活性玻璃及在口腔治療方面的應用近年來國內(nèi)外已有專利和文獻報道，例如美國專利 5，735，942,6, 086，374,6, 244，871,6, 338，751 及中國專利 CN1213355A 涉及含有Si0、Ca0、Na20、P205、B203、K20、Mg0的生物活性玻璃及其在牙齒脫敏方面的應用。CN201210013128. 2公開了一種生物活性玻璃及其制備方法。所述的生物活性玻璃，由二氧化硅51 53wt%、氧化鈉21 24wt%、氧化鈣18 21wt%以及五氧化二磷3 5wt%組成。本發(fā)明所得的生物活性玻璃可反復熱處理而不結晶且能夠塑造成不同形狀，適合用于整形外科手術，如植骨術以及填充骨缺損。但這些技術存在以下不足不能精準地控制生物活性玻璃的組成；沒能解決研磨過程中的污染問題；粉料粒徑為微米級的，而牙 本質(zhì)小管的形狀是倒錐型管狀的，其近牙髓端直徑約為3 4um，近表面處約為lum，微米級生物活性玻璃顆粒無法進入牙本質(zhì)小管內(nèi)部，僅僅依靠鈣、磷離子的沉積而形成礦化相的作用機制對封閉牙本質(zhì)小管的貢獻是有限且緩慢的，這導致治療牙本質(zhì)過敏的時間過長，而且，牙本質(zhì)小管有時不能夠完全被封閉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的問題，而提供一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體。本發(fā)明提供的一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體，其活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分Si02 40-65%, Ca015-30%, Na2O 15-30%, P2O5 2_8% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒0. 1-20. 0wt%。優(yōu)選地，本發(fā)明提供的一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體，其活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分SiO2 45-61%，CaO 17-27%，Na2O 19-25%，P2O5
2.6-6% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100_900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒2-10%(重量百分比)。進一步優(yōu)選，本發(fā)明提供的一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體，其活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分=SiO2 45%，CaO 24.5%，Na2O 24.5%，P2O5 6% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒2_5% (重量百分比)。其中，各成分的原料如下二氧化硅的原料為二氧化硅；氧化鈣的原料為碳酸鈣；氧化鈉的原料為碳酸鈉；五氧化二磷的原料為五氧化二磷。本發(fā)明還提供了上述含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體的制造方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟
I)將分析純的Si02、CaCO3> Na2C03、P2O5原料按相應的配比組成計算Si02、CaCO3>Na2C03、P205的重量，稱重并混合成配合料；2)將配合料在1200°C 1400°C下熔融I. 5 4小時，并使之均化；3)將熔制好的礦物質(zhì)熔體直接投入純化水中水淬成15毫米以下的顆粒，并烘干，研磨至所需粒徑并篩分，即得。在所述方法中在所述方法中，為使所制得的生物活性礦物質(zhì)組成與它的設計組成更加接近，原料即二氧化硅、碳酸鈣、碳酸鈉和五氧化二磷，在計算配合料的配比時，應加上Na2O和P2O5的揮發(fā)量。Na2O的揮發(fā)系數(shù)通常在3 4%之間，而P2O5的揮發(fā)系數(shù)要根據(jù)坩堝窯爐和坩堝的尺寸及形狀和混料方式進行具體推算或?qū)嶋H測算獲得；所以所述的原料配比與最終含量配比之間有偏差，另外，稱量碳酸鈉時，應額外增加按3. 5%Na20揮發(fā)量折算的重量；稱量五 氧化二磷時，應根據(jù)坩堝窯及坩堝的大小、結構及混料方法，應額外增加適量的重量。所述原料配比中，SiO2、CaCO3、Na2CO3、P2O5 的重量百分比為30-50%、20-40%、25_35% 和 1_5%，優(yōu)選地，其重量百分比為32-48%、24-35%、26-31%和1_5%。所述步驟2)中所述融化配合料采用石英坩堝、粘土坩堝或白金坩堝。所述溫度優(yōu)選為1350°C，時間為2小時；所述步驟3 )中的研磨為了避免罐體對生物礦物質(zhì)粉體造成污染，所用的研磨機為沖擊式或稱電磁振蕩式研磨機，且在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用熱鑲嵌的方法鑲嵌ZrO2或Al2O3陶瓷套，所述ZrO2陶瓷優(yōu)先選用由Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2, Al2O3陶瓷優(yōu)先選用ZrO2彌散強化的Al2O3陶瓷。作為另一種實施形式，所述在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用物理氣相沉積并經(jīng)高溫氧化的方法形成ZrO2陶瓷套，具體的處理方法包括以下步驟I)預處理對罐體內(nèi)壁及芯體外壁表面進行車削、拋光或噴砂、清洗預處理；2)選用鋯鈮合金靶材，優(yōu)選為合金中Zr-2. 5Nb，在物理氣相沉積設備中沉積5-7um厚的鋯鈮合金層；3)在600_900°C大氣環(huán)境下，做氧化處理，以便在鋯鈮合金層表面形成ZrO2層。本發(fā)明還提供了含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體在口腔治療的藥物或保健品中的應用，可將本發(fā)明的粉體制成各種口腔組合物，如牙膏、凝膠、粉劑、糊劑、漱口水、橡皮糖等。這種口腔組合物適宜包含0. 1-50% (重量百分比)的生物礦物質(zhì)粉體，優(yōu)選為1-10% (重量百分比)的生物礦物質(zhì)粉體。本發(fā)明提供的生物活性礦物質(zhì)粉體具有以下優(yōu)點I、通過計算和實際測算Na2O和P2O5的揮發(fā)系數(shù)，并加以調(diào)控，可使所制得的生物活性礦物質(zhì)粉體的實際組成與設計組成更加接近；2、通過對研磨礦物質(zhì)顆粒所采用的沖擊式(或稱電磁振蕩式)研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁需采用物理氣象沉積鋯鈮合金并氧化形成氧化鋯層及熱鑲嵌陶瓷套的表面處理方法，可以避免罐體對生物礦物質(zhì)粉體造成污染；3、牙本質(zhì)過敏癥的發(fā)病機制主要有神經(jīng)學說、牙本質(zhì)纖維傳導學說和流體動力學理論。牙本質(zhì)過敏癥的發(fā)病過程可以概括為牙齒表面牙釉質(zhì)缺失一牙齦萎縮一牙本質(zhì)小管暴露一牙齒敏感當敏感牙齒遇到冷、熱、酸、甜等刺激時，就會產(chǎn)生短暫而尖銳的疼痛。治療牙本質(zhì)過敏癥的主要方法就是要封閉牙本質(zhì)小管。正如前面所述，牙本質(zhì)小管具有到錐孔結構，其近牙髓端直徑約為3 4um，近表面處約為lum，像美國生物材料公司和諾華敏公司(USBiomaterials Corporation/NovaMin Technology, Inc)在 US5, 735, 942、US6,086,374、US6, 244，87UUS6, 338，751及CN 1213355A中公開的微米級生物活性玻璃顆粒無法進入牙本質(zhì)小管內(nèi)部，或者說只有那些小于Ium的極少部分顆粒又進入牙本質(zhì)小管內(nèi)部的可能，而主要依靠鈣、磷離子的沉積而形成礦化相的作用機制對封閉牙本質(zhì)小管的貢獻是有限且緩慢的，這導致治療牙本質(zhì)過敏的時間要長。本發(fā)明首次在生物活性礦物質(zhì)粉體中提出準納米級顆粒的概念，即在本發(fā)明的生物活性礦物質(zhì)粉體中含有一定量的IOOnm至900nm的準納米級顆粒，并且通過選擇不同的 研磨工藝和控制研磨參數(shù)可實現(xiàn)準納米級顆粒含量在0. lwt%-20wt%之間的調(diào)控，作為牙齒脫敏劑添加粉料使用時，這一特性將起到十分關鍵的作用。而本發(fā)明提供的IOOnm至900nm的準納米級顆?？梢灾苯舆M入牙本質(zhì)小管并直接將其封閉，從而可縮短治療時間并可提高封閉率而改善治療效果。4、小于Ium的生物活性礦物質(zhì)微粉以及生物活性礦物質(zhì)納米粉體通常采用低溫合成方法制備，但該類方法效率低、成本高。但采用熔融并經(jīng)水淬和沖擊研磨的方法，雖然成產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高，但其技術難點在于由于沖擊式研磨機米用的是電磁振蕩的工作原理，以往的具有磁性的罐體和芯體材料(金屬材料)會對所研磨的礦物質(zhì)粉體產(chǎn)生嚴重的污染，而本發(fā)明通過物理氣相沉積鋯鈮合金并氧化形成陶瓷層及通過熱鑲嵌陶瓷套很好地解決了這一技術難題。


圖I :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體放大40倍率下的光學顯微鏡圖片；圖2 :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體放大100倍率下的光學顯微鏡圖片；圖3 :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體放大400倍率下的光學顯微鏡圖片；圖4 :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體放大2000倍率下的掃描電鏡圖片；圖5:本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體的粒度分布曲線；圖6 :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體未經(jīng)Tris溶液處理的紅外吸收光譜曲線；圖7 :本發(fā)明提供的含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體經(jīng)Tris溶液處理后的紅外吸收光譜曲線；圖8 :Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)礦物質(zhì)組成與其生物相容性的關系，其中A—骨性結合< 30天；B-無骨性結合，反應程度過低；C-無骨性結合，反應程度過快而被吸收；D-璃形成區(qū)；E-速出現(xiàn)骨性結合及細胞結合。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。為了避免罐體對生物礦物質(zhì)粉體造成污染，所用的研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁可以采用熱鑲嵌的方法鑲嵌ZrO2或Al2O3陶瓷套，所述ZrO2陶瓷優(yōu)先選用由Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2, Al2O3陶瓷優(yōu)先選用ZrO2彌散強化的Al2O3陶瓷，本發(fā)明采用以下部分內(nèi)容來說明，但是不應該構成對本發(fā)明的限制。所述在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用物理氣相沉積并經(jīng)高溫氧化的方法形成ZrO2陶瓷套，具體的處理方法包括以下步驟I)預處理對罐體內(nèi)壁及芯體外壁表面進行車削、拋光或噴砂、清洗預處理；2)選用鋯鈮合金靶材，優(yōu)選為合金中Zr-2. 5Nb,在物理氣相沉積設備中沉積7um厚的鋯鈮合金層；3)在600°C大氣環(huán)境下，做氧化處理，以便在鋯鈮合金層表面形成ZrO2層。實施例I : 一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體I、礦物質(zhì)粉體的組成為
權利要求
1.一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體，其特征在于，該活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分SiO2 40-65%, Ca015-30%, Na2O 15-30%，P2O5 2_8% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒0. 1-20. 0wt%。
2.根據(jù)權利要求I所述的生物活性礦物質(zhì)粉體，其特征在于，該活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分SiO2 45-61%, Ca017-27%, Na2O 19-25%，P2O5 2. 6-6% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒2_10%。
3.根據(jù)權利要求I所述的生物活性礦物質(zhì)粉體，其特征在于，該活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分SiO2 45%, CaO 24. 5%, Na2O 24. 5%, P2O5 6% ;其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒2_5%。
4.根據(jù)權利要求1-3所述的生物活性礦物質(zhì)粉體，其特征在于，二氧化硅的原料為二氧化硅；氧化鈣的原料為碳酸鈣；氧化鈉的原料為碳酸鈉；五氧化二磷的原料為五氧化二磷。
5.一種制備權利要求1-4任一項所述的生物活性礦物質(zhì)粉體的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)將分析純的Si O2、CaCO3、Na2C03、P2O5原料按相應的配比組成計算S i O2、CaCO3、Na2C03、P2O5的重量，稱重并混合成配合料； 2)將配合料在1200°C-1400°C下熔融I. 5-4小時，并使之均化； 3 )將熔制好的礦物質(zhì)熔體直接投入純化水中水淬成15毫米以下的顆粒，并烘干，研磨至所需粒徑并篩分。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述原料中，SiO2,CaCO3> Na2C03、P2O5的重量百分比為30-50%、20-40%、25-35% 和 1-5% ;優(yōu)選為 32-48%、24_35%、26_31% 和 1_5%。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述融化配合料采用石英坩堝、粘土坩堝或白金坩堝。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所用的研磨機為沖擊式或稱電磁振蕩式研磨機。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用熱鑲嵌的方法鑲嵌ZrO2或Al2O3陶瓷套。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用熱鑲嵌的方法鑲嵌ZrO2，該方法包括以下步驟在研磨機的罐體內(nèi)壁及芯體外壁均采用氣相物理沉積方法沉積5-7um厚Zr-2. 5Nb合金層，并經(jīng)600-900 °C下氧化形成ZrO2層
11.權利要求1-4任一項所述的生物活性礦物質(zhì)粉體在口腔治療的藥物或保健品中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有準納米級顆粒的生物活性礦物質(zhì)粉體、制備方法及其在牙科治療中的應用，所述活性礦物質(zhì)粉體含有以下重量百分比的成分SiO2 40-65%，CaO 15-30%，Na2O 15-30%，P2O5 2-8%；其粒徑范圍小于90um，其中，含有孔徑在100-900nm范圍內(nèi)的準納米級顆粒0.1-20.0wt%。本發(fā)明提供的準納米級顆?？梢灾苯舆M入牙本質(zhì)小管并直接將其封閉，從而可縮短治療時間并可提高封閉率而改善治療效果。
文檔編號A61K8/25GK102826752SQ20121030310
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2012年8月23日
發(fā)明者張國強, 李次會, 李湘杰, 石道林, 蓋增, 翟暉 申請人:北京大清生物技術有限公司