本發(fā)明公開了一種納米生物活性玻璃材料及其制備方法，屬于醫(yī)用材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：生物活性玻璃是目前骨組織修復(fù)材料研究的熱點(diǎn)之一，它具有良好的生物活性和生物相容性。其主要由sio2、na2o、cao和p2o5組成，植入人體后，通過體液的循環(huán)，生物活性玻璃能與軟組織以及骨之間發(fā)生離子交換，使材料界面與人體骨組織之間形成化學(xué)鍵合，這種離子交換起到了礦化作用，最終形成與正常骨組織的礦物質(zhì)形態(tài)一樣的羥基磷灰石層，從而能夠誘導(dǎo)更迅速的骨修復(fù)與再生。因此，生物活性玻璃有很好的臨床應(yīng)用前景。目前，生物活性玻璃可以用兩種常用的方法來合成：傳統(tǒng)熔融衍生法和溶膠-凝膠法。熔融衍生法使用于傳統(tǒng)玻璃技術(shù)，玻璃組分以氧化物或碳酸鹽形式的晶?；旌?，然后在高溫下熔化和均質(zhì)化，然后將熔融玻璃撒入鋼或石墨模具中進(jìn)行批量研磨或拋光。如果需要生物活性玻璃粉末，再通過澆注熔融玻璃到液體介質(zhì)中，從而壓裂冷凍玻璃制成小片段。隨后采用研磨和尺寸分離步驟，以實(shí)現(xiàn)將粉末控制在特定的尺寸范圍。然而，傳統(tǒng)玻璃衍生方法制備生物活性玻璃存在一些缺點(diǎn)。例如，采用該方法制備的生物玻璃密實(shí)無孔、比表面積小，同時(shí)由于高的熔化溫度和處理步驟蒸發(fā)出揮發(fā)性成分p2o5，使其難于擁有最佳的生物活性。近年來，溶膠－凝膠技術(shù)已成為制備新材料的重要方法，不同于傳統(tǒng)的熔融法，溶膠-凝膠法是一種室溫下制備無機(jī)材料的新方法，特別是該方法制備的生物玻璃具有大量的微納米孔隙，從而由于具有高比表面積和高生物活性。目前，溶膠-凝膠技術(shù)已逐漸替代熔融衍生法，成為制備生物玻璃最常用的辦法。但單純利用溶膠-凝膠法制備的生物玻璃顆粒仍處于粘結(jié)狀態(tài)，難以分散開，通過研磨篩分后得到的是形貌不規(guī)則的微米級(jí)顆粒，難以獲得形貌可控、顆粒尺寸均勻的微納米級(jí)生物玻璃。因此，如何解決上述技術(shù)問題，研發(fā)一種具有納米級(jí)顆粒尺寸及良好分散性，且生物活性較好的生物活性玻璃，對(duì)于制備高生物活性骨修復(fù)體、骨組織工程支架及藥物載體具有重要的理論和實(shí)際意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有溶膠-凝膠法制備的生物活性玻璃存在顆粒分散性差、尺寸不均勻，且形貌不可控的缺陷，提供一種納米生物活性玻璃材料及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種納米生物活性玻璃材料，包括二氧化硅、氧化鈣、五氧化二磷、氧化鋅，所述納米生物活性玻璃材料為籠狀空心微球，其表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為具有納米孔級(jí)的磷灰石層。所述籠狀空心微球結(jié)構(gòu)是通過以模板劑為內(nèi)核支撐，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鋅和硝酸鈣制備的溶膠為骨架，分散劑為外殼，燒結(jié)制得。所述模板劑為殼聚糖、明膠、葡萄糖、麥芽糖中的一種或兩種，用量為硝酸鋅質(zhì)量的10～30倍。所述正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鋅、硝酸鈣的摩爾比為(60～80)：（8～10）：（1～2）：(16～36)。所述分散劑為聚乙烯醇p6000、聚乙烯醇p10000、聚乙烯醇p20000中的一種，用量為硝酸鋅質(zhì)量的40～120倍。一種納米生物活性玻璃材料的制備方法，具體制備步驟為：s1.按摩爾比(60～80)：（8～10）：（1～2）：(16～36)，取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鋅、硝酸鈣；s2.將正硅酸乙酯加入乙醇溶液中溶解，并用硝酸調(diào)節(jié)ph至0.8～1.0，再加入磷酸三乙酯、硝酸鋅、模板劑，繼續(xù)攪拌20～30min，得溶膠液；s3.將硝酸鈣加入去離子水中混合均勻，再加入分散劑，攪拌均勻得分散液；s4.將溶膠液滴入分散液中持續(xù)攪拌至滴加完畢，再加入氨水調(diào)節(jié)ph至12.0～12.5，靜置1～2h后離心分離得沉淀，將沉淀在-30～-20℃下冷凍干燥20～24h，得凍干粉；s5.將凍干粉置于馬弗爐中，以1～5℃/min加熱至600～650℃，煅燒4～6h，冷卻至室溫后出料，得納米生物活性玻璃材料。本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明通過模板劑吸附離子呈球形，干燥燒結(jié)后模板劑氧化留下一個(gè)空心，這就是出現(xiàn)空心球狀體的原因，同時(shí)利用分散劑含有的羥基與前驅(qū)沉淀離子形成較強(qiáng)的氫鍵，醚鍵也易與沉淀離子表面產(chǎn)生親合作用，使分散劑吸附在離子表面，從而形成一層高分子膜，包裹前驅(qū)沉淀離子，導(dǎo)致空間位阻效應(yīng)，使離子間的吸引力大大消弱，從而有效地阻止離子生長，抑制粒子的團(tuán)聚，在冷凍過程中，充分利用了水在結(jié)冰時(shí)體積變大的特點(diǎn)，溶膠在冷凍過程中，使冰晶凝結(jié)析出，形成特殊的孔道，密集的分布在冰晶間隙間，干燥燒結(jié)后形成籠狀結(jié)構(gòu)；（2）本發(fā)明具有納米級(jí)顆粒尺寸并具有良好分散性，且含有鋅元素，可通過激活成骨細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成，來提高atp酶活性刺激骨形成，能夠促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的鈣沉積，還可負(fù)載多種骨生長因子，制備的骨組織工程的支架，能支持骨細(xì)胞生長。具體實(shí)施方式取0.6～0.8mol正硅酸乙酯，加入2.4～3.6l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%乙醇溶液中，以300～400r/min攪拌10～20min，并用硝酸調(diào)節(jié)ph至0.8～1.0，再加入0.08～0.10mol磷酸三乙酯，0.01～0.02mol硝酸鋅，60～90g模板劑，繼續(xù)攪拌20～30min，得溶膠液，取0.16～0.36mol硝酸鈣，加入1.8～2.4l去離子水中，以300～400r/min攪拌20～30min，再加入240～360g分散劑，繼續(xù)攪拌20～30min，得分散液，將溶膠液以5～10ml/min滴入分散液中，并以300～400r/min持續(xù)攪拌至滴加完畢，再加入氨水調(diào)節(jié)ph至12.0～12.5，靜置1～2h后離心分離得沉淀，將沉淀置于真空冷凍干燥箱中，在-30～-20℃下干燥20～24h，得凍干粉，將凍干粉置于馬弗爐中，以1～5℃/min加熱至600～650℃，煅燒4～6h，冷卻至室溫后出料，得納米生物活性玻璃材料。所述模板劑為殼聚糖、明膠、葡萄糖、麥芽糖中的一種或兩種。所述分散劑為聚乙烯醇p6000、聚乙烯醇p10000、聚乙烯醇p20000中的一種。實(shí)例1取0.6mol正硅酸乙酯，加入2.4l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%乙醇溶液中，以300r/min攪拌10min，并用硝酸調(diào)節(jié)ph至0.8，再加入0.08mol磷酸三乙酯，0.01mol硝酸鋅，60g殼聚糖，繼續(xù)攪拌20min，得溶膠液，取0.16mol硝酸鈣，加入1.8l去離子水中，以300r/min攪拌20min，再加入240g聚乙烯醇p6000，繼續(xù)攪拌20min，得分散液，將溶膠液以5ml/min滴入分散液中，并以300r/min持續(xù)攪拌至滴加完畢，再加入氨水調(diào)節(jié)ph至12.0，靜置1h后離心分離得沉淀，將沉淀置于真空冷凍干燥箱中，在-30℃下干燥20h，得凍干粉，將凍干粉置于馬弗爐中，以1℃/min加熱至600℃，煅燒4h，冷卻至室溫后出料，得納米生物活性玻璃材料。實(shí)例2取0.7mol正硅酸乙酯，加入3.0l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%乙醇溶液中，以350r/min攪拌15min，并用硝酸調(diào)節(jié)ph至0.9，再加入0.09mol磷酸三乙酯，0.01mol硝酸鋅，75g明膠，繼續(xù)攪拌25min，得溶膠液，取0.26mol硝酸鈣，加入2.1l去離子水中，以350r/min攪拌25min，再加入300g聚乙烯醇p10000，繼續(xù)攪拌25min，得分散液，將溶膠液以8ml/min滴入分散液中，并以350r/min持續(xù)攪拌至滴加完畢，再加入氨水調(diào)節(jié)ph至12.3，靜置1h后離心分離得沉淀，將沉淀置于真空冷凍干燥箱中，在-25℃下干燥22h，得凍干粉，將凍干粉置于馬弗爐中，以3℃/min加熱至625℃，煅燒5h，冷卻至室溫后出料，得納米生物活性玻璃材料。實(shí)例3取0.8mol正硅酸乙酯，加入3.6l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%乙醇溶液中，以400r/min攪拌20min，并用硝酸調(diào)節(jié)ph至1.0，再加入0.10mol磷酸三乙酯，0.02mol硝酸鋅，90g葡萄糖，繼續(xù)攪拌30min，得溶膠液，取0.36mol硝酸鈣，加入2.4l去離子水中，以400r/min攪拌30min，再加入360g聚乙烯醇p20000，繼續(xù)攪拌30min，得分散液，將溶膠液以10ml/min滴入分散液中，并以400r/min持續(xù)攪拌至滴加完畢，再加入氨水調(diào)節(jié)ph至12.5，靜置2h后離心分離得沉淀，將沉淀置于真空冷凍干燥箱中，在-20℃下干燥24h，得凍干粉，將凍干粉置于馬弗爐中，以5℃/min加熱至650℃，煅燒6h，冷卻至室溫后出料，得納米生物活性玻璃材料。將實(shí)例1～3制得的納米生物活性玻璃材料與市售納米級(jí)生物活性玻璃材料（對(duì)比例）進(jìn)行性能對(duì)比，其結(jié)果如表1所示：表1檢測(cè)項(xiàng)目實(shí)例1實(shí)例2實(shí)例3對(duì)比例孔徑尺寸（nm）2～112～102～810～20比表面積（m2/g）8609501040660顯氣孔率（%）87.589.691.486.7抗壓強(qiáng)度（mpa）6.77.07.56.2綜上所述，本發(fā)明制得的納米生物活性玻璃材料顆粒尺寸均勻，并具有良好分散性，同時(shí)材料具有更高的顯氣孔率和比表面積，為較大生物分子的吸附與分離提供了極佳的載體，因此具有較好的生物活性。當(dāng)前第1頁12