本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球狀生物活性玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)：

生物活性玻璃（簡(jiǎn)稱(chēng)bag）是一類(lèi)廣泛應(yīng)用于骨缺損和骨修復(fù)的生物材料，將其植入人體后可以與體液發(fā)生離子交換，在其表面生成無(wú)機(jī)類(lèi)骨成分的羥基磷灰石層，并由羥基磷灰石層與宿主骨形成牢固的化學(xué)鍵合從而促進(jìn)骨的生成。近來(lái)研究還顯示，除了骨修復(fù)之外，生物活性玻璃還能修復(fù)軟組織，是藥物的優(yōu)良載體。由于具有優(yōu)異的生物活性、生物相容性及廣泛的應(yīng)用前景，生物玻璃的研究具有重要意義。

近年來(lái)，制備球形的生物活性玻璃引起了廣泛關(guān)注。將生物玻璃制備成球形后，其分散性變好，流動(dòng)性增強(qiáng)，有利于注射等微創(chuàng)手術(shù)開(kāi)展。同時(shí)，球形的結(jié)構(gòu)也有利于提高其比表面積，增強(qiáng)反應(yīng)活性，更方便對(duì)其進(jìn)行表面改性，負(fù)載生物大分子或藥物，提高預(yù)期療效，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，制備球形bag的方法主要有：火焰漂浮法，有機(jī)模板法，共沉淀法等。其中，火焰漂浮法是將處理好的粉體經(jīng)送粉器送至懸浮燃燒爐中，使其在一定的氣流速度、氣溫和氣壓下氧化，使得粉體在表面張力作用下發(fā)生熔融，從而在微重力作用下自動(dòng)凝結(jié)成球。這種方法制備的球狀bag，生產(chǎn)量大，球形完美，但粒徑相對(duì)較大，制備過(guò)程需要的特殊設(shè)備較多，如噴霧干燥機(jī)，懸浮燃燒裝置等，且操作過(guò)程比較繁瑣，能耗大，生產(chǎn)硬件條件要求高；有機(jī)模板法主要采用p123、f127等分子作為模板劑，在體系中形成膠束，誘導(dǎo)分子自組裝，最后再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)去除，此種方法制備的球狀玻璃粒徑可以小至納米級(jí)，且可以通過(guò)表面修飾控制其團(tuán)聚，但是該方法制備過(guò)程中需要使用大量模板劑，且模板劑多價(jià)格昂貴且難以操作，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；共沉淀法常采用聚乙二醇等作為分散劑，利用聚乙二醇醚鍵的親和作用，使其吸附于沉淀粒子的表面，包裹前驅(qū)沉淀粒子形成空間位阻效應(yīng)，從而抑制粒子的團(tuán)聚。此方法在制備材料過(guò)程中需要對(duì)分散劑的量進(jìn)行準(zhǔn)確把握，分散劑量的多少對(duì)于bag球狀形貌有很大的影響，同時(shí)共沉淀的過(guò)程容易造成玻璃組分的偏析，較難得到預(yù)期的材料組分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種球狀生物活性玻璃及其制備方法，所制備的微球粒徑分布均勻，尺寸為2~3微米。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種球狀生物活性玻璃，由前驅(qū)體凝膠經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后再煅燒而成，前驅(qū)體凝膠由前驅(qū)體溶膠陳化制得，所述的前驅(qū)體溶膠由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、乙醇、去離子水以及硝酸溶液制備而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖的質(zhì)量比為550~650：200~300：850~950：100~200：1000~2000。其中，本發(fā)明的前驅(qū)體溶膠中外加的硝酸溶液，使前驅(qū)體溶膠的ph值為2。

其中，所述硝酸溶液的濃度為2mol/l。

本發(fā)明中，一種球狀生物活性玻璃的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、按照上述的質(zhì)量比稱(chēng)取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂和葡萄糖，另取乙醇和去離子水，備用；

步驟二、將稱(chēng)取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，攪拌30min，制得溶液a，備用；

步驟三、將稱(chēng)取的葡萄糖使用去離子水配置成溶液，將稱(chēng)取的硝酸鈣、硝酸鎂溶解于其中，制得溶液b，備用；

步驟四、將步驟三制備的溶液b與步驟二制備的溶液a混合后，使用硝酸溶液調(diào)節(jié)其ph值至2，制得溶液c，將溶液c攪拌2h，制得溶膠，備用；

步驟五、將步驟四制得的溶膠陳化得凝膠，凝膠干燥經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后進(jìn)行煅燒，制得球狀生物活性玻璃。

進(jìn)一步的，步驟五中的陳化方法為：將溶膠置于室溫下陳化24h得凝膠。

進(jìn)一步的，步驟五中凝膠干燥、煅燒的方法為：將凝膠在80℃，干燥24h后，再將干燥的凝膠升溫到200℃加熱一段時(shí)間直至其高溫自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并將黑色粉末于900℃煅燒2h。

本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備球狀生物活性玻璃。溶膠-凝膠法的化學(xué)成分的均勻性可達(dá)分子級(jí)別，由于反應(yīng)溶液充分混合，使得溶液在約0.5nm的尺度內(nèi)達(dá)到化學(xué)均勻，這同熔融法使用的微米級(jí)粉末原料的混合均勻度相比，提高100倍左右，所制得的生物玻璃具有更高的生物活性。而將葡萄糖引入制備生物活性玻璃的原料酸性溶液中，未進(jìn)行目前葡萄糖成球工藝所必需的水熱碳化成球法，而是利用了葡萄糖在生物活性玻璃反應(yīng)原料溶液酸性條件及金屬離子存在的催化條件下進(jìn)行自主裝以及硝酸鹽與葡萄糖的共同作用下能進(jìn)行高溫自蔓燃預(yù)的方法成球。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明利用葡萄糖作為模板劑制備球狀生物活性玻璃，相對(duì)于目前液相法制備球狀生物活性玻璃時(shí)使用的其他模板劑，葡萄糖價(jià)廉易得，且不粘稠，非常便于操作。同時(shí)，葡萄糖高溫下易于脫除，不易殘留，對(duì)于人體沒(méi)有毒副作用。

（2）凝膠通過(guò)加熱發(fā)生自蔓燃反應(yīng)，從而獲得粒度窄、粒徑2~3微米的黑色粉體，粉體純度高，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，大小均勻，形狀規(guī)則；工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，操作難度低，常規(guī)煅燒爐即可滿足實(shí)驗(yàn)需求，利于大規(guī)模生產(chǎn)；整個(gè)制備工藝的能耗低，利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的掃描電鏡圖；

圖2為實(shí)施例2的掃描電鏡圖；

圖3為實(shí)施例3的掃描電鏡圖；

圖4為實(shí)施例1至實(shí)施例3的細(xì)胞增殖圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征以及達(dá)成的目的便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限于具體實(shí)施方式中所描述的范圍。

一種球狀生物活性玻璃，球狀生物活性玻璃由前驅(qū)體凝膠經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后再煅燒而成，前驅(qū)體凝膠由前驅(qū)體溶膠陳化制得，所述的前驅(qū)體溶膠由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、乙醇以及去離子水混合而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖的重量比為550~650：200~300：850~950：100~200：1000~2000；前驅(qū)體溶膠中外加硝酸溶液，使前驅(qū)體溶膠的ph值為2。

優(yōu)選的，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、去離子水的比例為550~650mg：200~300mg：1ml：850~950mg：100~200mg：1000mg~2000mg：1ml。

本發(fā)明各實(shí)施例中所用材料均為市售，所使用的硝酸液作為調(diào)節(jié)ph值的試劑，因此，選用濃度均為2mol/l。

實(shí)施例1

一種球狀生物活性玻璃的制備方法，生物活性玻璃由前驅(qū)體凝膠經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后再煅燒而成，前驅(qū)體凝膠由前驅(qū)體溶膠陳化制得，所述前驅(qū)體溶膠由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖的去離子水溶液制備而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、去離子水的比例為610mg：210mg：1ml：950mg：147mg：1000mg：1ml。

制備方法包括以下步驟：

步驟一、按照以上比例稱(chēng)取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、乙醇和去離子水，備用；

步驟二、將稱(chēng)取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，攪拌30min，制得溶液a，備用；

步驟三、將稱(chēng)取的葡萄糖使用去離子水配置成溶液，將稱(chēng)取的硝酸鈣、硝酸鎂溶解于其中，制得溶液b，備用；

步驟四、將步驟三制備的溶液b與步驟二制備的溶液a混合后，使用硝酸溶液調(diào)節(jié)其ph值至2，制得溶液c，將溶液c攪拌2h，制得溶膠，備用；

步驟五、將步驟四制得的溶膠置于室溫下陳化24h得凝膠，凝膠干燥經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后進(jìn)行煅燒，制得球狀生物活性玻璃；其中，凝膠干燥、煅燒的方法為：將凝膠在80℃，干燥24h后，將干燥的凝膠升溫到200℃加熱直至其高溫自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并將黑色粉末于900℃煅燒2h。

實(shí)施例2

一種球狀生物活性玻璃的制備方法，生物活性玻璃由前驅(qū)體凝膠經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后再煅燒而成，前驅(qū)體凝膠由前驅(qū)體溶膠陳化制得，所述前驅(qū)體溶膠由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖的去離子水溶液制備而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、去離子水的比例為550mg：200mg：1ml：950mg：100mg：1600mg：1ml。

制備方法包括以下步驟：

步驟一、按照以上比例稱(chēng)取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、乙醇和去離子水，備用；

步驟二、將稱(chēng)取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，攪拌30min，制得溶液a，備用；

步驟三、將稱(chēng)取的葡萄糖使用去離子水配置成溶液，將稱(chēng)取的硝酸鈣、硝酸鎂溶解于其中，制得溶液b，備用；

步驟四、將步驟三制備的溶液b與步驟二制備的溶液a混合后，使用硝酸溶液調(diào)節(jié)其ph值至2，制得溶液c，將溶液c攪拌2h，制得溶膠，備用；

步驟五、將步驟四制得的溶膠置于室溫下陳化24h得凝膠，凝膠干燥、煅燒后，制得球狀生物活性玻璃；其中，凝膠干燥、煅燒的方法為：將凝膠在80℃，干燥24h后，將干燥的凝膠升溫到200℃直至其高溫自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并將黑色粉末于900℃煅燒2h。

實(shí)施例3

一種球狀生物活性玻璃的制備方法，生物活性玻璃由前驅(qū)體溶液經(jīng)高溫自蔓燃預(yù)處理后再煅燒而成，前驅(qū)體凝膠由前驅(qū)體溶膠陳化制得，所述前驅(qū)體溶膠由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖的去離子水溶液制備而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、去離子水的比例為650mg：300mg：1ml：850mg：200mg：2000mg：1ml。

制備方法包括以下步驟：

步驟一、按照以上比例稱(chēng)取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鎂、葡萄糖、乙醇和去離子水，備用；

步驟二、將稱(chēng)取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，攪拌30min，制得溶液a，備用；

步驟三、將稱(chēng)取的葡萄糖使用去離子水配置成溶液，將稱(chēng)取的硝酸鈣、硝酸鎂溶解于其中，制得溶液b，備用；

步驟四、將步驟三制備的溶液b與步驟二制備的溶液a混合后，使用硝酸溶液調(diào)節(jié)其ph值至2，制得溶液c，將溶液c攪拌2h，制得溶膠，備用；

步驟五、將步驟四制得的溶膠置于室溫下陳化24h得凝膠，凝膠干燥、煅燒后，制得球狀生物活性玻璃；其中，凝膠干燥、煅燒的方法為：將凝膠在80℃，干燥24h后，將干燥的凝膠升溫到200℃直至其高溫自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并將黑色粉末于900℃煅燒2h。

所制得的生物活性玻璃檢測(cè)：

（1）使用掃描電鏡，觀察實(shí)施例1-3制得的材料的形貌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1-圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示材料粒徑在2~3μm。

（2）根據(jù)國(guó)標(biāo)gb16886.5-200方法采用直接接觸法進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，570nm處測(cè)吸光度值，每實(shí)施案例材料每個(gè)時(shí)間點(diǎn)5個(gè)平行樣。所用細(xì)胞為vx2細(xì)胞株。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4，顯示材料無(wú)細(xì)胞毒性。