一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法：将摩尔百分比为44%的网络外体和摩尔百分比为56%的网络形成体组成的玻璃组分混合均匀；在温度为1000～1400℃下熔融保温0.5～1.5小时得到玻璃液；淬冷得到玻璃块；将所得玻璃块依次经粗碎、细碎、筛分得到玻璃粉料；将所得到的玻璃粉料与乙基纤维素和无水乙醇按照质量比为3:0.12:2.5的比例进行混合；先将无水乙醇和乙基纤维素平磨混合，再放入玻璃粉料后得到玻璃料浆；将所制备的玻璃料浆与聚氨酯模板混合，然后挤出多余的料浆，制备出灌浆玻璃支架，干燥、烧结、冷却得到硼酸盐抗菌玻璃支架。本发明所制得的硼酸盐抗菌玻璃支架抗菌效果优良，不存在致生物耐药性，具有可长期缓释抗菌，高温稳定抗菌，酸碱稳定抗菌性能。
【专利说明】一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料【技术领域】，尤其涉及一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法。
【背景技术】
[0002]上世纪80年代美国学者Langer等提出了组织工程(tissue engineering)的再生医学新概念，引起了医学界和材料科学界的极大关注。组织工程是利用生物科学与工程科学的原理和方法，研究和开发具有修复或改善人体组织、器官功能的新一代临床应用的取代物，用于代替组织或器官的一部分或全部功能。其中无机组织工程材料因具有机械性能好，生物相容性高，容易与周围的骨组织形成牢固的化学键合，而备受青睐。
[0003]生物组织工程材料植入到体内，造成的细菌感染是不容忽视的问题，现在解决这些问题的手段一般是材料载药方法。但是这种方法存在以下不足:细菌抗药性，药物突释，不同生理环境下药效变低等等。由于银离子是性能良好的广谱抗菌剂，并且不存在细菌抗药性及药效因环境而受到变化等优点，因此制备一种含氧化银的骨组织工程抗菌支架，在改善临床应用过程中的抗菌性能方面意义重大。另外有关文献报道硼酸盐生物玻璃因其具有很好的生物活性及生物相容性，而成为目前组织工程领域中的研究热点之一。前期研究表明，由硼酸盐玻璃制备的骨组织工程支架，具有优良的生物活性及生物相容性及生物可降解性能，可以在支架表面形成类骨羟基磷灰石，有利于细胞的粘附与生长，植入动物体内，能促进骨修复与组织再生。由于玻璃是组成能大幅度调节的材料，在硼酸盐玻璃中还可添加一些有利于细胞生长的 营养元素，如Sr, B等，植入体内后，这些离子的释放，对骨修复与组织再生等都能起到一定的促进作用。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，所需设备简单，容易操作，成本低廉。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]本发明提供了一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，包括以下步骤:
[0007]( I)玻璃粉料的制备
[0008]将摩尔百分比为44%的网络外体和摩尔百分比为56%的网络形成体组成的玻璃组分混合均匀，其中:网络外体包括摩尔百分比为0.057~1.136%的抗菌金属氧化物、摩尔百分比为30.682~31.761%的碱金属氧化物和摩尔百分比为68.182%的碱土金属氧化物；在温度为1000~1400°C下熔融保温0.5~1.5小时得到玻璃液；淬冷得到玻璃块；将所得玻璃块依次经粗碎、细碎、筛分得到玻璃粉料；
[0009](2)玻璃料浆的制备
[0010]将步骤(1)所得到的玻璃粉料与乙基纤维素和无水乙醇按照质量比为3:0.12:2.5的比例进行混合；先将无水乙醇和乙基纤维素平磨混合30~60min，再放入玻璃粉料，平磨60~90min,转磨30~60min后得到玻璃料衆,转速均为300rpm/min ；
[0011 ] (3)硼酸盐抗菌玻璃支架的制备
[0012]将步骤(2)所制备的玻璃料浆6ml与0.015g聚氨酯模板(50PPI，每英寸50孔，密度为0.015-0.025g)混合3~5min，然后挤出多余的料浆，制备出灌浆玻璃支架，在温度为60°C下干燥10~20min，将灌浆玻璃支架烧结、冷却得到硼酸盐抗菌玻璃支架。
[0013]所述抗菌金属氧化物为Ag20。
[0014]所述碱金属氧化物包括Na2O和K2O,其摩尔比为(5.5~5.975):8。
[0015]所述碱土金属氧化物包括CaO、SrO和MgO，其摩尔比为16:6:8。
[0016]所述网络形成体为非金属氧化物。
[0017]所述非金属氧化物包括Si02、B2O3和P2O5，其摩尔比为18:36:2。
[0018]所述玻璃粉料的粒径为0.05~50 μ m。 [0019]所述步骤(3)中的烧结是在程序控温炉中进行，以1.5°C /min升温速度升到400~500°C之间，保温60~90min ；以2.5°C /min升温速度升到550~650°C之间，保温120~150min，随炉降温冷却。
[0020]本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
[0021]1、本发明制备出的硼酸盐玻璃支架，孔径大小为200 μ m左右，抗压强度较高，具有生物可降解性能，生物活性高，其外形结构与人体的骨小梁结构相似；另外本支架根据预设骨缺损模型进行设计，制备出形状不同的抗菌生物活性玻璃支架，可用于制备骨填充物，骨科药物载体材料。
[0022]2、本发明工艺设备简单，容易操作，成本低廉，硼酸盐抗菌玻璃支架的抗菌因子为Ag2O,抗菌材料具有长期缓释抗菌性能，无细菌耐药性，高温稳定抗菌，酸碱稳定抗菌性能。
[0023]3、本发明所得到的抗菌可降解硼酸盐生物活性玻璃支架，能释放出抗菌因子Ag离子或Ag2O,支架抗菌效果优良，不存在致生物耐药性，具有可长期缓释抗菌，高温稳定抗菌，酸碱稳定抗菌性能。
[0024]4、本发明所得到的硼酸盐抗菌玻璃支架是一类可降解的生物活性材料。
[0025]5、本发明所得到的硼酸盐抗菌玻璃支架可根据预设骨缺损模型进行设计，制备出形状不同的抗菌生物活性玻璃支架，可用于制备骨填充物、骨科药物载体等材料。
[0026]6、本发明所制得的硼酸盐抗菌玻璃支架抗菌效果优良，不存在致生物耐药性，具有可长期缓释抗菌，高温稳定抗菌，酸碱稳定抗菌性能，生物可降解性能，生物活性高等等性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是实施例1所示硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法流程图。
[0028]图2是图1所示硼酸盐抗菌玻璃支架的示意图。
[0029]图3是图1所示硼酸盐抗菌玻璃支架的抗压强度曲线示意图。
[0030]图4是实施例2所示硼酸盐抗菌玻璃支架模拟体液浸泡前的SEM示意图。
[0031]图5是实施例2所示硼酸盐抗菌玻璃支架模拟体液浸泡后的SEM示意图。
[0032]图6是硼酸盐抗菌玻璃支架对大肠杆菌的抑制效果示意图。
[0033]图7是硼酸盐抗菌玻璃支架对金黄色葡萄球菌的抑制效果示意图。[0034]图8是浸泡后硼酸盐抗菌玻璃支架对大肠杆菌的抑制效果示意图。
[0035]图9是浸泡后硼酸盐抗菌玻璃支架对金黄色葡萄球菌的抑制效果示意图。
[0036]图10是不同掺银量硼酸盐抗菌玻璃支架对大肠杆菌的抑制率示意图。
[0037]图11是不同掺银量硼酸盐抗菌玻璃支架对金黄色葡萄球菌的抑制率果示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0039]实施例1[0040]掺银0.05%酸盐抗菌玻璃支架的制备
[0041]如图1所示，图1是实施例1所示硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法流程图。
[0042](I)玻璃粉料的制备
[0043]按照表1的硼酸盐生物玻璃组成，称取与金属氧化物相应的氧化物、氯化物、碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐作为玻璃配合料，原料的纯度为分析纯，混合均匀之后，将原始配料至于钼金坩埚中1150°C，熔制lh。随后淬冷得到玻璃块；将所得玻璃块依次经横式球磨机粗碎、气流粉碎机细碎，并筛分得到最终粒径为0.05-50 μ m的玻璃粉料。
[0044]表1
[0045]
【权利要求】
1.一种硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)玻璃粉料的制备 将摩尔百分比为44%的网络外体和摩尔百分比为56%的网络形成体组成的玻璃组分混合均匀，其中:网络外体包括摩尔百分比为0.057~1.136%的抗菌金属氧化物、摩尔百分比为30.682~31.761%的碱金属氧化物和摩尔百分比为68.182%的碱土金属氧化物；在温度为1000~1400°C下熔融保温0.5~1.5小时得到玻璃液，淬冷得到玻璃块；将所得玻璃块依次经粗碎、细碎、筛分得到玻璃粉料； (2)玻璃料浆的制备 将步骤(1)所得到的玻璃粉料与乙基纤维素和无水乙醇按照质量比为3:0.12:2.5的比例进行混合；先将无水乙醇和乙基纤维素平磨混合30~60min，再放入玻璃粉料，平磨60~90min,转磨30~60min后得到玻璃料衆，转速均为300rpm/min ； (3)硼酸盐抗菌玻璃支架的制备 将步骤(2)所制备的玻璃料浆6ml与0.015g聚氨酯模板混合3~5min，然后挤出多余的料浆，制备出灌浆玻璃支架，在温度为60°C下干燥10~20min，将灌浆玻璃支架烧结、冷却得到硼酸盐抗菌玻璃支架。
2.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述抗菌金属氧化物为Ag2O。
3.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述碱金属氧化物包括Na2O和K2O,其摩尔比为(5.5~5.975):8。
4.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述碱土金属氧化物包括CaO、SrO和MgO，其摩尔比为16:6:8。
5.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:网络形成体为非金属氧化物。
6.根据权利要求5所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述非金属氧化物包括Si02、B2O3和P2O5,其摩尔比为18:36: 2。
7.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述玻璃粉料的粒径为0.05~50μπ ι。
8.根据权利要求1所述的硼酸盐抗菌玻璃支架的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中的烧结是在程序控温炉中进行，以1.5°C /min升温速度升到400~500°C之间，保温60~90min ;以2.5°C /min升温速度升到550~650°C之间，保温120~150min,随炉降温冷却。
【文档编号】C03C14/00GK103896495SQ201410070142
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】王德平, 王会, 黄文旵, 崔旭, 沈悠曲, 蒋飞 申请人:同济大学