专利名称：一种生物活性微球及其制备方法
技术领域：
本发明属于生物医学材料制备技术领域，具体涉及一种空心生物活性微球及其制备方法。
背景技术：
生物活性微球，例如生物活性玻璃微 球等由于其良好的生物活性，已被广泛用于骨及牙齿的修复及药物释放载体材料的原料等医药领域。基于手术和药物辅料对机体的抗感染、最小伤害性及适应性等方面的要求，所述的活性微球颗粒一般要求具有良好的流动性、挤出性及规则球形形貌。特别是在骨组织缺损填充手术中，不规则的颗粒的形态容易在人体内引起炎症反应，且影响骨形成的速度，因此，一般倾向于使用具有光滑表面的球形颗粒作为组织缺陷填充的材料。但目前现有的生物活性玻璃微球的制备方法并不能满足此种需求，或存在制备方法过于复杂等缺陷。中国专利公开号CN 101215153A，发明的一种合成生物玻璃超细粉体的方法，颗粒平均粒径在I μ m，但是颗粒为无规则形貌，后处理过程包括机械球磨及冷冻处理，过程繁琐。中国专利公开号CN 1843994A，发明了一种仿生制备生活活性玻璃纳米颗粒的方法，颗粒粒径为20nm 50nm,颗粒形貌为球形,但采用的制备方法中大量使用有机溶剂,易造成身体伤害，且制备微乳液的过程过于繁琐，不利于工业化生产。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足及临床的需求，提供一种生物活性玻璃空心微球及其合成方法。本发明利用胶体化学原理，采用溶胶-凝胶制备工艺结合有机模板技术，制备具有球形形貌及空心结构的生物活性微球材料，制备出的微球具有良好的体外磷灰石形成活性、规则的形貌、窄的粒度分布及良好的生物活性，特别适用于骨组织的修复手术。本发明的生物活性微球由CaO、P2O5和SiO2组成，按重量百分比计，CaO的含量为16 36%、P2O5为4%、SiO2S 60 80% ;所述的微球粒径为I 5μπι，为空心球型。本发明的生物活性微球采用正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙制成，其制备方法包括如下步骤:(I)将无水乙醇与去离子水按体积比为2: I的比例配制无水乙醇水溶液，将酸性催化剂溶于上述无水乙醇水溶液中，然后加入聚乙二醇，溶解后形成溶液A ;其中，所述聚乙二醇与前躯体原料正硅酸乙酯的质量百分比为1: 8 1: 12，所述去离子水与前躯体原料正硅酸乙酯的摩尔百分比为8: I ；(2)将所述前躯体原料正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙依次加入上述溶液A中，溶解后形成溶胶B;其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙的摩尔比分别是60 80: 4: 16 36 ;(3)将步骤⑵中得到的溶胶B于60°C下水热老化，得湿凝胶；(4)将步骤(3)所得的湿凝胶用去离子水或无水乙醇清洗后，于37°C下干燥，得干凝胶；(5)将步骤(4)所得的干凝胶研磨后在600°C 800°C的温度下，热处理得目标产
品O其中，步骤(I)所述的酸性催化剂为盐酸、柠檬酸、乳酸或乙酸。步骤(I)所述的聚乙二醇的分子量为4000、6000或10000。步骤(I)具体方法可以为:将酸性催化剂溶于无水乙醇水溶液中后，磁力搅拌10分钟，加入聚乙二醇后继续搅拌I小时，溶解后形成溶液A。所述步骤(I)的酸性催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比范围为0.017 0.025。所述步骤(2)也可包括以下步骤:在依次加入所述前躯体原料时，每加一种前躯体原料中间间隔搅拌30分钟，之后继续搅拌4小时，使前躯体原料充分水解，水解产物与聚乙二醇分子相互作用，组装形成无机-有机复合结构。所述步骤(3)的老化时间优选24小时。所述步 骤(4)的干燥方式也可以为:先于37°C下干燥24小时后，再冷冻干燥24小时，最后得干凝胶。所述步骤(5)的优选热处理时间为2 3小时，温度升高速度为10°C /分钟。相较于现有技术，本发明具有如下优点和显著效果:本发明结合溶胶-凝胶法和模板剂自组装技术的优点，制得的生物活性微球粒径为I 5μπι，粒度分布范围狭窄均匀、颗粒为具有空心结构，表面光滑的规则球形形貌；具有优良的流动性、可注射性及安全性。制备工艺简单、产量高、成分均匀，有效避免颗粒团聚，颗粒大小可调。
图1是本发明方法所制备的生物活性微球表面介孔分布曲线。图2是本发明方法实施例1所制备的生物活性微球的透射电镜图。图3是本发明方法实施例2所制备的生物活性微球的 Μ电镜图。图4是本发明方法实施例3所制备的生物活性微球的SM电镜图。图5是本发明方法实施例5所制备的生物活性微球的SEM电镜图。图6是本发明方法实施例6所制备的生物活性微球的SM电镜图。图7是本发明方法所制备的生物活性微球平均粒径分布曲线图。
具体实施例方式如图2到图7所示，本发明的生物活性微球为空心、表面光滑的规则球形，粒径为I 5 μ m,介孔孔径范围在2-10nm之间。根据反应原理可推断所述生物活性微球按重量百分比计，其CaO的含量为16 36%, P2O5 为 4%, SiO2 为 60 80%。下面将结合实施例对本发明的制备方法作详细的说明。无水乙醇的水溶液的制备:将无水乙醇与去离子水按体积比为2: I的比例配制无水乙醇水溶液。以下实施例的原料均为购买的分析纯试剂。实施例1
(I)将0.2克的柠檬酸溶解于30毫升无水乙醇的水溶液中，柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.017，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入1.04g聚乙二醇6000，继续搅拌I小时，形成溶液A ;(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 12.5克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙8.501克按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔30分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ；(3)将步骤⑵中得到的溶胶B装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化24h得到的湿凝胶；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次去除杂质后，在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(5)将步骤(4)得到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C /min升温至600°C，热处理3小时 得目标产品。所制得的目标产品的颗粒形貌如图1和图2所示，颗粒为空心球形，表面光滑，平均粒径为5 μ m，介孔孔径范围在2-10nm之间。实施例2:(I)将0.2克柠檬酸溶解于30毫升无水乙醇的水溶液中，柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.017，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入1.25克聚乙二醇4000，继续搅拌I小时，形成溶液A ;(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 12.5克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙8.051克按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔30分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ；(3)将步骤(2)中得到的溶胶B装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化 24h ；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次；(5)将步骤(4)的湿凝胶在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(6)将步骤(5)得到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C /min升温至800°C，热处理2小时得到生物活性玻璃空心微球。所制得的目标产品的颗粒形貌如图3所示，颗粒为空心球形，表面光滑，平均粒径约为I μ m,介孔孔径范围在2-10nm之间。实施例3:(I)将0.88毫升，2摩尔/升的盐酸溶解于30毫升无水乙醇的水溶液中，盐酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.025，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入1.82克聚乙二醇10000，继续搅拌I小时，形成溶液A ;(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 14.58克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙6.202克按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔30分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ; (3)将步骤(2)中得到的溶胶装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化24h ；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次；
(5)将步骤(4)的湿凝胶在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(6)将步骤(5)得到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C /min升温至600°C，热处理3小时得到生物活性玻璃空心微球；所制得的目标产品的颗粒形貌如图4所示，颗粒为空心球形，表面光滑，平均粒径大小约为2μ m。实施例4:(I)将0.19克乳酸溶解于30ml无水乙醇的水溶液中，乳酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.025，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入1.22克聚乙二醇6000，继续搅拌I小时，形成溶液A ；(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 14.58克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙6.202克。按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔30分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ; (3)将步骤(2)中得到的溶胶装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化24h ；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次；(5)将步骤(4)的湿凝胶在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(6)将步骤(5)得到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C /min升温至600°C，热处理3小时得到生物活性玻璃空心微球；所制得的目标产品的颗粒为空心球形，表面光滑，粒径范围为1-5 μ m，介孔孔径范围在2-10nm之间。实施例5:(I)将0.12克乙酸溶解于30毫升无水乙醇的水溶液中，乙酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.025，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入2.08克聚乙二醇6000，继续搅拌I小时，形成溶液A ；(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 16.67克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙3.816克。按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔40分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ;(3)将步骤⑵中得到的溶胶装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化24h ；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次；(5)将步骤(4)的湿凝胶在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(6)将步骤(5)得 到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C/min升温至700°C，热处理3小时得到生物活性玻璃空心微球；所制得的目标产品的颗粒形貌如图5所示，颗粒为空心球形，表面光滑，平均粒径大小约为2μ m。实施例6:(I)将0.12克乙酸溶解于无水乙醇的水溶液中，乙酸与正硅酸乙酯的摩尔比为0.025，磁力搅拌10分钟混合均匀，然后加入2.08g聚乙二醇10000，继续搅拌I小时，形成溶液A ;(2)将前躯体原料正硅酸乙酯(TEOS) 16.67克、磷酸三乙酯(TEP) 1.45克、四水硝酸钙3.816克。按顺序加至步骤(I)得到的溶液A中，每加一种原料中间间隔30分钟使其充分水解，充分搅拌均匀后形成溶胶B ;(3)将步骤(2)中得到的溶胶装入密封的50ml的塑料离心管中于60°C水热老化24h ；(4)将步骤(3)中得到的湿凝胶用去离子水和无水乙醇分别清洗3次；(5)将步骤(4)的湿凝胶在37°C下干燥24小时，然后冷冻干燥24小时，得到干凝胶；(6)将步骤(5)得到的干凝胶研磨后置入高温炉中，以10°C /min升温至650°C，热处理3小时得到生物活性玻璃空心微球。所制得的目标产品的颗粒形貌如图6所示，颗粒为空心球形，表面光 滑，平均粒径大小约为3 μ m。
权利要求
1.一种生物活性微球，其特征在于:所述的微球由Ca0、p205和SiO2组成，按摩尔百分比计，CaO的含量为16 36%、P205为4%、Si02S60 80%;所述的微球粒径为I 5 μ m，为空心球型。
2.如权利要求1所述的微球的制备方法，前躯体原料由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙组成，其特征在于包括如下步骤: (1)将无水乙醇与去离子水按体积比为2: I的比例配制无水乙醇水溶液，将酸性催化剂溶于上述无水乙醇水溶液中，然后加入聚乙二醇，溶解后形成溶液A ;其中，所述聚乙二醇与前躯体原料正硅酸乙酯的质量百分比为1: 8 1: 12，所述去离子水与前躯体原料正硅酸乙酯的摩尔百分比为8: I ； (2)将所述前躯体原料正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙依次加入上述溶液A中，溶解后形成溶胶B;其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙的摩尔比分别是60 80: 4: 16 36 ; (3)将步骤(2)中得到的溶胶B于60°C下水热老化，得湿凝胶； (4)将步骤(3)所得的湿凝胶用去离子水和无水乙醇清洗后，于37°C下干燥，得干凝胶； (5)将步骤(4)所得的干凝胶研磨后在600°C 800°C的温度下，热处理得目标产品。
3.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的酸性催化剂为盐酸、柠檬酸、乳酸或乙酸。
4.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的聚乙二醇的分子量为 4000,6000 或 10000。
5.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(I)的具体步骤为:将酸性催化剂溶于无水乙醇水溶液中后，磁力搅拌10分钟，加入聚乙二醇后继续搅拌I小时，溶解后形成溶液A。
6.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(I)的酸性催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比范围为0.017 0.025。
7.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(2)在依次加入所述前躯体原料时，每加一种前躯体原料中间间隔搅拌30分钟，之后继续搅拌4小时，使前躯体原料充分水解，水解产物与聚乙二醇分子相互作用，组装形成无机-有机复合结构。
8.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(3)的老化时间为24小时。
9.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(4)的干燥方式为:先于37°C下干燥24小时，然后再冷冻干燥24小时，得干凝胶。
10.如权利要求2所述的微球的制备方法，其特征在于所述步骤(5)的热处理时间为2 3小时，温度升高速度为10°C /分钟。
全文摘要
本发明公开了一种生物活性微球及其制备方法。按摩尔百分比计，所述微球由16～36％CaO、4％P2O5、60～80％SiO2组成；粒径为1～5μm，为空心球型。其制备方法包括如下步骤按比例配制酸性催化剂聚乙二醇溶液A；按60～80∶4∶16～36的摩尔比分别将正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和四水硝酸钙依次加入溶液A中形成溶胶B；溶胶B于60℃下水热老化后于37℃下干燥制得的干凝胶；干凝胶研磨后经600℃～800℃下热处理得到目标产品。较现有技术，本发明的生物活性微球为空心结构、表面光滑的规则球形；粒径为1～5μm，粒度分布范围狭窄均匀。具有优良的流动性、可注射性及安全性，且制备工艺简单。
文档编号A61L27/50GK103239756SQ20121002463
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者林才, 李彬 申请人:佛山兰赛特生物科技有限公司