专利名称：：纳米级生物活性玻璃粉体材料及制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种纳米生物活性玻璃粉体材料及制备方法，更确切地说涉及20-500纳米尺寸范围生物活性玻璃粉体及制备方法，属于生物玻璃材料领域。尽管有良好的生物相容性和生物活性，然而生物活性玻璃作为临床应用产品目前只有一种颗粒状的形式。作为骨缺损修复，临床上常需块状支架材料来填充修复。现世界上极为关注的、发展较快的组织工程学也急待活性的支架材料。临床上也常需可注射性的以及可凝固性的骨水利生物材料来有的放矢地植放在缺损伤口处进行修复治疗，可注射性的生物材料也可作为药物载体将药物送到治疗处。高强度的种植体如人工关节种植体、牙种植体常用金属合金、不锈钢以及结构陶瓷等，这些材料通常不与活体组织联结和融合，常导致植体的松动。长期以来，生物活性涂层被认为是提高种植体与活体组织联结和融合的最佳途径。对某些长期植入人体的医疗器件如导管等常需表面生物活性改性。纳米技术将给材料科学带来巨大变化，通常纳米颗粒是指1-100nm范围的微粒。人们预期纳米的量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应能导致超性能材料的出现。在生物材料应用上，已有纳米羟基磷灰石晶体可能对癌细胞生长有抑制作用的报道。但纳米生物活性玻璃材料到目前为止未见报道。纳米生物活性玻璃粉体制备支架材料将有可能降低制备温度、减少或避免结晶相、提高力学强度、维持生物活性。纳米生物活性玻璃材料可用于骨水泥来提高生物活性而不降低力学性能。纳米材料液体的超流性将大大增强可注射性(Injectable)，用于可注射性的生物材料。纳米材料的优良性能都有利于表面涂层，纳米生物活性玻璃材料的涂层将可能突破现有涂层技术能导致均匀、致密、稳定、结合强度高的生物活性涂层。而以目前研制和使用的一般的生物活性玻璃粉体开发以上所述的新一代产品存在某些难以突破的难度。发明目的本发明的目的在于开发一种新的纳米级生物活性玻璃材料及制备方法，以满足新一代生物材料发展的需要。本发明的目的是通过下述方式实施的以溶液或无机盐的形式将Ca2+离子以及Na+离子引入去离子水中，并用NH3OH或NaOH调节溶液的PH程度。然后将正硅酸乙酯TEOS和磷酸三乙酯TEP(OP(OC2H5)3)混合液加入到上述溶液中，保持混合，使其水解和聚合，在SiO2网络形成的同时，Ca2+离子、PO43-离子基团、Na+离子进入SiO2网络形成生物活性玻璃的胶体颗粒。在碱性溶液中，沉淀将出现。经过滤和干燥制备出纳米生物活性粉体。通过调节和控制pH或某些离子如Na+离子浓度以及R比来改变聚合反应，从而来调节颗粒尺寸。制备的纳米级生物活性玻璃粉体尺寸为20-500纳米，更确切地说是60-200纳米。为降低水解和聚合反应速度以控制颗粒生长和沉淀速度可以在混合液中加入适量乙醇，以增加TEOS和TEP和水分子在溶液中距离，达到降低速率目的。制备的基本原理是在酸性溶胶中，SiO2胶粒为2纳米左右。随着pH的增高，聚合(Polycondensition)反应加速，胶粒增大。在高碱性溶胶中，胶粒将在溶液中沉淀生成颗粒度为几百纳米到几个微米的超细粉体。生物活性玻璃已由溶胶凝胶方法制备出。在制备中以SiO2为基质溶胶引入Ca2+离子和P基团离子以及Na+离子，最后制备成凝胶体，粉碎后制得一般颗粒粉体。在不同的碱性环境中配制SiO2、Ca2+离子和P基团离子以及Na+离子溶液(Sol)。随着水解(Hydrolysis)和聚合(Polycondensitiion)反应的进行，沉淀将随碱性程度在不同的时间发生。通过调节pH即碱性程度、某些离子浓度如Na+离子、以及水与正硅酸乙酯(TEOS)的克分子比(R比)来获得20-500纳米的纳米级生物活性玻璃粉体。本发明提出的纳米级生物活性玻璃粉体及其制备有二个关键所在一是调节和控制pH或某些离子如Na+离子浓度以及R比是获取纳米颗粒粉体的关键。二是Si、Ca2+离子、P基团离的引入形式和顺序也将是影响颗粒大小的重要因素。通过工艺探索，在本发明中寻找到理想的条件，最终制备出20到50纳米范围的生物活性玻璃粉体。其组成范围为(重量比)SiO242％-90％；CaO5％-30％；P2O51％-15％；Na2O0％-25％。将本发明提供的生物活性玻璃粉体干燥并经700℃热处理后，进行体外溶液生物活性测试。所用溶液为拟人体溶液SBF(SimulatedBodyFluid)。拟人体溶液SBF含有与人体血浆相同的离子和离子团浓度。SBF组成为NaCl7.996g/lNaHCO30.350g/lKCl0.224g/lK2HPO4·3H2O0.228g/lMgCl2·6H2O0.305g/l1NHCl43ml/lCaCl20.278g/lNa2SO40.071g/lNH2C(CH2OH)36.057g/l粉体在SBF中，反应条件为0.05g粉体、200mlSBF、反应温度为37℃、摇床转速为175RPM。分别在24小时、72小时后，将粉体与溶液通过过滤分开，用傅立叶红外转换光谱(FTIR)仪对粉体测试。在24小时内，本发明制备方法提供的粉体均能在表面诱导生成羟基磷灰石，从而表明这些材料具有生物活性。由此可见，本发明采用溶胶-凝胶方法，通过pH值和Na+、P+5或Ca++浓度控制以及引入形式和顺序和二次收集来控制制备过程，具有工艺简单，收集率高，纳米尺寸易控制特点。实施例1高碱制备粉体混合物INH3OH(14.8M)2.29mlH2O2.00mlCa(NO3)2·4H2O1gEthanol23.80ml先混合10分钟；混合物IIEthanol20.00mlTEOS1.77mlTEP0.2ml混合10分钟；将混合物II逐渐到入混合物I中，保持混合。5分钟后，混合溶液变浑浊，沉淀出现。20分钟后，经真空过滤或离心分离收集粉体。分离后的溶液将再次浑浊，出现沉淀。两次收集粉体，大大提高粉体产生率。粉体显微结构测试表明颗粒尺寸范围为150纳米到400纳米。实施例2Sol-Gel低碱制备粉体混合物INH3OH(14.8M)1.15mlH2O2.00mlCa(NO3)2·4H2O1gEthanol23.80ml混合10分钟；混合物IIEthanol20.00mlTEOS1.77mlTEP0.2ml混合10分钟；将混合物II逐渐到入混合物I中，保持混合。10分钟后，混合溶液变浑浊，沉淀出现。20分钟后，经真空过滤或离心分离收集粉体。分离后的溶液将再次浑浊，出现沉淀。两次收集粉体，大大提高粉体产生率。粉体显微结构测试表明颗粒尺寸范围为50纳米到150纳米。实施例3Na、P、Ca同时加入制备Sol-Gel粉体混合物INH3OH(14.8M)2.29mlH2O2.00mlCa(NO3)2·4H2O1gNaCl0.5gEthanol23.80ml混合10分钟；混合物IIEthanol20.00mlTEOS1.77mlTEP0.2ml混合10分钟；将混合物II逐渐到入混合物I中，保持混合。2分钟后，混合溶液变浑浊，沉淀出现。但沉淀较慢。20分钟后，经真空过滤或离心分离收集粉体。分离后的溶液将再次浑浊，出现沉淀。两次收集粉体，提高粉体产生率。粉体显微结构测试表明颗粒尺寸范围为150纳米到400纳米。权利要求1.一种纳米级生物活性玻璃粉体材料，其特征在于，它由下述组分组成(wt％)SiO242-90CaO5-30P2O51-15Na2O0-252.按权利要求1所述的纳米级生物活性玻璃粉体材料的制备方法，采用溶胶-凝胶工艺，其特征在于，以溶液或无机盐的形式将Ca2+或Ca2+和Na+引入去离子水中，并用NH3OH或NaOH调节溶液PH值，然后将TEOS和TEP混合物加入到上述溶液中混合，使其水解和聚合，在SiO2网络形成的同时，Ca2+、PO43-离子基因，Na+离子进入SiO2网络形成生物性玻璃的胶体颗粒；在碱性溶液中，沉淀，在经过滤、干燥而制备出纳米生物活性粉体。3.按权利要求2所述的纳米级生物活性玻璃粉体材料的制备方法，其特征在于，水解和聚合反应速度是通过在混合液中加入乙醇控制的。4.按权利要求1所述的纳米级生物活性玻璃粉体材料的制备方法，其特征在于，SiO2是以正硅酸乙酯形成加入的；P2O5是以磷酸三乙酯形成加入的；CaO是以Ca(NO3)2·4H2O形成加入的。全文摘要本发明涉及一种纳米生物活性玻璃粉体材料及制备方法,更确切地说是20－500纳米尺寸范围的生物活性玻璃粉体及制备方法。其特征在于粉体组成(wt)为SiO文档编号C03C4/00GK1361076SQ0211058公开日2002年7月31日申请日期2002年1月18日优先权日2002年1月18日发明者钟吉品,常江申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所