一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法以及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法以及應(yīng)用，該方法包括以下步驟：1）提供一種介孔生物玻璃粉體；2）將介孔生物玻璃粉體、粘結(jié)劑以及致孔劑按質(zhì)量比（0.3-0.5）:（0.05-0.15）:（0.3-0.5）混合均勻得到混合粉體，將其置于模具中，使用2-5MPa壓力進行壓制；3）將壓制得到的材料置于馬弗爐中焙燒，得到多孔支架；4）將該支架分別置于含有硅烷偶聯(lián)劑APS和TESPSA的甲苯溶液中回流，真空干燥，分別得到氨基化和羧基化的介孔生物玻璃多孔支架。本發(fā)明提供的多孔支架保持了介孔生物玻璃的介孔結(jié)構(gòu)，并且該多孔支架具有較高的氣孔率和較高的強度，負(fù)載量大，可以用于骨組織修復(fù)。
【專利說明】一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法以及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米與生物材料領(lǐng)域，更具體地涉及一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法以及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]由疾病、創(chuàng)傷和人口老齡化等引起的骨組織損傷嚴(yán)重危害人類健康，骨組織修復(fù)材料的需求量巨大，因此迫切需要開發(fā)高效的骨組織修復(fù)材料。
[0003]骨組織修復(fù)材料按材料種類分為金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料。其中無機非金屬材料由于具有生物相容性好以及能和組織很好的鍵合等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用，其中以生物活性玻璃的應(yīng)用最為廣泛。
[0004]1971 年 Hench 等人(Hench LL, Splinter RJ, Allen WC, Greenlee TK.J BiomedMater Res.1971，2，117)利用熔融法首次制備了具有骨修復(fù)性能的生物活性玻璃，熔融法制備的生物活性玻璃雖然可以用于骨修復(fù)，但是它具有制備溫度高、純度低、均勻性差以及過于致密且比表面積低導(dǎo)致生物活性不好等缺點。于是Hench等人(Li R, ClarkAE, HenchLL.JApplBiomater 1991，2，231)又利用溶膠凝膠的方法制備了一種生物活性玻璃，克服了熔融法的缺點。相比于熔融法制備的生物活性玻璃，溶膠凝膠法制備的生物活性玻璃雖然具有一定的孔隙使比表面積變大，生物活性得到了提高，但是孔隙數(shù)量并不多，因此生物活性的提高并不是特別大。
[0005]介孔材料是一 種孔徑介于微孔與大孔之間的具有巨大比表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)的新型材料，孔徑在2到50納米之間，由于介孔材料具有很大的比表面積，因此人們考慮將生物活性玻璃制備成介孔材料，從而提高其比表面積，進一步提高生物活性。2004年Zhao等人(Yan XX, Yu CZ, Zhou XF, Tang Jff, Zhao DY.AngewChemInt Ed 2004，43，5980)利用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)方法成功制備了介孔生物玻璃，這種介孔生物玻璃比表面積達(dá)到了350m2/g,并且具有4.6nm的均勻介孔，不光使生物玻璃的生物活性得到了很大的提升，并且和其它介孔材料一樣具有負(fù)載藥物的特性，使材料具有多功能性。
[0006]但是，對于骨組織的修復(fù)，細(xì)粉狀材料，例如介孔生物玻璃粉體不能作為修復(fù)材料，而需要將其制備成具有100 μ m以上的相互連通的大孔結(jié)構(gòu)的多孔支架，這樣的材料才有利于細(xì)胞遷入、組織長入及材料與活體組織的融合從而達(dá)到骨組織修復(fù)的目的。
[0007]目前制備介孔生物玻璃多孔支架的方法有兩種，但是都具有很明顯的缺點。(I)Shi 等人(Li X, Wang X，Chen H, Jiang P, Dong X，Shi J.ChemMater 2007，19，4322)利用聚氨酯泡沫浸潰的方法制備介孔生物玻璃多孔支架，該方法工藝周期長且制備的支架強度很低；(2) Yun 等人(Yun HS, Kim SE, Hyun YT.ChemCommun2007，21，2139)利用快速成型技術(shù)制備介孔生物玻璃多孔支架，該方法工藝復(fù)雜且需要特殊設(shè)備輔助，對介孔結(jié)構(gòu)也有一定的破壞。此外，通過上述方法制備的介孔生物玻璃多孔支架在直接應(yīng)用于骨組織修復(fù)時，負(fù)載量小，骨修復(fù)能力有限。[0008]因此，如何利用簡單的工藝制備具有較高強度和較高氣孔率的介孔生物玻璃多孔支架并且保持介孔生物玻璃介孔結(jié)構(gòu)不被破壞，同時提高該支架的負(fù)載量的方法還需要進
一步探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法以及應(yīng)用，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中的介孔生物玻璃多孔支架強度小，氣孔率低，介孔結(jié)構(gòu)被破壞，以及負(fù)載量小，骨修復(fù)能力有限的缺陷。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]提供一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架的制備方法，包括以下步驟:1)分別提供介孔生物玻璃粉體(MBG, Mesoporous bioactive glasses)、粘結(jié)劑以及致孔劑,所述介孔生物玻璃粉體的具體組成是SiO2, CaO，P2O5，其中三者的摩爾比為(70-90): (25-5): 5 ；2)將步驟I)中的介孔生物玻璃粉體、粘結(jié)劑以及致孔劑按質(zhì)量比(0.3-0.5): (0.05-0.15):(0.3-0.5)混合均勻得到混合粉體，然后將所述混合粉體置于模具中，使用2-5MPa壓力進行壓制；3)將步驟2)中壓制得到的材料置于馬弗爐中焙燒，得到介孔生物玻璃多孔支架；
4)將步驟3)中得到的介孔生物玻璃多孔支架分別置于含有硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)和3-三乙氧基甲硅烷基-丙基-琥珀酸酐(TESPSA)的甲苯溶液中回流，真空干燥，分別得到氨基化的介孔生物玻璃多孔支架和羧基化的介孔生物玻璃多孔支架。
[0012]所述步驟I)中的所述介孔生物玻璃粉體通過蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法制備，具體可參考 2004 年 Zhao 等人(Yan XX, Yu CZ, Zhou XF, Tang Jff, Zhao DY.AngewChemInt Ed2004，43，5980)。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟2)中的所述粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮。在粘結(jié)劑的選擇上，由于介孔的存在，粘結(jié)劑最好是固體的，如果用液體的話有可能對介孔造成破壞。固體的粘結(jié)劑也有很多種，但是如果最終這種支架材料被用于骨修復(fù)等生物工程，則聚乙烯吡咯烷酮為最佳選擇，因為這種粘結(jié)劑具有很好的生物相容性并且粘接效果最好。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟2)中的所述致孔劑是聚乙二醇。在致孔劑的選擇上，同樣有很多種類，但是如果出于安全考慮，聚乙二醇的生物相容性更好并且效果最好。
[0015]所述聚乙二醇的顆粒尺寸優(yōu)選為300-450 μ m。
[0016]所述步驟3)中焙燒的條件為500-700°C下焙燒4_6小時。
[0017]所述步驟4)中介孔生物玻璃多孔支架與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(0.6-1):(0.2-0.4)。
[0018]本發(fā)明還提供了一種通過上述制備方法制得的功能化的介孔生物玻璃多孔支架。
[0019]所述介孔生物玻璃多孔支架具有尺寸為200-300 μ m的大孔。
[0020]還提供一種如上所述的功能化的介孔生物玻璃多孔支架在制造骨修復(fù)材料中的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明提供的一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果在于:采用模具壓制法制備了不同尺寸以及不同形狀的介孔生物玻璃多孔支架，滿足實際應(yīng)用的各種需求；根據(jù)本發(fā)明提供的方法制備的多孔支架具有很好的強度和加工性能，切割以后仍保持大孔結(jié)構(gòu)不變； 通過硅烷偶聯(lián)劑的使用，進一步分別制備出了氨基化和羧基化的介孔生物玻璃多孔支架，由于氨基和羧基都是親水基團，所以氨基化和羧基化以后介孔生物玻璃多孔支架表面的親水性增強，在實際應(yīng)用中可以增強對細(xì)胞的吸附，提高骨修復(fù)能力；其次介孔生物玻璃屬于介孔材料，載藥是其一個重要功能，但普通介孔材料負(fù)載量小，而氨基化和羧基化以后的介孔生物玻璃多孔支架表面分別帶有正電荷和負(fù)電荷，根據(jù)電荷吸附等原理，可以增加不同種類藥物的負(fù)載量并達(dá)到緩釋效果，這也為以后的制備多功能性骨修復(fù)材料提供了載體材料。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例制備的介孔生物玻璃多孔支架，其中，A、B、C、D依次為根據(jù)本發(fā)明的實施例1，2，3，4制備的介孔生物玻璃多孔支架；
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備的介孔生物玻璃多孔支架的數(shù)碼顯微照片；
[0024]圖3是圖2所示照片的反色照片；
[0025]圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備的介孔生物玻璃多孔支架的掃描電鏡照片，放大倍數(shù)分別為60倍和300倍；
[0026]圖6是介孔生物玻璃粉體(MBG)和根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的小角X射線衍射對比圖；
[0027]圖7是介孔生物玻璃粉體(MBG)和根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的氮氣吸附脫附等溫線對比圖；
[0028]圖8是介孔生物玻璃粉體(MBG)和根據(jù)本發(fā)明的實施例1制備的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的孔徑分布曲線對比圖；
[0029]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例5制備的氨基化介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA-N)和未氨基功能化的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的紅外譜圖對比圖；
[0030]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例6制備的羧基化介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA-C)和未氨基功能化的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的紅外譜圖對比圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍。
[0032]實施例1
[0033](I)將4g P123 (一種三嵌段共聚物，全稱為:聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物，其分子式為:ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0)、6.7g正硅酸乙酯、1.4g Ca(NO3)2.4H20、
0.73g磷酸三乙酯以及l(fā).0g 0.5M鹽酸加入60.0g無水乙醇中，在30°C下攪拌18h形成透明的溶膠，將得到的溶膠置于培養(yǎng)皿中放到27°C下?lián)]發(fā)48h形成凝膠，然后將得到的凝膠在600°C馬弗爐中焙燒5h，取出后研磨得到介孔生物玻璃粉末；
[0034](2)將0.3g介孔生物玻璃粉末、0.05g聚乙烯吡咯烷酮粉末和0.3g聚乙二醇顆粒混合均勻，放入直徑為0.5cm圓柱形鋼制模具中，在3MPa壓力下壓制成型。將成型的介孔生物玻璃放入500°C馬弗爐中焙燒6h，得到直徑為0.5cm厚度為0.3cm圓柱形介孔生物玻璃多孔支架。
[0035]如圖1中的A所示，可粗略觀察到該多孔支架上具有大孔。如圖2所示，是該多孔支架的數(shù)碼顯微照片，放大倍數(shù)為60倍，從中可以清晰地觀察到支架中豐富的大孔的存在，雖然加入的致孔劑聚乙二醇顆粒大小為300-450 μ m，但是由于支架在高溫下發(fā)生了收縮，因此最終觀察到的大孔直徑約為200-300 μ m。圖3是圖2的反色照片，是對圖2的補充，從中能夠更加清晰地觀察到支架中大孔的存在。圖4和圖5是該支架的掃描電鏡照片，可進一步觀察到大孔以及大孔孔壁的結(jié)構(gòu)。
[0036]通過進一步測量，介孔生物玻璃粉末(MBG)與該實施例中制備的介孔生物玻璃多孔支架(MBG-SCA)的孔參數(shù)對比如下表所示，通過對比，可進一步說明在上述制備多孔支架的過程中基本不會對介孔生物玻璃粉末本身的介孔結(jié)構(gòu)造成破壞。
[0037]表1
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)分別提供介孔生物玻璃粉體、粘結(jié)劑以及致孔劑，所述介孔生物玻璃粉體的具體組成是SiO2, CaO，P2O5，其中三者的摩爾比為(70-90): (25-5):5 ； 2)將步驟I)中的介孔生物玻璃粉體、粘結(jié)劑以及致孔劑按質(zhì)量比(0.3-0.5):(0.05-0.15): (0.3-0.5)混合均勻得到混合粉體，然后將所述混合粉體置于模具中，使用2-5MPa壓力進行壓制； 3)將步驟2)中壓制得到的材料置于馬弗爐中焙燒，得到介孔生物玻璃多孔支架； 4)將步驟3)中得到的介孔生物玻璃多孔支架分別置于含有硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-三乙氧基甲硅烷基-丙基-琥珀酸酐的甲苯溶液中回流，真空干燥，分別得到氨基化的介孔生物玻璃多孔支架和羧基化的介孔生物玻璃多孔支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的所述介孔生物玻璃粉體通過蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的所述粘結(jié)劑是聚乙烯吡咯烷酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的所述致孔劑是聚乙二醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙二醇的顆粒尺寸是300-450 μ mD`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中焙燒的條件為500-700°C下焙燒4-6小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中介孔生物玻璃多孔支架與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(0.6-1): (0.2-0.4)。
8.一種功能化的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于，所述功能化的介孔生物玻璃多孔支架通過根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的制備方法制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功能化的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于，所述介孔生物玻璃多孔支架具有尺寸為200-300 μ m的大孔。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的功能化的介孔生物玻璃多孔支架在制造骨修復(fù)材料中的應(yīng)用。
【文檔編號】A61L27/56GK103623466SQ201310705307
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】李永生, 張興棣, 李楠, 施劍林 申請人:華東理工大學(xué)