一种球状生物活性玻璃的制备方法

摘要

一种球状生物活性玻璃的制备方法，球状生物活性玻璃由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，其前驱体凝胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇以及去离子水制备而成，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的重量比为550~650：200~300：850~950：100~200：1000~2000；在制备过程中外加硝酸溶液，使前驱体溶胶的pH值为2。本发明采用葡萄糖作为模板剂，高温下易于脱除，不易残留，成本低廉；以高温自蔓燃法预处理，工艺简单，能耗低，利于大规模生产。

权利要求

1.一种球状生物活性玻璃的制备方法，其特征在于：由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述的前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇、去离子水以及硝酸溶液制备而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、去离子水的比例为550 650mg：200 300mg：~ ~

1mL：850 950mg：100 200mg：1000mg 2000mg：1mL，硝酸溶液的浓度为2mol/L；包括以下步~ ~ ~骤：

步骤一、按照上述质量比称取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁和葡萄糖，另取乙醇和去离子水，备用；

步骤二、将称取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，搅拌30min，制得溶液A，备用；

步骤三、将称取的葡萄糖使用去离子水配置成溶液，将称取的硝酸钙、硝酸镁溶解于其中，制得溶液B，备用；

步骤四、将步骤三制备的溶液B与步骤二制备的溶液A混合后，使用硝酸溶液调节其pH值至2，制得溶液C，将溶液C搅拌2h，制得溶胶，备用；

步骤五、将步骤四制得的溶胶于室温下陈化24h得凝胶，凝胶干燥经高温自蔓燃预处理后进行煅烧，制得球状生物活性玻璃；凝胶干燥、煅烧的方法为：将凝胶在80℃，干燥24h后，将干燥的凝胶加热到200℃一段时间直至其高温自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并将黑色粉末于900℃煅烧2h。

说明书

一种球状生物活性玻璃的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种球状生物活性玻璃的制备方法。

背景技术

[0002] 生物活性玻璃（简称BAG）是一类广泛应用于骨缺损和骨修复的生物材料，将其植入人体后可以与体液发生离子交换，在其表面生成无机类骨成分的羟基磷灰石层，并由羟基磷灰石层与宿主骨形成牢固的化学键合从而促进骨的生成。近来研究还显示，除了骨修复之外，生物活性玻璃还能修复软组织，是药物的优良载体。由于具有优异的生物活性、生物相容性及广泛的应用前景，生物玻璃的研究具有重要意义。

[0003] 近年来，制备球形的生物活性玻璃引起了广泛关注。将生物玻璃制备成球形后，其分散性变好，流动性增强，有利于注射等微创手术开展。同时，球形的结构也有利于提高其比表面积，增强反应活性，更方便对其进行表面改性，负载生物大分子或药物，提高预期疗效，拓展应用领域。

[0004] 目前，制备球形BAG的方法主要有：火焰漂浮法，有机模板法，共沉淀法等。其中，火焰漂浮法是将处理好的粉体经送粉器送至悬浮燃烧炉中，使其在一定的气流速度、气温和气压下氧化，使得粉体在表面张力作用下发生熔融，从而在微重力作用下自动凝结成球。这种方法制备的球状BAG，生产量大，球形完美，但粒径相对较大，制备过程需要的特殊设备较多，如喷雾干燥机，悬浮燃烧装置等，且操作过程比较繁琐，能耗大，生产硬件条件要求高；有机模板法主要采用P123、F127等分子作为模板剂，在体系中形成胶束，诱导分子自组装，最后再通过高温烧结去除，此种方法制备的球状玻璃粒径可以小至纳米级，且可以通过表面修饰控制其团聚，但是该方法制备过程中需要使用大量模板剂，且模板剂多价格昂贵且难以操作，难以实现大规模生产；共沉淀法常采用聚乙二醇等作为分散剂，利用聚乙二醇醚键的亲和作用，使其吸附于沉淀粒子的表面，包裹前驱沉淀粒子形成空间位阻效应，从而抑制粒子的团聚。此方法在制备材料过程中需要对分散剂的量进行准确把握，分散剂量的多少对于BAG球状形貌有很大的影响，同时共沉淀的过程容易造成玻璃组分的偏析，较难得到预期的材料组分。

发明内容

[0005] 本发明为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种球状生物活性玻璃的制备方法，所制备的微球粒径分布均匀，尺寸为2 3微米。~

[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种球状生物活性玻璃，由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述的前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇、去离子水以及硝酸溶液制备而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的质量比为550~650：200 300：850 950：100 200：1000 2000。其中，本发明的前驱体溶胶中外加的硝酸溶~ ~ ~ ~
液，使前驱体溶胶的pH值为2。

[0007] 其中，所述硝酸溶液的浓度为2mol/L。

[0008] 本发明中，一种球状生物活性玻璃的制备方法，包括以下步骤：

[0009] 步骤一、按照上述的质量比称取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁和葡萄糖，另取乙醇和去离子水，备用；

[0010] 步骤二、将称取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，搅拌30min，制得溶液A，备用；

[0011] 步骤三、将称取的葡萄糖使用去离子水配置成溶液，将称取的硝酸钙、硝酸镁溶解于其中，制得溶液B，备用；

[0012] 步骤四、将步骤三制备的溶液B与步骤二制备的溶液A混合后，使用硝酸溶液调节其pH值至2，制得溶液C，将溶液C搅拌2h，制得溶胶，备用；

[0013] 步骤五、将步骤四制得的溶胶陈化得凝胶，凝胶干燥经高温自蔓燃预处理后进行煅烧，制得球状生物活性玻璃。

[0014] 进一步的，步骤五中的陈化方法为：将溶胶置于室温下陈化24h得凝胶。

[0015] 进一步的，步骤五中凝胶干燥、煅烧的方法为：将凝胶在80℃，干燥24h后，再将干燥的凝胶升温到200℃加热一段时间直至其高温自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并将黑色粉末于900℃煅烧2h。

[0016] 本发明采用溶胶凝胶法制备球状生物活性玻璃。溶胶-凝胶法的化学成分的均匀性可达分子级别，由于反应溶液充分混合，使得溶液在约0.5nm的尺度内达到化学均匀，这同熔融法使用的微米级粉末原料的混合均匀度相比，提高100倍左右，所制得的生物玻璃具有更高的生物活性。而将葡萄糖引入制备生物活性玻璃的原料酸性溶液中，未进行目前葡萄糖成球工艺所必需的水热碳化成球法，而是利用了葡萄糖在生物活性玻璃反应原料溶液酸性条件及金属离子存在的催化条件下进行自主装以及硝酸盐与葡萄糖的共同作用下能进行高温自蔓燃预的方法成球。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0017] （1）本发明利用葡萄糖作为模板剂制备球状生物活性玻璃，相对于目前液相法制备球状生物活性玻璃时使用的其他模板剂，葡萄糖价廉易得，且不粘稠，非常便于操作。同时，葡萄糖高温下易于脱除，不易残留，对于人体没有毒副作用。

[0018] （2）凝胶通过加热发生自蔓燃反应，从而获得粒度窄、粒径2 3微米的黑色粉体，粉~体纯度高，无团聚现象，大小均匀，形状规则；工艺过程简单，操作难度低，常规煅烧炉即可满足实验需求，利于大规模生产；整个制备工艺的能耗低，利于实现节能减排。

附图说明

[0019] 图1为实施例1的扫描电镜图；

[0020] 图2为实施例2的扫描电镜图；

[0021] 图3为实施例3的扫描电镜图；

[0022] 图4为实施例1至实施例3的细胞增殖图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

[0024] 一种球状生物活性玻璃，球状生物活性玻璃由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述的前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇以及去离子水混合而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的重量比为550 650：200 300：850 950：100 200：1000 2000；前~ ~ ~ ~ ~驱体溶胶中外加硝酸溶液，使前驱体溶胶的pH值为2。

[0025] 优选的，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、去离子水的比例为550 650mg：200 300mg：1mL：850 950mg：100 200mg：1000mg 2000mg：1mL。~ ~ ~ ~ ~

[0026] 本发明各实施例中所用材料均为市售，所使用的硝酸液作为调节pH值的试剂，因此，选用浓度均为2mol/L。

[0027] 实施例1

[0028] 一种球状生物活性玻璃的制备方法，生物活性玻璃由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的去离子水溶液制备而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、去离子水的比例为610mg：210mg：1mL：950mg：147mg：1000mg：1mL。

[0029] 制备方法包括以下步骤：

[0030] 步骤一、按照以上比例称取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇和去离子水，备用；

[0031] 步骤二、将称取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，搅拌30min，制得溶液A，备用；

[0032] 步骤三、将称取的葡萄糖使用去离子水配置成溶液，将称取的硝酸钙、硝酸镁溶解于其中，制得溶液B，备用；

[0033] 步骤四、将步骤三制备的溶液B与步骤二制备的溶液A混合后，使用硝酸溶液调节其pH值至2，制得溶液C，将溶液C搅拌2h，制得溶胶，备用；

[0034] 步骤五、将步骤四制得的溶胶置于室温下陈化24h得凝胶，凝胶干燥经高温自蔓燃预处理后进行煅烧，制得球状生物活性玻璃；其中，凝胶干燥、煅烧的方法为：将凝胶在80℃，干燥24h后，将干燥的凝胶升温到200℃加热直至其高温自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并将黑色粉末于900℃煅烧2h。

[0035] 实施例2

[0036] 一种球状生物活性玻璃的制备方法，生物活性玻璃由前驱体凝胶经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的去离子水溶液制备而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、去离子水的比例为550mg：200mg：1mL：950mg：100mg：1600mg：1mL。

[0037] 制备方法包括以下步骤：

[0038] 步骤一、按照以上比例称取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇和去离子水，备用；

[0039] 步骤二、将称取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，搅拌30min，制得溶液A，备用；

[0040] 步骤三、将称取的葡萄糖使用去离子水配置成溶液，将称取的硝酸钙、硝酸镁溶解于其中，制得溶液B，备用；

[0041] 步骤四、将步骤三制备的溶液B与步骤二制备的溶液A混合后，使用硝酸溶液调节其pH值至2，制得溶液C，将溶液C搅拌2h，制得溶胶，备用；

[0042] 步骤五、将步骤四制得的溶胶置于室温下陈化24h得凝胶，凝胶干燥、煅烧后，制得球状生物活性玻璃；其中，凝胶干燥、煅烧的方法为：将凝胶在80℃，干燥24h后，将干燥的凝胶升温到200℃直至其高温自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并将黑色粉末于900℃煅烧2h。

[0043] 实施例3

[0044] 一种球状生物活性玻璃的制备方法，生物活性玻璃由前驱体溶液经高温自蔓燃预处理后再煅烧而成，前驱体凝胶由前驱体溶胶陈化制得，所述前驱体溶胶由正硅酸乙酯、磷酸三乙酯的乙醇溶液，硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖的去离子水溶液制备而成，其中，正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、乙醇、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、去离子水的比例为650mg：300mg：1mL：850mg：200mg：2000mg：1mL。

[0045] 制备方法包括以下步骤：

[0046] 步骤一、按照以上比例称取正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙、硝酸镁、葡萄糖、乙醇和去离子水，备用；

[0047] 步骤二、将称取的正硅酸乙酯和磷酸三乙酯溶解在乙醇中，搅拌30min，制得溶液A，备用；

[0048] 步骤三、将称取的葡萄糖使用去离子水配置成溶液，将称取的硝酸钙、硝酸镁溶解于其中，制得溶液B，备用；

[0049] 步骤四、将步骤三制备的溶液B与步骤二制备的溶液A混合后，使用硝酸溶液调节其pH值至2，制得溶液C，将溶液C搅拌2h，制得溶胶，备用；

[0050] 步骤五、将步骤四制得的溶胶置于室温下陈化24h得凝胶，凝胶干燥、煅烧后，制得球状生物活性玻璃；其中，凝胶干燥、煅烧的方法为：将凝胶在80℃，干燥24h后，将干燥的凝胶升温到200℃直至其高温自蔓燃，收集自蔓燃所得的黑色粉末，并将黑色粉末于900℃煅烧2h。

[0051] 所制得的生物活性玻璃检测：

[0052] （1）使用扫描电镜，观察实施例1-3制得的材料的形貌，实验结果见图1-图3。实验结果显示材料粒径在2 3μm。~

[0053] （2）根据国标GB16886.5-200方法采用直接接触法进行细胞实验，570nm处测吸光度值，每实施案例材料每个时间点5个平行样。所用细胞为VX2细胞株。实验结果见图4，显示材料无细胞毒性。