CN104644455A

CN104644455A - 一种生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料及试剂盒和应用

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Publication number: CN104644455A
Application number: CN201510038543.7A
Authority: CN
Inventors: 陈晓峰; 梁绮明; 胡庆; 李玉莉; 李贤�
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: CN104644455B

Abstract

本发明公开了一种生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料及试剂盒和应用，该试剂盒包括固体粉末和固化液两组分，其中，固化液是磷酸盐缓冲溶液，粉末为钙磷硅三元生物玻璃微纳米球，固体粉末和固化液比例为1.1～2.0g/mL。固体粉末和固化液调和后的糊状物能固化，形成具有一定机械强度和硬组织修复性能的复合生物材料。本发明工艺设备简单，容易操作，成本低廉。制得的复合生物材料具有良好的生物活性、降解率，以及一定的机械强度，可用于临床常见的盖髓治疗、口腔以及骨科的骨缺损修复。

Description

一种生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料及试剂盒和应用

技术领域

本发明属于生物医用修复材料领域，涉及一种新型的可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料及其制备方法和应用。

背景技术

活髓保存是治疗由于手术操作、龋齿、外伤等原因造成的牙髓暴露的理想方法。理想的盖髓材料应具有合适的物化性能、诱导牙髓细胞的增殖分化、促进修复性牙本质的形成，抗菌抑菌性能，同时不应引起牙髓的炎症反应。目前临床使用的盖髓材料有氢氧化钙、三氧化矿物凝聚体。但两者都不能完全满足盖髓材料的要求。

氢氧化钙在临床上广泛应用，但是氢氧化钙也具有一定副作用和局限性。氢氧化钙的强碱性会造成与之接触的表层、浅层牙髓组织变性和坏死，有较强的细胞毒性。此外，氢氧化钙没有消炎作用，对于有炎症的牙髓无效。

三氧化矿物凝聚体临床操作性差，混合和填放有一定的难度，填放过程需要借助一些特殊的器械；固化时间长，盖髓后需要观察4h以上，以确保材料凝固；价格昂贵(均为进口，每克近千元，目前仅在大医院可用到)，限制了临床的广泛应用；抑菌效果不理想，仅对少数菌有抑菌效果。

生物活性玻璃是一类性能优良的生物材料，它具有良好的生物活性和生物相容性，有一定的抗菌抑菌能力，可以通过改变各组分的含量以调节其生物活性、降解性以及机械性能,满足不同的临床要求。除此之外，生物活性玻璃可以通过释放离子激活细胞中的特定基因表达从而影响细胞的行为。

根据申请人所做的资料检索，迄今为止未见可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的相关报道,此材料可以充填，固化后有一定的强度，可用于盖髓治疗、骨修复等。

发明内容

本发明的目的是为临床医疗提供一种可固化且可降解的复合生物材料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的试剂盒，包括固体粉末和固化液两部分(两部分是分开包装的)，其中，固化液为磷酸盐缓冲溶液，粉末为钙磷硅三元生物玻璃微纳米球，固体粉末和固化液比例为1.1～2.0g/mL。

所述生物玻璃纳米微球的制备：

(1)将模板剂溶于乙醇和去离子水的混合溶液中；然后将正硅酸乙酯、磷酸三乙脂、四水硝酸钙依次加入到上述溶液中，充分搅拌均匀后得到白色乳液；其中所述正硅酸乙酯、磷酸三乙脂和四水硝酸钙所对应的氧化物SiO₂:P₂O₅:CaO的摩尔百分比分别为25～50％、0.1～30％和40～75％，所述模板剂为十二胺；

(2)将步骤(1)中得到乳白色溶液离心，得到湿态白色沉淀，该沉淀经干燥，得到干粉末；再将干粉末经过600～700℃热处理得到生物玻璃纳米微球。

步骤(1)所述混合过程中温度控制在40℃。

所述正硅酸乙酯、磷酸三乙脂和四水硝酸钙的加料间隔为30min。

所述磷酸盐缓冲溶液中磷酸盐的摩尔浓度为1～6mol/L，溶液pH为4～9。

所述磷酸盐缓冲溶液为海藻酸钠磷酸盐缓冲溶液，其中海藻酸钠的质量体积浓度为0.5～6％。

所述海藻酸钠磷酸盐缓冲溶液的制备：

称取海藻酸钠溶于去离子水中，配成海藻酸钠溶液；将磷酸氢二钾、磷酸二氢钠加入到海藻酸钠溶液中，得到海藻酸钠磷酸盐缓冲溶液。

将试剂盒中的固体粉末和固化液混合，调和成糊状物，将调和后的糊状物固化成型，得到生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料。固体粉末与固化液组分混合时能固化，形成具有一定机械强度和硬组织修复性能的固态物。上述的固化是指生物玻璃微纳米球与固化液各组分反应，使糊状物凝聚、变硬，形成有一定形状的固体。混合初期，该复合材料为膏状浆体，可以通过调节固液比例、固相组分含量、固化液各组分浓度调节复合材料的各项物化性能。

所述生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料可用作盖髓材料、口腔填体材料、骨填充或骨组织工程支架材料，如颅骨骨折、根管填充、椎体成形术等，亦可用于椎体塌陷和椎体疏松性骨折的强化固定治疗。

本发明制备的可固化生物玻璃-海藻酸钠组合生物材料，能较好的满足口腔盖髓材料、口腔填体材料、骨修复材料的流动性，力学性能，降解率及生物活性的要求，在临床口腔修复治疗、骨修复治疗领域具有良好的应用前景。

本发明制备的可固化生物玻璃-海藻酸钠组合生物材料的优点在于：生物玻璃微纳米球有优异的生物活性和生物相容性，在与固化液混合后能快速形成羟基磷灰石。填充后材料能在体液中形成纳米羟基磷灰石，能有效促进类骨羟基磷灰石的形成、促进骨组织、牙髓牙本质的修复。更重要的是，生物玻璃、海藻酸钠均可以在人体体液中完全降解，此类可降解材料可实现生物组织的原位修复。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的可固化生物玻璃生物材料养护0天、3天的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例1制得的可固化生物玻璃生物材料固化3天后的表面微观结构扫描电镜图；

图3为本发明实施例2中不同海藻酸钠浓度的固化液制备出的可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的抗压强度与养护时间的关系图。

图4为本发明实施例3中可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料养护3天，3天后材料表面微观结构扫描电镜图。

图5为本发明实施例4中可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料养护3天后，浸泡在模拟体液0天后材料表面微观结构电镜图。

图6为本发明实施例4中可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料养护3天后浸泡在模拟体液1天后材料表面微观结构电镜图。

图7为本发明实施例4中可固化生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料养护3天后浸泡在模拟体液7天后材料表面微观结构电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

步骤一：生物玻璃微纳米球的制备

以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙为原料，按摩尔比称取相应物质，使得原料中各物质对应的氧化物按照SiO₂:P₂O₅:CaO的摩尔百分比为40:5:55制备生物玻璃微纳米球。将4g十二胺溶于105mL去离子水和无水乙醇的混合溶液，合成过程中温度控制在40℃，搅拌10min后依次加入16.00mL正硅酸乙酯、16.32mL磷酸三乙酯、28.25g四水硝酸钙，每次加料间隔30min。加料完成后继续搅拌3h，得到白色乳液，离心后得到湿粉末。将粉末冷冻干燥，置于箱式电炉中，经过650℃热处理得到生物玻璃微纳米球粉体。

步骤二：磷酸盐缓冲固化液的制备

将磷酸氢二钾、磷酸二氢钠依次加入一定量的水中，得到磷酸盐缓冲溶液。磷酸盐浓度为4M，溶液pH为7。

步骤三：生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的制备：

将上述制备的固体粉末与固化液以1.48g/mL调和形成糊状物。将调和后的糊状物填入不锈钢模具中，置于37℃、100％湿度的模拟人体环境中。1h后脱模，在37℃、100％湿度中养护3天，其调和前3天后的XRD图如图1所示。表明该组分生物活性玻璃与固化液调和后因生成羟基磷灰石HA和CaK₃H(PO₄)₃而固化。养护3天其固化强度为5.22±0.73MPa，其表面形貌如图2所示。从图2看出，固化后所形成的第二相的形貌为针棒状，且表面致密。

实施例2

按照实施例1以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙为原料，按摩尔比称取相应物质，使得原料中各物质对应的氧化物按照SiO₂:P₂O₅:CaO的摩尔百分比为37:8:55制备生物玻璃微纳米球。步骤一具体操作与实施例1相同。

步骤二：磷酸盐缓冲固化液的制备

将磷酸氢二钾、磷酸二氢钠依次加入到一定量的水中，得到磷酸盐缓冲溶液。磷酸盐浓度为4M，溶液pH为7。

步骤三：生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的制备：

将上述制备的固体粉末与固化液以1.60g/mL调和形成糊状物。将调和后的糊状物填入不锈钢模具中，置于37℃、100％湿度的模拟人体环境中。1h后脱模，在37℃、100％湿度中养护。养护天数与样品强度变化如图3所示。强度在养护一天的时候达到最大值约32MPa。其初凝时间为6.5±0.5min，终凝时间为11.3±0.26min，有一定的可操作时间。

实施例3

步骤二：海藻酸钠磷酸盐缓冲固化液的制备

称取海藻酸钠溶于去离子水中，配成海藻酸钠溶液。将磷酸氢二钾、磷酸二氢钠依次加入到海藻酸钠溶液中，得到0.5％的海藻酸磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐浓度为4M。

步骤三：生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的制备：

将上述制备的固体粉末与固化液以1.53g/mL调和形成糊状物。将调和后的糊状物填入不锈钢模具中，置于37℃、100％湿度的模拟人体环境中。养护三天后，强度分别为13.62±2.12MPa，其表面形貌如图4所示。固化表面可以看到海藻酸钠有机质，表面致密没有孔洞，这说明海藻酸钠可以增加材料的自身的封闭性能。

实施例4

按照实施例1以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙为原料，按摩尔比称取相应物质，使得原料中各物质对应的氧化物按照SiO₂:P₂O₅:CaO的摩尔百分比为35:10:55制备生物玻璃微纳米球。步骤一具体操作与实施例1相同。

步骤二：海藻酸钠磷酸盐缓冲固化液的制备

称取海藻酸钠溶于去离子水中，配成海藻酸钠溶液。将磷酸氢二钾、磷酸二氢钠依次加入到海藻酸钠溶液中，得到1％的海藻酸磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐浓度为4M。

步骤三：生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的制备：

将上述制备的固体粉末与固化液以1.60g/mL调和形成糊状物。将调和后的糊状物填入不锈钢模具中，置于37℃、100％湿度的模拟人体环境中。养护三天后，强度为13.07±0.63MPa，其在模拟体液中矿化0天、1天和7天的表面形貌如图5、图6、图7所示。在模拟体液中浸泡1天就能在表面完全覆盖形成羟基磷灰石，表明该材料有良好的生物活性。

Claims

1.一种制备生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料的试剂盒，其特征在于，包括固体粉末和固化液两部分，其中，固化液为磷酸盐缓冲溶液，粉末为钙磷硅三元生物玻璃微纳米球，固体粉末和固化液比例为1.1～2.0g/mL。

2.根据权利要求1所述的试剂盒，其特征在于，所述生物玻璃纳米微球是由如下方法制备的：

3.根据权利要求2所述的试剂盒，其特征在于，步骤(1)所述混合过程中温度控制在40℃。

4.根据权利要求3所述的试剂盒，其特征在于，所述正硅酸乙酯、磷酸三乙脂和四水硝酸钙的加料间隔为30min。

5.根据权利要求4所述的试剂盒，其特征在于，所述磷酸盐缓冲溶液中磷酸盐的摩尔浓度为1～6mol/L，溶液pH为4～9。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的试剂盒，其特征在于，所述磷酸盐缓冲溶液为海藻酸钠磷酸盐缓冲溶液，其中海藻酸钠的质量体积浓度为0.5～6％。

7.根据权利要求6所述的试剂盒，其特征在于，所述海藻酸钠磷酸盐缓冲溶液是由如下方法制备的：

8.权利要求1～7任一项所述试剂盒的应用，其特征在于，将试剂盒中的固体粉末和固化液混合，调和成糊状物，将调和后的糊状物固化成型后得到生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料。

9.权利要求8得到的生物玻璃-海藻酸钠复合生物材料。

10.权利要求9所述复合生物材料的应用，其特征在于，该材料用作盖髓材料、口腔填体材料、骨填充或骨组织工程支架材料。