CN107376018B - 一种含锶生物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物材料技术领域，公开了一种含锶生物材料及其制备方法和应用。本发明所述含锶生物材料化学组成通式为SrXDSi2O7，其中所述X为1或2，所述D选自Zn或Zr。本发明通过非掺杂的方式合成了一种本身含有Sr，Zn或Zr的生物活性硅酸盐生物材料，具有单一的晶体结构，该材料具有优良的力学性能、生物相容性和骨诱导能力，可以作为人工关节涂层，提高目前金属植入体的骨诱导能力，保证植入体的长期稳定性，还可以制备成三维多孔骨修复支架，修复骨损伤。

Description

一种含锶生物材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，具体的说是涉及一种含锶生物材料及其制备方法和应用。
背景技术
骨组织缺损和损伤已成为影响人们健康和生活的一种重要疾病，实现骨损伤部位的修复与重建是目前临床上的棘手问题。骨缺损修复的最佳方案是自体骨移植，但该方法是一种以伤养伤的方法；异体骨也具有很好的骨诱导能力，但是异体骨植入人体后易造成免疫排斥。此外，不管是异体骨和自体骨都存在来源有限等缺点。随着人工骨修复材料的发展，利用生物活性材料修复骨缺损已经成为可能，制备具有高骨诱导能力的新型人工骨修复材料是目前生物医疗领域的热门课题。
无机生物活性材料在骨修复和骨替换领域的应用已经得到广泛的重视。由于钙磷基材料和人体自然骨的无机成份相似，具有较好的生物相容性和生物活性。目前已经在临床上得到了广泛的应用，如羟基磷灰石(HAP)涂层人工关节、羟基磷灰石涂层牙科种植体、磷酸三钙(TCP)骨修复生物陶瓷和螺钉等。然而，钙磷基生物活性陶瓷的力学强度不足，大大制约了其在骨修复/替换领域的广泛应用。
硅酸盐材料是人工骨修复材料中的一大类，由于材料中含有的硅酸根离子是人体骨代谢不可缺少的微量元素，研究证明硅酸盐材料能够促进新骨生长且促进骨缺损部位的血管化。硅酸盐材料最基本的形式是硅酸钙(硅酸一钙、硅酸二钙以及硅酸三钙等)，这三种形式的硅酸盐材料具有较高的降解速率，植入人体后会导致植入体周围的细胞/组织微环境(离子组份及酸碱性等)过大的变化，造成不良影响。随着人们对无机离子在骨代谢中的重要作用的认识，无机离子在骨修复上面的应用潜力得到了广泛重视。锶离子对骨修复的作用尤为重要，锶离子在成骨中具有双向调控的作用，不仅能够抑制破骨细胞的分裂，同时还能够诱导干细胞往成骨方向分化。
鉴于锶离子在骨修复中的重要性，如何将锶离子掺杂于硅酸盐材料中是目前一项研究热点。目前研究的含锶材料主要是通过Sr取代材料中的Ca元素而得，如专利CN104436295A，这种引入Sr的方法属于以掺杂的方式将其加入到硅酸盐中，掺杂会改变被掺杂陶瓷材料的晶格，这种Sr的加入方式可能会影响其它元素(如硅酸根和Zn离子等)的释放，改变整个材料的化学稳定性。此外，目前这种以掺杂方式引入Sr的生物材料在细胞ALP活性方面较差，表明其促进细胞成骨分化的能力欠佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含锶生物材料，使得所述含锶生物材料具备较强的力学性能和生物性能；
本发明的另外一个目的在于提供一种含锶生物材料，使得所述含锶生物材料具备较强的促进细胞成骨分化的能力；
本发明的另外一个目的在于提供上述含锶生物材料的制备方法和应用；
本发明的另外一个目的在于提供利用上述含锶生物材料制备的支架材料，使得所述支架材料具备优异的力学性能和较强的促进细胞成骨分化的能力。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种含锶生物材料，化学组成通式为SrXDSi2O7，其中所述X为1或2，所述D选自Zn或Zr。
针对现有生物材料均是通过掺杂方式引入Sr以及生物性能不高的问题，本发明通过非掺杂的方式合成了一种本身含有Sr，Zn或Zr的生物活性硅酸盐生物材料，它们具有单一的晶体结构，并具备较好的力学性能和促进细胞成骨分化的能力。
在本发明具体实施例中，所述含锶生物材料为Sr2ZnSi2O7或SrZrSi2O7，该两种材料具有单一的晶体结构，前者为四方晶系，所对应的X-射线衍射图谱见图1中的A；后者为单斜晶系，所对应的X-射线衍射图谱见图1中的B；
与常规的羟基磷灰石(HAP)材料相比，本发明所述含锶生物材料在抗压强度上具有显著的提高；在成骨相关基因诱导表达上，本发明所述含锶生物材料能够促进Runx2、BSP、OP、OC的表达，相对HAp组，其更能促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成；在ALP表达上，本发明所述含锶生物材料提高了细胞的ALP表达，细胞ALP活性较HAp和20％Sr-Ca2ZnSi2O7组(20％Sr掺杂的锌黄长石陶瓷生物材料)有显著的提高，表明SZnS离子溶出物相对于其他两种材料能显著促进细胞成骨分化。基于上述有益效果，本发明提出了所述含锶生物材料在制备骨修复支架和/或人工关节植入体中的应用。
同时，本发明还提供了一种复合含锶生物材料，包括Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7。作为优选，所述Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7的质量比1:x，其中0＜x≤1，x在具体实施过程中可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。由于复合含锶生物材料采用了本发明含锶生物材料，故其同样可以应用到骨修复支架和/或人工关节植入体的制备中，并具备较佳的性能。
基于上述应用，本发明分别提供了一种骨修复三维多孔支架和人工关节植入体。所述骨修复三维多孔支架由所述含锶生物材料或所述复合含锶生物材料，以及PVA水溶液打浆后，挂浆至聚氨酯海绵上煅烧而成。
作为优选，所述含锶生物材料或复合含锶生物材料与PVA水溶液的质量比为2:(1.4-2)。其中，所述PVA水溶液中PVA质量百分比为6-10％。
作为优选，所述聚氨酯海绵为经过NaOH浸泡处理并烘干的聚氨酯海绵；更具体地，所述聚氨酯海绵为经过10wt％NaOH 60℃浸泡6h，在60℃烘箱过夜烘干的25ppi聚氨酯海绵。
作为优选，所述煅烧在1300-1500℃煅烧并保温3-5h。
上述骨修复三维多孔支架的制备方法为，将所述含锶生物材料或所述复合含锶生物材料用PVA水溶液打浆，然后将聚氨酯海绵浸入到浆料中不断挤压使浆料挂至聚氨酯海绵上同时避免堵孔，干燥后进行煅烧，获得所述骨修复三维多孔支架。
更为具体地，用6-10％PVA水溶液，按所述含锶生物材料或所述复合含锶生物材料和PVA质量比为2:(1.4-2)的比例调浆；将25ppi聚氨酯海绵用10wt％NaOH 60℃浸泡6h，在60℃烘箱过夜烘干；将聚氨酯海绵置于浆料中，不断挤压海绵使浆料尽可能挂在海绵支架上，并且避免堵孔，将挂浆后的海绵置于60℃烘箱中，干燥24h；将干燥后的海绵置于马弗炉中煅烧1300-1500，保温3h-5h，获得所述骨修复三维多孔支架。
与磷酸钙骨水泥支架(CPC)对比，除了磷酸钙骨水泥支架材料外，本发明所述骨修复三维多孔支架在7d都有显著的细胞增殖，表明这些支架材料细胞相容性良好，有利于细胞增殖。而磷酸钙骨水泥支架材料接触培养液会释放离子改变细胞周围的pH，影响细胞增殖。
本发明所提供的人工关节植入体，其表面喷涂有所述含锶生物材料涂层或所述复合含锶生物材料涂层。其中，所述植入体优选为金属植入体，如纯钛金属植入体或钛合金金属植入体。
在上述人工关节植入体的制备方法中，本发明利用等离子喷涂技术将所述含锶生物材料涂层或所述复合含锶生物材料喷涂在植入体表面。具体的等离子喷涂技术参数如下：
等离子气体为Ar和H2，流量分别为30-50slpm和5-15slpm，喷涂所用功率为35-45kw，喷涂距离为80-120mm。
更优选为，等离子气体为Ar和H2，流量分别为40slpm和12slpm，喷涂所用功率为45kw，喷涂距离为100mm。
在制备过程中，所述含锶生物材料涂层或所述复合含锶生物材料可进行二次造粒，用以增加材料粉体的流动性，喷涂前用无水乙醇和酒精对植入体进行超声清洗，以去除表面油污。为了增加植入体表面粗糙度以提高涂层和植入体的结合强度，还需对植入体进行喷砂处理。喷涂后，用无水乙醇和去离子水超声清洗所得人工关节植入体。
此外，本发明还分别提供了高温固相法和溶胶凝胶法制备本发明所述含锶生物材料的工艺。在高温固相法中，将SiO2、DOZ和SrCO3按照SrCO3：DOZ：SiO2＝X:1:2的摩尔比通过高温固相法制备，获得化学组成通式为SrXDSi2O7的含锶生物材料；
其中，X为1或2，D选自Zn或Zr，当D选自Zn时Z为1，当D选自Zr时Z为2。
具体地，将SiO2、DOZ和SrCO3按照SrCO3：DOZ：SiO2＝X:1:2的摩尔比混合成粉，然后加入玛瑙球和无水酒精，依次球磨、过筛、干燥后高温煅烧，最后再次球磨、干燥、过筛，获得化学组成通式为SrXDSi2O7的含锶生物材料。
其中，所述高温煅烧优选为在1250-1280℃下煅烧4-10h；所述粉、玛瑙球和无水酒精的质量比优选为1:1.5:1。
在溶胶凝胶法中，将Sr(NO3)2、DOA(NO3)2和正硅酸乙酯(TEOS)按照Sr(NO3)2:DOA(NO3)2:TEOS＝X:1:2的摩尔比通过溶胶凝胶法制备，获得化学组成通式为SrXDSi2O7的含锶生物材料；
其中，X为1或2，D选自Zn或Zr，当D选自Zn时A为0，当D选自Zr时A为1。
具体地，将硝酸、TEOS与溶剂混合均匀，然后按照Sr(NO3)2:DOA(NO3)2:TEOS＝X:1:2的摩尔比加入Sr(NO3)2和DOA(NO3)2搅拌均匀，室温密闭陈化形成溶胶，然后干燥成干凝胶，接着高温煅烧，最后粉碎、过筛，获得化学组成通式为SrXDSi2O7的含锶生物材料。
在本发明具体实施方式中，在以溶胶凝胶法制备Sr2ZnSi2O7时，溶剂采用水，正硅酸乙酯与水按摩尔比1:(5-8)混合，用硝酸调节pH＝2-4；在以凝胶溶胶法制备SrZrSi2O7时，溶剂采用无水乙醇，正硅酸乙酯:无水乙醇：硝酸按摩尔比为1：8：0.16混合。
溶胶凝胶法中所述高温煅烧优选为在1100-1150℃下煅烧1-5h；所述溶剂为水或无水乙醇。
由以上技术方案可知，本发明通过非掺杂的方式合成了一种本身含有Sr，Zn或Zr的生物活性硅酸盐生物材料，具有单一的晶体结构，该材料具有优良的力学性能、生物相容性和骨诱导能力，可以作为人工关节涂层，提高目前金属植入体的骨诱导能力，保证植入体的长期稳定性，还可以制备成三维多孔骨修复支架，修复骨损伤。
附图说明
图1所示为本发明含锶生物材料X-射线衍射图谱；其中A为Sr2ZnSi2O7X-射线衍射图谱，B为SrZrSi2O7X-射线衍射图谱；
图2所示为利用高温固相法和溶胶凝胶法制备Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7的流程图；其中，A为高温固相法制备Sr2ZnSi2O7的流程图，B为溶胶凝胶法制备Sr2ZnSi2O7的流程图，C为溶胶凝胶制备SrZrSi2O7的流程图，D为高温固相法制备SrZrSi2O7的流程图；
图3所示为本发明复合含锶生物材料的制备流程图；
图4所示为不同材料对成骨基因表达的影响的柱形图；其中，A表示Sr2ZnSi2O7的柱形，简写为SZnS，B表示SrZrSi2O7的柱形，简写为SZrS，C表示HAP的柱形，简写为HAP，纵坐标表示基因表达；
图5所示为不同材料对ALP活力影响的柱形图；其中SZnS表示Sr2ZnSi2O7，20％Sr-HT表示20％Sr-Ca2ZnSi2O7；
图6所示为骨修复三维多孔支架的制备流程图；
图7所示为骨修复三维多孔支架Micro-CT三维结构图；其中，A为Sr2ZnSi2O7骨修复三维多孔支架Micro-CT三维结构图，B为SrZrSi2O7骨修复三维多孔支架Micro-CT三维结构图；
图8所示为人工关节植入体的制备流程图；
图9所示为骨修复三维多孔支架以及CPC支架的SEM图；其中，图A，B为Sr2ZnSi2O7支架；图C，D为SrZrSi2O7支架；图E，F为50％Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7支架；图G，H为CPC(磷酸钙骨水泥)支架；图B、D、H均为接种细胞7d后的SEM图；
图10所示为骨修复三维多孔支架以及CPC支架的细胞增殖柱形图；其中，A表示培养3天的成骨细胞柱形图，B表示培养7天的成骨细胞柱形图，纵坐标表示成骨细胞在450nm的吸光度。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种具有单一晶相的含锶生物材料及其制备方法和应用。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的生物材料、应用和制备方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的生物材料、应用和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种具有单一晶相的含锶生物材料及其制备方法和应用进行详细说明。
实施例1：高温固相法制备Sr2ZnSi2O7
将SiO2：ZnO：SrCO3按摩尔比2：1：2称量，混合成粉，放置在玛瑙罐中，按粉：玛瑙球：酒精质量比为1：1.5：1分别加入玛瑙球和酒精，其中玛瑙球的比例按大(10mm直径)：中(8mm直径)：小(5mm直径)等于2：2：1，在行星式球磨机中300r/min球磨4h；
将球磨后的粉体在120℃烘箱中烘干，然后置于马弗炉1250℃煅烧4h；
继续球磨烧结后的粉体300r/min球磨4h；将球磨后的粉体在120℃烘箱中烘干，过200目筛，得到Sr2ZnSi2O7，制备流程图见图2中的A；
将所制备的Sr2ZnSi2O7进行X-射线衍射，结果显示其为四方晶系，见图1中的A，并且X-射线衍射结果与Sr2ZnSi2O7的标准谱图完全对应。
实施例2：高温固相法制备SrZrSi2O7
将SiO2：ZrO2：SrCO3按摩尔比2：1：1称量，混合成粉，放置于玛瑙罐中，按粉：玛瑙球：酒精质量比为1：1.5：1分别加入玛瑙球和酒精，其中球的比例按大：中：小等于2：2：1，在行星式球磨机中300r/min球磨4h；
将球磨后的粉体在120℃烘箱中烘干，然后置于马弗炉1280℃煅烧10h；
继续球磨烧结后的粉体300r/min球磨4h；将球磨后的粉体在120℃烘箱中烘干，过200目筛，得到SrZrSi2O7，制备流程图见图2中的D；
将所制备的SrZrSi2O7进行X-射线衍射，结果显示其为单斜晶系，见图1中的B，并且X-射线衍射结果与SrZrSi2O7的标准谱图完全对应。
实施例3：溶胶凝胶制备Sr2ZnSi2O7
将正硅酸乙酯(TEOS)与水按摩尔比1:(5-8)混合，用硝酸调节pH＝2-4，室温充分搅拌30min；加入四水硝酸锌和硝酸锶，其中Sr(NO3)2:Zn(NO3)2:TEOS的摩尔比为2：1：2，磁力搅拌3-5h；
室温密闭陈化过夜形成溶胶；将溶胶在120℃烘箱中，保温48h形成干凝胶；将干凝胶置于马弗炉中1100-1300℃煅烧3-5h；将煅烧后的粉体过筛，获得Sr2ZnSi2O7，制备流程图见图2中的B。
实施例4：溶胶凝胶法制备SrZrSi2O7
将正硅酸乙酯(TEOS):无水乙醇：硝酸按摩尔比为1：8：0.16混合，磁力搅拌30min；加入ZrO(ON3)2和Sr(NO3)2，其中Sr(NO3)2:ZrO(ON3)2:TEOS的摩尔比为1：1：2，室温磁力搅拌3-5h；
室温密闭成化过夜形成溶胶；将溶胶在120℃烘箱中，保温48h形成干凝胶；将干凝胶置于马弗炉中1150℃煅烧3h；将煅烧后的粉体过筛，获得SrZrSi2O7，制备流程图见图2中的C。
实施例5：复合含锶生物材料的制备(Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7复合材料)
将制备好的Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7按质量比1：x(x＝0，0.1，0.2.......0.8，0.9，1)比例混合；
在星式球磨机中300r/min球磨4h；在120℃烘箱中保温24h，烘干粉体；将粉体研磨过200目筛，获得Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7复合材料，制备流程图见图3。
实施例6：力学性能测试
将不同材料制备成直径为6mm，高度为12mm的圆柱体，通过万能材料试验机测定了不同材料的抗压强度。实验过程中的载荷速度为1mm min-1，每组4个平行试样，实验结果取其平均值，结果见表1。
表1
Sr<sub>2</sub>ZnSi<sub>2</sub>O<sub>7</sub> SrZrSi<sub>2</sub>O<sub>7</sub> HAp
抗压强度 0.82±0.12MPa 2.13+0.13 0.13±0.007MPa
气孔率 80-90％ 80-90％ 85％
由表1可以看出，HAP支架材料在抗压强度上明显不如本发明生物直接材料，表明本发明生物材料在力学性能上得到显著提升。
实施例7：成骨基因表达测试
成骨基因的表达通过实时定量(qRT-PCR)测定。取对数生长期rBMSCs以5×104cells/well的密度分别接种于培养Sr2ZnSi2O7、SrZrSi2O7、Hap上，培养7天后检测OC、OPN、Runx2和BSP基因的表达量，并以不含材料的空白孔板作为对照组。qRT-PCR检测的具体步骤如下：检测的具体步骤如下：
A.RNA的提取与逆转录：
1)弃去培养基，用PBS清洗固载有细胞的材料2次；
2)向每孔中加入500μL的RNAiso Plus裂解液充分裂解细胞15min；
3)收集细胞裂解液并转移至离心管中，室温静置5min；
4)向上述裂解液中加入其1/5体积量的氯仿并充分混合至粉红色乳状液体，室温静置，室温静置5min；
5)1.2×104rpm、4℃离心15min，上述液体分为三层：透明的上清液(mRNA)、白色的蛋白层(含有大量DNA)及最下层有机相；
6)小心吸取上清液至另一新的离管中(切忌出间蛋白层)；
7)加入与上述上清液等体积的异丙醇，快速上下颠倒使其均匀混合，并室温静置10min；
8)1.2×104rpm、4℃离心15min，小心弃去上清，试管底部即为mRNA沉淀，切勿触及沉淀，残留少量异丙醇没有关系。加入75％乙醇清洗mRNA，1.0×104rpm 4℃离心5min后小心弃去上清；
9)最后加入10μL DEPC水溶解mRNA；
10)配制10μL扩增反应体系：6.5μL的mRNA，0.5μLOligo dT Primer(50μM)，2μL的
Figure BDA0001363664120000091
Buffer和0.5μL的逆转录酶
Figure BDA0001363664120000092
RT Enzyme Mix
11)用Biometra基因扩增仪逆转录，其条件为：基因扩增仪逆转录，其条件为：37℃/15min，85℃/5s；
12)逆转录结束后，样品置于-20℃保存。
B.Realtime PCR检测：
1)RT-qPCR在20μL反应体系中进行，其中10μL TranStart Tip GreenqPCRSuperMix；5μL，0.8μM的上下游引物；5μL，4ng/μL的cDNA模板。引物序列如表2所示，GAPDH为内参；
表2
Figure BDA0001363664120000101
C.结果
本实施例检测了细胞接种到不同材料上，测定7d细胞内与成骨相关基因的表达情况，见图4。Runx2是调节骨髓间充质干细胞早期分化的重要因子；BSP促进成骨分化的中间调节因子；OP能促进分化后成骨细胞的成熟以及骨基质的形成；OC与后期成骨矿化相关。从图4结果可以看出，SZrS(即SrZrSi2O7)材料在这四组基因表达情况明显高于HAp组，表明其更能促进细胞成骨分化。SZnS(即Sr2ZnSi2O7)组细胞内OC和OPN基因表达明显高于HAp组，因此，相对HAp组，本发明所述含锶材料更能促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成。
实施例8：ALP活力测试
本实施例检测了用不同材料浸提液培养细胞7d的rBMSCs细胞中ALP活性。将Sr2ZnSi2O7、20％Sr-HT(20％Sr-Ca2ZnSi2O7)、Hap粉体压成Φ15*3mm片，2MPa，保压1min。将它们分别置于高温马弗炉中按照各自最优力学性能的烧结温度煅烧1400℃、1200℃、1200℃，保温2h，获得陶瓷片。
其中，20％Sr-Ca2ZnSi2O7制备方法参照文献Zhang W,Wang G,LiuY,et al.Thesynergistic effect of hierarchicalmicro/nano-topography and bioactive ionsfor enhanced osseointegration[J].Biomaterials,2013,34(13):3184-3195。
制备材料浸提液，将陶瓷片按质量与体积比1：10加入无血清培养基α-MEM，将其置于37℃，恒温恒湿环境中浸泡24h。取上清液，加入10％血清和1％双抗，置于4℃冰箱保存备用。
取对数生长期rBMSCs以8×10 3cells/well的密度分别接种于48孔板中，1d后用不同材料浸提液换液。培养7d后弃去培养液并用PBS清洗三次；加入200μLwestern及IP细胞裂解液。用枪头充分吹打裂解，37℃摇床30min，离心12000rpm，5min。分别取50μL上清转移至96孔板(平行样三个)。再向每个孔加入200μL pNPP孵育2h，测405nm吸光值。ALP活性为405nm处吸光值与相应总蛋白的比值，裂解液中总蛋白的含量由BCA试剂盒测定，结果见图5。
从图5中可以看出，SZnS(即Sr2ZnSi2O7)提高了细胞的ALP表达，细胞ALP活性较HAp和20％Sr-Ca2ZnSi2O7组有显著的提高，表明SZnS离子溶出物相对于其他两种材料能显著促进细胞成骨分化。
实施例9：骨修复三维多孔支架的制备
用6-10％PVA水溶液，按Sr2ZnSi2O7、SrZrSi2O7或Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7材料和PVA水溶液质量比为2：(1.4-2)的比例调浆；
将25ppi聚氨酯海绵用10％NaOH处理6h，在60℃烘箱过夜烘干；
将海绵置于浆料中，不断挤压海绵使浆料尽可能挂在海绵支架上，并且避免堵孔；
将挂浆后的海绵置于60℃烘箱中，干燥24h；
将干燥后的海绵置于马弗炉中煅烧1300-1500，保温3h-5h，获得骨修复三维多孔支架，制备流程图见图6，三维结构图见图7。图7所示，两个支架复制了海绵的多孔结构，具有均匀分布的连通大孔，并且无断层、残缺和“闭孔”现象。
实施例10：人工关节植入体的制备
制备Sr2ZnSi2O7、SrZrSi2O7或Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7材料涂层金属植入体：实验用等离子体喷涂设备为Sulzer Metco AG(瑞士)生产的A-2000大气等离子体喷涂系统，它由F4-MB喷枪和ABB公司的S3机械手组成。送粉器为10-C型双送粉系统(Sulzer Metco)。Ti-6Al-4V钛合金基材试样(金属植入体)尺寸为10×10×2mm，喷涂前用无水乙醇和酒精进行超声清洗，以去除表面油污。为了增加基材表面粗糙度以提高涂层和基体的结合强度，还需对钛合金基材试样进行喷砂处理。喷涂后，用无水乙醇和去离子水超声清洗所得人工关节植入体。喷涂所用等离子气体为Ar和H2，流量分别为40和12slpm，喷涂所用功率为45kw，喷涂距离为100mm，制备流程图见图8。
实施例11：本发明骨修复三维多孔支架与CPC支架的细胞增殖试验
用实施例9聚氨酯造孔法分别制备出尺寸大小为
Figure BDA0001363664120000121
Sr2ZnSi2O7、SrZrSi2O7和Sr2ZnSi2O7/SrZrSi2O7(两者质量比例1:1)三维多孔支架材料，选择市售公司产品磷酸钙骨水泥多孔支架材料(CPC)作为对照组。
用SEM观察细胞在支架材料表面的形态、粘附情况和利用CCK8试剂测试细胞在支架材料上增殖情况。将支架材料在121℃高温灭菌锅中湿热灭菌20min，将灭菌后的支架烘干。将长满培养皿的大鼠间充质干细胞取出，吸掉旧培养液，加入一定量胰酶，消化1min，之后加入2.5ml培养液，中止消化，并不断吹打形成细胞悬液。用移液枪定量吸取一定密度的细胞悬液接种到不同的支架材料上，置于37℃细胞培养箱中。2h后补加培养液，置于37℃、5％CO2细胞培养箱继续培养。将培养7d的细胞，用10％戊二醛固定15min，然后酒精梯度脱水，用乙酸异戊酯干燥30min。将固定后的细胞在扫描电镜下观察，结果如图9所示，从图中可以看出细胞在本发明三种支架材料上培养七天后，细胞良好的粘附、铺展在材料表面、细胞伪足较多，表明材料细胞生物相容性良好，而CPC支架材料上细胞数量不多，细胞形态不正常，可能是CPC接触培养液后，材料离子溶出，使周围的pH升高，影响细胞的正常生长。
同时，在培养3、7d后，吸掉旧培养液，加入含有10％CCK8试剂的培养液，继续培养3h后，用酶标仪测定450nm的吸光度，测得结果如图10所示。从图中可以看出，除了磷酸钙骨水泥支架材料外，本发明支架材料在7d都有一定的增殖，表明这些支架材料细胞相容性良好，有利于细胞增殖。磷酸钙骨水泥支架材料接触培养液会释放离子改变细胞周围的pH，影响细胞增殖。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.含锶生物材料SrZrSi2O7在制备促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成的骨修复支架和/或人工关节植入体中的应用。
2.一种促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成的复合含锶生物材料，其特征在于，包括Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7。
3.根据权利要求2所述复合含锶生物材料，其特征在于，所述Sr2ZnSi2O7和SrZrSi2O7的质量比1:x，其中0＜x≤1。
4.权利要求2或3所述复合含锶复合生物材料在制备促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成的骨修复支架和/或人工关节植入体中的应用。
5.一种促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成的骨修复三维多孔支架，其特征在于，由含锶生物材料SrZrSi2O7或权利要求2-3任意一项所述复合含锶生物材料，以及PVA水溶液打浆后，挂浆至聚氨酯海绵上煅烧而成。
6.根据权利要求5所述骨修复三维多孔支架，其特征在于，所述含锶生物材料SrZrSi2O7或复合含锶生物材料与PVA水溶液的质量比为2:（1.4-2）。
7.根据权利要求5或6所述骨修复三维多孔支架，其特征在于，所述PVA水溶液中PVA质量百分比为6-10%。
8.根据权利要求5所述骨修复三维多孔支架，其特征在于，所述聚氨酯海绵为经过NaOH浸泡处理并烘干的聚氨酯海绵。
9.根据权利要求5所述骨修复三维多孔支架，其特征在于，所述煅烧在1300-1500℃煅烧并保温3-5h。
10.权利要求5所述骨修复三维多孔支架的制备方法，其特征在于，将权利要求1所述应用中含锶生物材料或权利要求2-3任意一项所述复合含锶生物材料用PVA水溶液打浆，然后将聚氨酯海绵浸入到浆料中不断挤压使浆料挂至聚氨酯海绵上同时避免堵孔，干燥后进行煅烧，获得所述骨修复三维多孔支架。
11.一种促进细胞分化后期骨矿化和促进骨基质形成的人工关节植入体，其特征在于，所述植入体表面喷涂有含锶生物材料SrZrSi2O7涂层或权利要求2-3任意一项所述复合含锶生物材料涂层。
12.根据权利要求11所述人工关节植入体，其特征在于，所述植入体为金属植入体。
13.根据权利要求12所述人工关节植入体，其特征在于，所述金属植入体为纯钛金属植入体或钛合金金属植入体。
14.权利要求11所述人工关节植入体的制备方法，其特征在于，利用等离子喷涂技术将含锶生物材料SrZrSi2O7涂层或权利要求2-3任意一项所述复合含锶生物材料喷涂在植入体表面。
15.根据权利要求14所述制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂技术参数如下：
等离子气体为Ar和H2，流量分别为30-50slpm和5-15slpm，喷涂所用功率为35-45kW，喷涂距离为80-120mm。
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