CN109437559B - 生物活性玻璃、生物活性玻璃凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物活性玻璃、生物活性玻璃凝胶及其制备方法和应用，该生物活性玻璃的制备方法包括如下步骤：将硅凝胶、硝酸钠、磷酸三乙酯、四水硝酸钙和模板剂依次加入至盐酸水溶液中，置于55℃‑65℃环境中，搅拌，得溶胶；将溶胶置于55℃‑65℃环境中陈化，得湿凝胶；将湿凝胶置于100℃‑110℃环境中干燥，得干凝胶；将干凝胶置于450℃‑550℃环境中焙烧，得到半成品；将半成品经气流粉碎，得纳米级的生物活性玻璃。该生物活性玻璃的制备方法制备出的生物活性玻璃尺寸在纳米级，活性高，同时热处理温度可控制在600℃以下，节约能耗。

Description

生物活性玻璃、生物活性玻璃凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种生物活性玻璃、生物活性玻璃凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
生物活性玻璃研发应用最早源于美国，其主要目的在于研发一种对皮肤及骨组织均具有修复作用的药物。生物活性玻璃是由Hench教授于1971年首次提出并研制出，它是目前唯一一种“同时对软组织与骨组织具有修复和键合作用的”生物活性材料。该材料与其它生物材料相比，有更好的相容性和安全性。生物活性玻璃作用主要有以下几个方面：(1)能够增强创面局面杀菌和抑菌能力；(2)促进创面坏死组织和纤维蛋白溶解，从而产生酶血清创作用；(3)能够创造低氧环境，促进毛细血管生成，激活多种生长因子释放并上调其活性；(4)通过保持创面的湿润环境有利于保持细胞活力，使生长因子和生长因子受体以及靶细胞之间的作用更加充分和协调。
临床上，生物活性玻璃主要应用于骨填充、口腔方面。近年来，随着新型敷料的发展以及对生物活性玻璃的深入研究发现，其在创面修复方面亦有较大的优势。然而，市场现有用于创面修复的生物活性玻璃产品，主要是粉剂和糊剂，使用不便，促进创面愈合的疗效相对较差。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供便于使用且促进创面愈合效果较好的生物活性玻璃、生物活性玻璃凝胶及其制备方法和应用。
一种生物活性玻璃的制备方法，包括如下步骤：
将硅凝胶、硝酸钠、磷酸三乙酯、四水硝酸钙和模板剂依次加入至盐酸水溶液中，置于55℃-65℃环境中，搅拌，得溶胶；其中，所述硅凝胶、所述硝酸钠、所述磷酸三乙酯和所述四水硝酸钙的摩尔比为55％-65％:15％-20％:2％-3.2％:18％-21％，所述模板剂为原料总质量的0.3％-1.0％；
将所述溶胶置于55℃-65℃环境中陈化，得湿凝胶；
将所述湿凝胶置于100℃-110℃环境中干燥，得干凝胶；
将所述干凝胶置于450℃-550℃环境中焙烧1.5h-2.5h，得到半成品；
将所述半成品经气流粉碎，得纳米级的生物活性玻璃。
值得说明的是，目前市场上的生物活性玻璃多采用高温温熔制法制备，该法制备的生物活性玻璃密实无孔、比表面积小，结构较为密实牢固，使得材料与人体体液发生离子交换困难，同时材料结构中的离子扩散困难，尺寸多在微米级，生物活性相对较低。另外，高温温熔制法的制备温度通常高达1300℃，不利于安全生产，能耗较大。
而本发明的生物活性玻璃的制备方法采用胶凝胶-模板法制备，工艺简单，热处理温度可控制在600℃以下，不仅节约能耗，而且制备的生物活性玻璃具有多孔结构，比表面积更大，生物活性更高。同时，相比于常规的溶胶凝胶法，本发明的生物活性玻璃的制备方法制备出的生物活性玻璃尺寸在纳米级，尺寸更小，形状更加规则，便于调控其降解性、活性等。
在其中一个实施例中，在形成所述纳米级的生物活性玻璃的步骤之后，还包括对所述纳米级的生物活性玻璃进行真空干燥的步骤：将所述纳米级生物活性玻璃置于120℃-135℃环境中进行真空干燥3.5h-4.5h。
在其中一个实施例中，所述模板剂选自聚乙二醇400、吐温60和/或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。
在其中一个实施例中，在形成所述溶胶的步骤中，搅拌速率为250r/min-350r/min，搅拌时间为3.5h-4.5h；在形成所述湿凝胶的步骤中，陈化时间为5.5h-6.5h。
在其中一个实施例中，在形成所述干凝胶的步骤中，干燥时间为5.5h-6.5h。
一种由上述任一项所述的生物活性玻璃的制备方法制备获得的生物活性玻璃。
上述所述的生物活性玻璃在制备具有创面修复功效的药物制剂中的应用。
一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成：
Figure BDA0001871487130000021
Figure BDA0001871487130000031
其中，所述保湿剂选自羊毛脂、甘油和丙二醇中的一种或多种，所述悬浮剂选自羟丙甲纤维素、聚乙烯醇和泊洛沙姆中的一种或多种，所述增稠剂选自医用固体石蜡、羟甲基纤维素钠和阿拉伯胶中的一种或多种，所述增溶剂选自司盘40和/或司盘80。
与常规含透明质酸钠和壳聚糖(两种物质易被人体吸收，产生一定的副作用)的生物活性玻璃剂型相比，本发明的生物活性玻璃凝胶通过筛选特定含量的各组分相复配，整体上提供一种涂抹型的凝胶制剂，换药方便，对创面的亲和性高，具有抑菌、保湿、吸收渗出液的功效，可以显著缩短愈合周期。
在其中一个实施例中，所述的生物活性玻璃凝胶主要由如下重量百分比的各组分组成：
Figure BDA0001871487130000032
上述所述的生物活性玻璃凝胶的制备方法，包括如下步骤：
按照上述所述的生物活性玻璃凝胶的组成称量各组分；
将所述生物活性玻璃置于120℃-125℃环境中进行真空干燥，将所述医用凡士林和所述医用石蜡分别置于60℃-80℃条件下加热融化，趁热过滤去除杂质；
将加热融化后的医用凡士林置于单口烧瓶中，于60℃-80℃条件下，以100r/min-300r/min加热搅拌，用注射器吸取加热融化后的医用石蜡后，将其注射到该融化后的医用凡士林中，保持该条件不变，继续搅拌0.4h-0.6h后，再依次加入所述保湿剂、所述悬浮剂、所述增稠剂、所述防腐剂和所述增溶剂，继续搅拌0.4h-0.6h；保持温度不变，将转速调为10r/min-30r/min，搅拌1h-2h，除泡，得混合液；
保持10r/min-30r/min的转速，再将所述生物活性玻璃依照等量多次的方式分批加入到所述混合液中，然后再将转速调为150r/min-300r/min，继续搅拌1.5h-2.5h，混匀后，再采用10r/min-30r/min的转速除去凝胶中气泡，冷却至室温，即得所述生物活性玻璃凝胶。
与常规经简单混合获得的生物活性玻璃制剂相比，本发明的生物活性玻璃凝胶的制备方法通过搅拌和注射器分批多次注射相配合的方式，有效提高分散的均匀性和包裹性，从而可提高对创面的亲和性高，提高抑菌、保湿、吸收渗出液的功效，显著缩短愈合周期。
附图说明
图1为实施例1的生物活性玻璃的制备方法所制备获得的生物活性玻璃的电镜图片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的生物活性玻璃、生物活性凝胶及其制备方法和应用进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种生物活性玻璃的制备方法，包括如下步骤：
S1，将硅凝胶、硝酸钠、磷酸三乙酯、四水硝酸钙和模板剂依次加入盐酸水溶液(去离子水稀释1-3mol/L的盐酸溶液至0.05mol/L-0.2mol/L)中，置于60℃条件下，采用300r/min的转速，搅拌4h，得溶胶。其中，硅凝胶、硝酸钠、磷酸三乙酯和四水硝酸钙的摩尔比为60.1％:17.2％:19.3％:3.4％，模板剂占原料总质量的质量百分比为0.5％。模板剂为聚乙二醇400。S2，将步骤S1获得的溶胶置于60℃环境中陈化6h，得湿凝胶。
S3，将步骤S2获得的湿凝胶置于105℃环境中干燥6h，得干凝胶。
S4，将步骤S3获得的干凝胶置于500±50℃环境中焙烧2h，得到生物活性玻璃的半成品；
S5，将步骤S4获得的半成品经气流粉碎机气流粉碎，得纳米级的生物活性玻璃。
对该纳米级的生物活性玻璃进行电镜拍照，结果如图1所示。
由图1可以看出，本实施例制备的纳米级的生物活性玻璃的尺寸在200nm以内。
S6，将步骤S5获得的纳米级生物活性玻璃置于130℃条件下，进行真空干燥灭菌4h，真空包装。
值得说明的是，经试验测试，在本发明中，硅凝胶：硝酸钠：磷酸三乙酯和四水硝酸钙的摩尔比优选55％-65％：15％-20％：2％-3.2％：18％-21％，模板板剂优选聚乙二醇400、吐温60和/或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。模板剂的加入量为原料整体质量的0.30％-1.0％，可保证整体上获得纳米级生物活性玻璃的尺寸稳定在1nm-200nm范围内，形状规则。另外，气流粉碎机还可以和高能球磨机配合使用。
实施例2
本实施例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表1：
表1实施例2的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000051
Figure BDA0001871487130000061
本实施例还提供该生物活性玻璃凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1,按照表1中的所生物活性玻璃凝胶的组成称量各组分。
S2,预处理：
将生物活性玻璃置于120±5℃环境中进行真空干燥，将医用凡士林和医用石蜡分别置于70±10℃条件下加热融化，趁热用200目筛网过滤去除杂质。
S3,将加热融化后的医用凡士林置于单口烧瓶中，于70±10℃条件下，以250r/min加热搅拌，用注射器吸取加热融化后的医用石蜡后，将其缓慢注射到该融化后的医用凡士林中，保持该条件不变，继续搅拌0.5h后，再依次加入保湿剂、悬浮剂、增稠剂、防腐剂和增溶剂，继续搅拌0.5h；保持温度不变，将转速调为20r/min，搅拌1.5h，除泡，得混合液。保持20r/min的转速，再将生物活性玻璃依照等量5次的方式分批加入到混合液中，然后再将转速调为250r/min，继续搅拌2h，混匀后，再采用20r/min的转速除去气泡，冷却至室温，即得生物活性玻璃凝胶。
实施例3
本实施例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表2：
表2实施例3的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000062
Figure BDA0001871487130000071
本实施例还提供该生物活性玻璃凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1,按照表2中的所生物活性玻璃凝胶的组成称量各组分。
S2,预处理：
将生物活性玻璃置于120±5℃环境中进行真空干燥，将医用凡士林和医用石蜡分别置于70±10℃条件下加热融化，趁热用200目筛网过滤去除杂质。
S3,将加热融化后的医用凡士林置于单口烧瓶中，于70±10℃条件下，以150r/min加热搅拌，用注射器吸取加热融化后的医用石蜡后，将其缓慢注射到该融化后的医用凡士林中，保持该条件不变，继续搅拌0.5h后，再依次加入保湿剂、悬浮剂、增稠剂、防腐剂和增溶剂，继续搅拌0.5h；保持温度不变，将转速调为25r/min，搅拌1.5h，除泡，得混合液。保持25r/min的转速，再将生物活性玻璃依照等量3次的方式分批加入到混合液中，然后再将转速调为150r/min，继续搅拌2h，混匀后，再采用25r/min的转速除去气泡，冷却至室温，即得生物活性玻璃凝胶。
实施例4
本实施例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表3：
表3实施例4的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000072
Figure BDA0001871487130000081
实施例还提供该生物活性玻璃凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1,按照表3中的所生物活性玻璃凝胶的组成称量各组分。
S2,预处理：
将生物活性玻璃置于120±5℃环境中进行真空干燥，将医用凡士林和医用石蜡分别置于70±10℃条件下加热融化，趁热用200目筛网过滤去除杂质。
S3,将加热融化后的医用凡士林置于单口烧瓶中，于70±10℃条件下，以300r/min加热搅拌，用注射器吸取加热融化后的医用石蜡后，将其缓慢注射到该融化后的医用凡士林中，保持该条件不变，继续搅拌0.5h后，再依次加入保湿剂、悬浮剂、增稠剂、防腐剂和增溶剂，继续搅拌0.5h；保持温度不变，将转速调为15r/min，搅拌1.5h，除泡，得混合液。
保持15r/min的转速，再将生物活性玻璃依照等量6次的方式分批加入到混合液中，然后再将转速调为300r/min，继续搅拌2h，混匀后，再采用15r/min的转速除去气泡，冷却至室温，即得生物活性玻璃凝胶。
实施例5
本实施例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表4：
表4实施例5的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000082
Figure BDA0001871487130000091
该实施例5中的生物活性玻璃凝胶的制备方法与实施例2的生物活性玻璃凝胶的制备方法相同。
对比例1
本对比例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表5：
表5对比例1的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000092
其中，该对比例1中的生物活性玻璃的制备方法与实施例1的生物活性玻璃的制备方法的区别在于：该对比例1中的生物活性玻璃为未经气流粉碎机粉碎的生物活性玻璃的半成品。
该对比例1中的生物活性玻璃凝胶的制备方法与实施例2的生物活性玻璃凝胶的制备方法相同。
对比例2
本对比例提供一种生物活性玻璃凝胶，主要由如下重量百分比的各组分组成见下表6：
表6对比例2的生物活性玻璃凝胶的组成表
Figure BDA0001871487130000101
该对比例2中的生物活性玻璃凝胶的制备方法与实施例2的生物活性玻璃凝胶的制备方法相同。
创面愈合疗效测试
使用动物试验用大鼠，每只大鼠后背产生4个创面，然后根据每只大鼠4个创面的处理方式(每只大鼠可同时完成4组试验)不同将其分组，每组10只，分别采用空白对照组、实施例2至实施例5、对比例1至2以及市售生物活性玻璃凝胶产品(市面上的壳聚糖生物活性玻璃凝胶和市面活性玻璃产品-德莫林)处理各组的创面。
其中，大鼠背部制造全层皮肤创面的方法包括如下步骤：腹部注射戊巴比妥钠(30mg/kg)麻醉大鼠，剪去背部毛发，暴露皮肤，尽量不要割破大鼠皮肤。剃除干净后，用温水清洗，再用消毒脱脂棉球蘸取碘伏擦试消毒。4个全层皮肤的创面作好标记，创面直径为1.8cm，然后用解剖剪刀和镊子分离组织，接着每只大鼠的创面按要求分别涂以上药剂。处理好一个创面，外用灭菌纱布覆盖，并使用灭菌弹力绷带(TegadermTM,3M HealthCare，Germany)缠裹固定。每2天换用一次药剂，这些处理的老鼠分笼饲养。制造创面以后每两天评价一次创面愈合作用。
创面修复评价方法如下：
每隔两天使用数字照相机观察创面修复及其肉芽组织生长情况并作记录。
愈合的程度用公式表示：
创面愈合率(wound concrescence ratio，WCR)＝(A0-At)/A0×100％，A0和At分别表示初始创面面积和时间点t时的创面面积。
为了测定创面的愈合，术后每隔两天将残留的创面边缘描绘到透明的胶片上，扫描标记的示踪胶片(MRS-4800U2，Microtek，Beijing)，创面面积用图像分析软件计算(Image-Pro plus，Media Cybernetics，Bethesda，MD)。如果创面覆盖一层新的表皮时即认为创面已经愈合，愈合时间(wound concrescence time，WCT)即从手术实施到表皮完全覆盖创面时的时间。
结果统计，见下表7。
表7创面愈合疗效统计表
Figure BDA0001871487130000111
Figure BDA0001871487130000121
由表7可以看出，与空白对照组、对比例1和对比例2相比，实施例2至5的生物活性玻璃凝胶能够促进大鼠背部创面快速愈合。
另外，值得说明的是，常规的组织创面修复材料中各组分之间相容性差，另辐照后对卡波姆等组分影响大，不利于产品的稳定性，且其生物活性玻璃均为微米级，活性有限，促愈合效用一般。而本发明的生物活性玻璃凝胶中各组分均不会被人体吸收，存放过程的稳定性好。
综上所述，本发明的生物活性玻璃凝胶涂抹于创面后，纳米级的生物活性玻璃与体液接触后，通过人体的体液循环，促进生物活性玻璃与骨组织和软组织之间的快速离子交换，从而形成羟基磷灰石胶结层而具有巨大的比表面积，利于细胞粘附生长，利于营养和氧气的进入，代谢产物排除；同时生物活性玻璃凝胶覆盖于创面形成得湿性环境；而湿性愈合时，保留在创面的渗出物中含有组织蛋白溶解酶，可促进这些组织的溶解和吸收。
值得说明的是，本发明的生物活性玻璃在制备具有创面修复功效的药物制剂中的应用并不限于涂抹剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物活性玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅凝胶、硝酸钠、磷酸三乙酯、四水硝酸钙和模板剂依次加入至盐酸水溶液中，置于55℃-65℃环境中，搅拌，搅拌速率为250r/min-350r/min，搅拌时间为3.5h-4.5h,得溶胶；其中，所述硅凝胶、所述硝酸钠、所述磷酸三乙酯和所述四水硝酸钙的摩尔比为55％-65％:15％-20％:2％-3.2％:18％-21％，所述模板剂选自聚乙二醇400、吐温60和/或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物,所述模板剂为原料总质量的0.3％-1.0％；
将所述溶胶置于55℃-65℃环境中陈化，陈化时间为5.5h-6.5h,得湿凝胶；
将所述湿凝胶置于100℃-110℃环境中干燥，干燥时间为5.5h-6.5h,得干凝胶；
将所述干凝胶置于450℃-550℃环境中焙烧1.5h-2.5h，得到半成品；
将所述半成品经气流粉碎，得纳米级的生物活性玻璃。
2.根据权利要求1所述的生物活性玻璃的制备方法，其特征在于，在形成所述纳米级的生物活性玻璃的步骤之后，还包括对所述纳米级的生物活性玻璃进行真空干燥的步骤：将所述纳米级的生物活性玻璃置于120℃-135℃环境中进行真空干燥3.5h-4.5h。
3.一种由权利要求1或2所述的生物活性玻璃的制备方法制备获得的生物活性玻璃。
4.权利要求3所述的生物活性玻璃在制备具有创面修复功效的药物制剂中的应用。
5.一种生物活性玻璃凝胶，其特征在于，主要由如下重量百分比的各组分组成：
Figure FDA0003098034240000011
Figure FDA0003098034240000021
其中，所述保湿剂选自羊毛脂、甘油和丙二醇中的一种或多种，所述悬浮剂选自羟丙甲纤维素、聚乙烯醇和泊洛沙姆中的一种或多种，所述增稠剂选自医用固体石蜡、羟甲基纤维素钠和阿拉伯胶中的一种或多种，所述增溶剂选自司盘40和/或司盘80。
6.根据权利要求5所述的生物活性玻璃凝胶，其特征在于，主要由如下重量百分比的各组分组成：
Figure FDA0003098034240000022
7.权利要求5或6所述的生物活性玻璃凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照权利要求5或6所述的生物活性玻璃凝胶的组成称量各组分；
将所述生物活性玻璃置于120℃-125℃环境中进行真空干燥，将所述医用凡士林和所述医用石蜡分别置于60℃-80℃条件下加热融化，趁热过滤去除杂质；
将加热融化后的医用凡士林置于单口烧瓶中，于60℃-80℃条件下，以100r/min-300r/min加热搅拌，用注射器吸取加热融化后的医用石蜡后，将其注射到该融化后的医用凡士林中，保持该条件不变，继续搅拌0.4h-0.6h后，再依次加入所述保湿剂、所述悬浮剂、所述增稠剂、所述防腐剂和所述增溶剂，继续搅拌0.4h-0.6h；保持温度不变，将转速调为10r/min-30r/min，搅拌1h-2h，除泡，得混合液；
保持10r/min-30r/min的转速，再将所述生物活性玻璃依照等量多次的方式分批加入到所述混合液中，然后再将转速调为150r/min-300r/min，继续搅拌1.5h-2.5h，混匀后，再采用10r/min-30r/min的转速除去凝胶中气泡，冷却至室温，即得所述生物活性玻璃凝胶。
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