CN111017934A - 一种生物活性硅再生医学材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物医药新材料领域，尤其涉及一种生物活性硅再生医学材料及其制备方法。该材料包括：纳米级的二氧化硅粒子堆积而成的具有多孔结构的支架，及均匀分布于该支架中的钙和磷元素，是具有生物活性的磷硅酸钙化合物；其比表面积为200‑350㎡/g；该材料组成摩尔百分比为SiO2 28.5‑81％、P2O5 2.7‑14.0％、CaO 16.2‑57.5％。该材料包括：二氧化硅溶胶25‑75份，磷酸酯类5‑15份，表面活性剂0.01‑0.2份，含钙盐类15‑50份，pH调节剂0.5‑1.5份。本发明解决了在以正硅酸乙酯等为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料过程中需要使用溶剂且溶剂回收难、生产周期长、催化剂对设备腐蚀大等问题，且由于引入了具有大比表面积的二氧化硅溶胶，合成了具有更大比表面积的生物活性硅再生医学材料，生物活性更强。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药新材料领域，尤其涉及一种生物活性硅再生医学材料及其制备方法。
背景技术
具有生物活性的新材料，一直以来是医用材料领域的研究重点，相对于高分子医用材料会引起排异、金属医用材料会带来热坏死等副作用，无机非金属生物活性材料由于安全性高而更被人们接受。其中研究比较成熟的是，依赖于硅的稳定性而开发的无机硅类生物活性材料，包括传统的采用玻璃熔制工艺制造的生物活性玻璃；以及近期发展起来的采用水解有机硅氧烷，以溶胶-凝胶工艺制造的生物活性硅类材料；后者由于工艺更环保、性能更优异而成为研发热点。
目前的溶胶凝胶法工艺，都是采用水解正硅酸乙酯等有机硅类原料来作为硅前驱体而实现的，但正硅酸乙酯水解过程，存在与水互溶性差、且水解过程需要酸性环境或碱性环境作催化等困难；为了增加其与水的互溶性，一般会采用醇类试剂预溶解，因此增加了原料成本，且需要增加醇类溶剂的回收系统，增加了设备成本及环境污染风险；在催化过程中，采用酸催时，酸对设备腐蚀严重，采用碱催化时，水解过程属于二氧化硅与其他组分共沉淀反应的过程，材料的均匀性受到影响，且成型材料的比表面积小。
因此，在生物活性硅的合成过程中，寻找一种更方便快捷、更安全的硅前驱体，代替正硅酸乙酯等有机类硅源很有必要。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体代替正硅酸乙酯等有机硅类，合成生物活性硅的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种生物活性硅再生医学材料，包括：纳米级的二氧化硅粒子堆积而成的具有多孔结构的支架，以及均匀分布于所述支架中的钙和磷元素，是具有生物活性的磷硅酸钙化合物；所述材料的比表面积为200-350㎡/g；所述生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料组成通过SiO2、P2O5、CaO的摩尔百分比表示，为SiO2含量28.5-81％、P2O5含量2.7-14.0％、CaO含量16.2-57.5％。
在优选的实施方式中，所述生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料由包括以下摩尔份数的原料通过溶胶凝胶法制备得到：二氧化硅溶胶25-75份，磷酸酯类5-15份，表面活性剂0.01-0.2份，含钙盐类15-50份，pH调节剂0.5-1.5份。
在优选的实施方式中，所述二氧化硅溶胶为纳米级二氧化硅溶胶；优选地，所述二氧化硅溶胶是中性二氧化硅溶胶，优选所述中性二氧化硅溶胶的pH＝7.0-8.5；或：酸性二氧化硅溶胶，优选所述酸性二氧化硅溶胶的pH＝2.0-4.0。
在优选的实施方式中，所述磷酸酯类是甘油磷酸酯、肌醇六磷酸酯、和月桂基磷酸单酯中的至少一种；优选为：甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯，甘油磷酸酯与月桂基磷酸单酯两种组合中的至少一种。
在优选的实施方式中，所述表面活性剂为PEG-40、PEG-60、和氢化蓖麻油中的至少一种；优选为：PEG-40与氢化蓖麻油，PEG-60与氢化蓖麻油两种组合中的至少一种。
在优选的实施方式中，所述钙盐为硝酸钙、氯化钙、和乙酸钙中的至少一种。
在优选的实施方式中，所述pH调节剂为氨水或稀盐酸溶液的一种；优选地，所述稀盐酸溶液的浓度为1mol/L。
上述任意一项所述的生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料的制备方法，包括如下步骤：
总混合溶液配制步骤：在反应器中加入所述二氧化硅溶胶、表面活性剂、磷酸酯类、含钙盐类，得到总混合溶液；凝胶制备步骤：用pH调节剂将所述总混合溶液的pH值调节至4.5-6.5，然后在30-50℃，优选为40℃下陈化6-12h，得到凝胶；烘烤和煅烧步骤：将所述凝胶破碎之后，在80-120℃烘烤18-30h，优选为24h至含水量不超过所述凝胶的质量的5％；然后再在500-550℃下煅烧40-90min，优选为60min，得到所述生物活性硅再生医学材料。
在优选的实施方式中，分步骤一：依次在反应器中加入所述二氧化硅溶胶、表面活性剂，混匀后得到混合溶液A；分步骤二：向所述混合溶液A中加入所述磷酸酯类，加热至40-50℃搅拌20-40min，优选为30min，得到混合溶液B；分步骤三：向所述混合溶液B中加入所述含钙盐类所配制成的饱和水溶液，搅拌40-90min，优选为60min，得到总混合溶液。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1、本发明是以二氧化硅溶胶为硅前驱体的生物活性硅再生医学材料的制备方法，解决了在以正硅酸乙酯等为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料过程中需要使用溶剂且溶剂回收难、生产周期长、催化剂对设备腐蚀大等问题，且由于引入了具有大比表面积的二氧化硅溶胶，合成了具有更大比表面积的生物活性硅再生医学材料，使得生物活性更强。
2、本发明的操作方法简单，易于实现，配方包括：二氧化硅溶胶、磷酸酯类、表面活性剂、含钙盐类、pH值调节剂等，将二氧化硅溶胶与磷酸酯类、及钙盐溶液以特定比例合成。
3、本发明的材料在烘干煅烧过程中保持固定了二氧化硅溶胶的多孔结构，形成的材料具有超大的比表面积，使得材料具有生物活性。
4、本发明的合成过程无需大量溶剂，陈化及烘干过程时间短，生产效率高，保证了工艺更安全、节能、环保。
附图说明
图1为实施例1-实施例5的样品在模拟体液中矿化前及矿化后的XRD检测对比图图2a和图2b分别为本发明实施例2样品在模拟体液中矿化前(图2a)及矿化后(图2b)的SEM图。
图3a和图3b分别为本发明对比例样品在模拟体液中矿化前(图3a)及矿化后(图3b)的SEM图。
具体实施方式
第一方面，本发明提供一种生物活性硅再生医学材料。
上述生物活性硅再生医学材料为二氧化硅溶胶结合钙和磷元素组成的具有生物活性的磷硅酸钙化合物，材料由纳米级的二氧化硅粒子堆积而成的具有多孔结构做支架，钙、磷元素均匀分布其中。所述材料的比表面积为200-350㎡/g(例如：200㎡/g、210㎡/g、220㎡/g、240㎡/g、250㎡/g、270㎡/g、300㎡/g、330㎡/g、350㎡/g)，优选为205-310㎡/g。
优选地，上述二氧化硅溶胶的比表面积为200-350㎡/g，例如200、210、220、240㎡/g、250㎡/g、270㎡/g、300㎡/g、330㎡/g、350㎡/g。
优选地，上述生物活性硅再生医学材料组成通过SiO2、P2O5、CaO的摩尔百分比表示，为SiO2含量28.5-81％(例如：28.5％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、81％)、P2O5含量2.7-14.0％(例如：2.7％、3％、5％、10％、12％、14％)、CaO含量16.2-57.5％(例如：16.2％、17％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、57.5％)。
上述生物活性硅再生医学材料由包括以下摩尔份数的原料制备得到：
示例性地，上述二氧化硅溶胶(以硅含量计)的摩尔份数可以为25、30、35、40、45、50、55、60、70、75份中任意值或任意范围，磷酸酯类(以磷含量计)的摩尔份数可以为5、10、15、20、25份中任意值或任意范围，表面活性剂的摩尔份数可以为0.01、0.05、0.075、0.1、0.15、0.2份中任意值或任意范围，pH调节剂的摩尔份数可以为0.5、0.75、1、1.25、1.5份中任意值或任意范围。
上述二氧化硅溶胶是中性二氧化硅溶胶、或酸性二氧化硅溶胶。其中，上述中性二氧化硅溶胶的pH＝7.0-8.5(可以为7.0、8.0、8.2、8.5)，上述酸性二氧化硅溶胶的pH＝2.0-4.0(可以为2.0、3.0、4.0)。该二氧化硅溶胶为二氧化硅供体，作为生物活性硅再生医学材料硅前驱体。其含量过高导致体系降解缓慢，含量过低则影响材料的矿化吸附。
上述磷酸酯类是甘油磷酸酯、肌醇六磷酸酯、和月桂基磷酸单酯中的至少一种；优选为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯，甘油磷酸酯与月桂基磷酸单酯这两种组合中的至少一种，这几种磷酸酯类对人体无毒性，较为安全。该磷酸酯类为磷前驱体，为生物活性硅再生医学材料提供磷元素。因为钙磷比影响矿化效果及矿化后产物的重要因素，因此磷含量必须在合理范围内，故磷酸酯类的用量也必须在合理范围内。
上述表面活性剂为PEG-40、PEG-60、氢化蓖麻油中的至少一种，优选为PEG-40与氢化蓖麻油的组合，PEG-60与氢化蓖麻油的组合这两种组合中的至少一种。此类表面活性剂起到增容剂的作用，增加磷酸酯与硅溶胶的相容性。该表面活性剂是增加体系中水油两相的相容性，用量过少起不到增容效果，用量过多无实际意义。
上述含钙盐类为硝酸钙、氯化钙、和乙酸钙中的中的至少一种。本发明的反应体系需要水溶性好的盐类；钙盐作为钙的前驱体，提供钙元素。钙磷比影响矿化效果及矿化后产物的重要因素，因此钙含量必须在合理范围内，所以钙盐的用量也必须在合理范围内。
上述pH调节剂为氨水或稀盐酸的一种；上述稀盐酸的摩尔浓度优选为1mol/L。该pH调节剂的具体用量根据反应体系要求的特定pH值要求而定；上述pH调节剂的摩尔份数是以相应的氨水或稀盐酸的浓度来计算，即以氨和盐酸的真实含量来计算的。
第二方面，本发明提供上述第一方面的生物硅材料的制备方法，该方法包括：
步骤一、总混合溶液配制：在反应器中加入二氧化硅溶胶、表面活性剂、磷酸酯类、含钙盐类，得到总混合溶液。具体包括：
分步骤一：在反应器中加入二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂，然后搅拌均匀，测定pH值并记录，得到混合溶液A。
上述测定PH值是为了明确后面步骤选用何种PH值调节剂，和PH值调节步骤相对应。分步骤二：将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至40-50℃搅拌反应20-40min，优选为30min，得到混合溶液B。上述加热温度过低不利于反应进行，但温度超过50℃会破坏硅溶胶稳定性，有可能会导致团聚影响均匀性；上述加热时间过短影响混合效果，时间过长则会造成浪费。
分步骤三：将含钙盐类以饱和水溶液的形式(常温25℃)(含钙盐类配制成饱和水溶液)加入到含有混合溶液B的反应器中在40-50℃保温，并搅拌反应40-90min，优选为60min得到总混合溶液。本步骤选择饱和溶液，是为了保证含钙盐类加入时是均匀的，且尽可能少的引入水。
上述原料分批加入反应器中是因为：硅溶胶体系稳定性受外加物影响较大，直接一次性加入会破坏体系稳定性，导致絮凝而混合不均；分布添加，第一步加入增容剂，混合均匀，保证了第二步加入的磷酸酯类能够快速相容混合均匀，第二步加入后加热为促进磷酸酯水解，最后再加入钙盐混合均匀。
步骤二、凝胶制备：用pH调节剂将上述总混合溶液的pH值调节至4.5-6.5，然后在30-50℃，优选为40℃下陈化6-12h至溶液完全变成均匀凝胶态，得到凝胶。
在上述pH值区间内，硅溶胶易于缓慢凝胶；过高或过低都会导致凝胶过程不稳定或不能形成凝胶。上述陈化温度是为了保证凝胶过程均匀，温度过低凝胶速度慢，温度过高凝胶过快。
步骤三、烘烤和煅烧：将上述凝胶破碎成小块状，在80-120℃烘烤18-30h，优选为24h，至含水量不超过总料量(步骤二得到凝胶的质量)的5％；然后再在500-550℃下煅烧40-90min，优选为60min，得到上述生物活性硅再生医学材料。
上述烘烤是为了去除体系内的溶剂——水，所以选择上述温度范围。上述煅烧温度如果过低，则含钙盐类不能完全分解，过高则会造成浪费。
本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体代替正硅酸乙酯等有机硅类，合成生物活性硅的方法。所述二氧化硅溶胶为，纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，由于二氧化硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，故二氧化硅溶胶也可以表述为mSiO2.nH2O；胶体粒子微细(10-20nm)，有相当大的比表面积，粒子及胶体均匀透明；胶体粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此和其它物质混合时分散性和渗透性都非常好；当二氧化硅溶胶水份蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合形成体型支架结构。由上述可见二氧化硅溶胶的性能可见，其能满足作为合成生物活性硅再生医学材料硅前驱体的要求，且由于其不需要水解不需要溶剂，陈化凝胶时间短；且自身比表面积大，使得合成的生物活性硅再生医学材料活性更强。
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
以下实施例中使用的原料二氧化硅溶胶的摩尔份数以硅含量计算，磷酸酯类的摩尔份数以磷含量计算。
实施例1
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定PH＝7.20，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在40℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述ZS-30型二氧化硅溶胶为中性二氧化硅溶胶，PH＝7.6，二氧化硅含量30.5％，比表面积350㎡/g。
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-40与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为稀盐酸溶液(1mol/L)。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为286.4㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为79％、6.25％、14.75％。
实施例2
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定pH值＝7.21，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在40℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态；
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述ZS-30型二氧化硅溶胶为中性二氧化硅溶胶，PH＝7.6，二氧化硅含量30.5％，比表面积350㎡/g；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-40与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为稀盐酸溶液(1mol/L)。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为309.0㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为55％、9％、36％。
实施例3
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定pH值＝7.20，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在40℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h至水分挥发完全；
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述ZS-30型二氧化硅溶胶为中性二氧化硅溶胶，PH＝7.6，二氧化硅含量30.5％，比表面积350㎡/g；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与月桂基磷酸单酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-60与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为稀盐酸溶液(1mol/L)。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为245.3㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为42.2％、17.5％、40.3％。
实施例4
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，测定pH值＝7.23，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在40℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h至水分挥发完全。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述ZS-30型二氧化硅溶胶为中性二氧化硅溶胶，PH＝7.6，二氧化硅含量30.5％，比表面积350㎡/g；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-40与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为稀盐酸溶液(1mol/L)。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为208.6㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为28％、19.9％、52.1％。
实施例5
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入HS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定pH值＝2.86，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在40℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述HS-30型二氧化硅溶胶为酸性二氧化硅溶胶，PH＝2.4，二氧化硅含量30.2％，比表面积280㎡/g；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-40与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为氨水。
本实施例以HS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为275.6㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为54.5％、12.9％、32.6％。
实施例6
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料的配方，包括以下摩尔份数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定pH值＝7.21，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至40℃搅拌反应40min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应90min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至5.0，在30℃陈化12h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在80℃烘烤30h。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中500℃煅烧90min得到最终产物。
上述ZS-30型二氧化硅溶胶为中性二氧化硅溶胶，PH＝7.6，二氧化硅含量30.5％，比表面积350㎡/g；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述表面活性剂为PEG-40与氢化蓖麻油按质量比1:1混合，作为增溶剂促进各组分的互溶性；
上述钙盐为硝酸钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
上述pH调节剂为稀盐酸溶液(1mol/L)。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为302.4㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为55％、9％、36％。
实施例7
一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体合成生物活性硅再生医学材料，其选料和配方与实施例2相同。
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入ZS-30型二氧化硅溶胶，并加入表面活性剂搅拌均匀，经测定pH值＝7.21，并记录。
(2)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至50℃搅拌反应20min。
(3)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应40min。
(4)然后，用PH调节剂将反应产物的pH值调节至6.5，在50℃陈化6h，溶液完全变成均匀凝胶态。
(5)然后，将凝胶破碎成小块状在120℃烘烤18h。
(6)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧40min得到最终产物。
本实施例以ZS-30型二氧化硅溶胶为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为292.6㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为55％、9％、36％。。
对比例
采用常规合成方法以正硅酸乙酯为硅前驱体合成生物活性材料，与其他实施例作对比，其配方包括如下摩尔分数：
本实施例的生物活性硅再生医学材料配方的制备方法如下：
(1)首先，在反应器中加入去离子水及无水乙醇混合均匀，并加入酸催化剂混合均匀，测定PH＝1.8。
(2)然后，在搅拌的情况下加入正硅酸乙酯在45℃搅拌反应。
(3)然后，将磷酸酯类在搅拌情况下加入反应器中，加热至45℃搅拌反应30min。
(4)然后，将含钙盐类以饱和溶液的形式加入反应器中搅拌反应60min。
(5)然后，将溶胶在30℃陈化保存144h至完全凝胶呈玻璃态块体。
(6)然后，将凝胶破碎成小块状在100℃烘烤24h。
(7)然后，将烘烤后的产物在马弗炉中550℃煅烧60min得到最终产物。
上述酸催化剂为质量含量为36.5％的盐酸溶液；
上述正硅酸乙酯含量大于等于28％(以二氧化硅计)；
上述磷酸酯类为甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯按摩尔比1:1混合；
上述钙盐为氯化钙与乙酸钙按摩尔比2:1混合；
本对比例以正硅酸乙酯为硅前驱体，混合磷酸酯类、钙盐溶液等形成均一稳定的溶液，然后通过凝胶、煅烧形成含有钙、磷元素的生物活性硅再生医学材料，其比表面积为216.7㎡/g，其组成为SiO2、P2O5、CaO的摩尔含量分别为55％、9％、36％。
试验例
本发明的效果验证：为验证本发明一种以二氧化硅溶胶为硅前驱体的生物活性硅再生医学材料是否达到预期的发明效果，对各实施例和对比例的样品分别进行比表面积及生物活性(体外矿化试验)的检测。
1、比表面积检测：根据GB/T19587-2004《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》采用气体吸附法对材料进行比表面积检测；
比表面积检测结果如下表：
表1.样品比表面积检测结果
2、生物活性测试：参照医药行业标准YY/T 0964-2014《沉积羟基磷灰石的测试方法》，将各实施例中合成的样品在模拟体液(SBF)中浸泡进行体外矿化试验，观察表面羟基磷灰石形成速度及状态。
具体实施方法：以玻璃锥形瓶或聚乙烯塑料瓶为反应容器。将材料置于反应容器中，按每0.3g粉体、量取200.0mL SBF溶液的量，混合后将容器置于37℃的水浴摇床中，以175r/min的振荡速度振荡反应容器，进行矿化实验。样品浸泡若干时间后(最长不超过28d)，分离出浸泡矿化的样品，并分别用去离子水和丙酮溶液淋洗、于室温下晾干。将样品进行X射线衍射(XRD)测试、扫描电镜测试。结果表明：本发明样品在模拟体液中浸泡矿化48h后，进行XRD测试，形成了非常明显的碳酸羟基磷灰石特征峰，且各实施例形成峰的强度与对比例类似(X射线衍射图见说明书附图1)；实施例2中，经过扫描电镜测试(SEM)可看出矿化前材料表面光滑(见附图2a)，矿化后材料表面形成大量的团簇状羟基磷灰石微晶结构(见附图2b)，说明该材料具有生物活性，达到了本发明的目的。其他实施例进行相同的扫描电镜测试，得到与实施例2类似的图片，本发明不再一一列举；对比例矿化前(见附图3a)及矿化后(见附图3b)的SEM图跟实施例类似。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料包括：纳米级的二氧化硅粒子堆积而成的具有多孔结构的支架，以及均匀分布于所述支架中的钙和磷元素，是具有生物活性的磷硅酸钙化合物；所述材料的比表面积为200-350㎡/g；所述生物活性硅再生医学材料组成通过SiO2、P2O5、CaO的摩尔百分比表示，为SiO2含量28.5-81％、P2O5含量2.7-14.0％、CaO含量16.2-57.5％。
2.根据权利要求1所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料由包括以下摩尔份数的原料通过溶胶凝胶法制备得到：
3.根据权利要求2所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述二氧化硅溶胶为纳米级二氧化硅溶胶；
优选地，所述二氧化硅溶胶是中性二氧化硅溶胶，优选所述中性二氧化硅溶胶的pH＝7.0-8.5；或：酸性二氧化硅溶胶，优选所述酸性二氧化硅溶胶的pH＝2.0-4.0。
4.根据权利要求2所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述磷酸酯类是甘油磷酸酯、肌醇六磷酸酯、和月桂基磷酸单酯中的至少一种；优选为：甘油磷酸酯与肌醇六磷酸酯，甘油磷酸酯与月桂基磷酸单酯两种组合中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述表面活性剂为PEG-40、PEG-60、和氢化蓖麻油中的至少一种；优选为：PEG-40与氢化蓖麻油，PEG-60与氢化蓖麻油两种组合中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述钙盐为硝酸钙、氯化钙、和乙酸钙中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的生物活性硅再生医学材料，其特征在于：所述pH调节剂为氨水或稀盐酸溶液的一种；优选地，所述稀盐酸溶液的浓度为1mol/L。
8.权利要求1～7任意一项所述的生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
总混合溶液配制步骤：在反应器中加入所述二氧化硅溶胶、表面活性剂、磷酸酯类、含钙盐类，得到总混合溶液；
凝胶制备步骤：用pH调节剂将所述总混合溶液的pH值调节至4.5-6.5，然后在30-50℃，优选为40℃下陈化6-12h，得到凝胶；
烘烤和煅烧步骤：将所述凝胶破碎之后，在80-120℃烘烤18-30h，优选为24h至含水量不超过所述凝胶的质量的5％；然后再在500-550℃下煅烧40-90min，优选为60min，得到所述生物活性硅再生医学材料。
9.根据权利要求8所述的生物活性硅再生医学材料生物活性硅再生医学材料的制备方法，其特征在于：总混合溶液配制步骤包括：
分步骤一：依次在反应器中加入所述二氧化硅溶胶、表面活性剂，混匀后得到混合溶液A；
分步骤二：向所述混合溶液A中加入所述磷酸酯类，加热至40-50℃搅拌20-40min，优选为30min，得到混合溶液B；
分步骤三：向所述混合溶液B中加入所述含钙盐类所配制成的饱和水溶液，搅拌40-90min，优选为60min，得到总混合溶液。
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