CN116997343A - 生物活性玻璃组合物 - Google Patents
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Abstract
一种硅酸盐系玻璃组合物包括：15至65重量％的SiO2、2.5至25重量％的MgO、1至30重量％的P2O5及15至50重量％的CaO。玻璃组合物还可包括：0至5重量％的F‑，及0至10重量％的ZrO2。玻璃组合物还可包括以下一者：0至10重量％的Al2O3、0至10重量％的SrO，及0至10重量％的ZnO。
Description
相关申请交叉参考
本申请依据35 U.S.C.§120主张2021年2月26日提申的美国专利申请第17/186,044号的优先权，本申请基于该美国专利申请，且该美国专利申请的全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开内容涉及用于消费性应用及牙科应用的生物兼容性无机组合物。
背景技术
生物活性玻璃是一组具有生物兼容性或生物活性的玻璃和玻璃陶瓷材料，这使得它们能够被纳入人类或动物生理学中。一般而言，生物活性玻璃能够与硬组织和软组织结合，从而促进骨骼和软骨细胞生长。此外，生物活性玻璃还可以释放离子，这可活化成骨基因的表达并刺激血管新生(angiogenesis)，还可促进血管形成(vascularization)、伤口愈合以及心脏、肺、神经、胃肠道、泌尿道和喉部组织修复。
正在研究目前可用的生物活性玻璃转化为磷灰石(apatite)之能力；然而，这些传统生物活性玻璃的低化学耐久性对于需要在水性环境中延长保存时间的组合物来说是个问题。举例而言，45S5需要为牙膏应用中的玻璃微粒开发非水性环境。其他玻璃组合物(如，无碱玻璃)未表现出含碱组合物的生物活性。因此，对具有高生物活性同时在水性环境中维持化学耐久性的生物活性玻璃组合物的需求仍未得到满足。
本公开内容提出了用于消费性应用及牙科应用的生物兼容性无机组合物。
发明内容
在一些实施方式中，一种硅酸盐系玻璃组合物包含：15至65重量％的SiO2，2.5至25重量％的MgO，1至30重量％的P2O5，及15至50重量％的CaO。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述组合物进一步包含：0至5重量％的F-，及0至10重量％的ZrO2。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述组合物进一步包含：0至10重量％的Al2O3，0至10重量％的SrO，及0至10重量％的ZnO。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述玻璃包含：15至50重量％的MO，及0至30重量％的R2O，其中MO为MgO、CaO、SrO、BeO及BaO的总和，且R2O为Na2O、K2O、Li2O、Rb2O及Cs2O的总和。
在一些实施方式中，一种硅酸盐系玻璃组合物包含：15至65重量％的SiO2，2.5至25重量％的MgO，1至30重量％的P2O5，15至50重量％的CaO，0至5重量％的F-，及0至10重量％的ZrO2。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述组合物进一步包含以下一者：0至10重量％的Al2O3，0至10重量％的SrO，及0至10重量％的ZnO。
在一些实施方式中，一种硅酸盐系玻璃组合物包含：20至55重量％的SiO2，5至20重量％的MgO，5至25重量％的P2O5，及25至45重量％的CaO。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述组合物进一步包含：0至3重量％的F-，及0至6重量％的ZrO2。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，所述组合物进一步包含：0至5重量％的Al2O3，0至5重量％的SrO，及0至5重量％的ZnO。
在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物进一步包含：浸入盐溶液十四天内的生物活性陶瓷。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，生物活性陶瓷为钙磷石(brushite)。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，盐溶液为磷酸钾。
在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物具有低于1300℃的熔化温度。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物具有的P2O5和CaO的总和为25至65重量％。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，当浸没在模拟体液(simulated body fluid；SBF)中时，本文所述的玻璃组合物进一步包含：磷灰石(apatite)。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物基本上不含Na2O及K2O。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物为颗粒(particle)、珠粒、微粒(particulate)、短纤维、长纤维、毛制网(woolen mesh)、它们的组合。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物具有在1至100μm的范围中的至少一个尺寸。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，本文所述的玻璃组合物具有在1至10μm的范围中的至少一个尺寸。
在一些实施方式中，一种基质包含本文所述的玻璃组合物，使得所述基质包括以下至少一者：牙膏、漱口水、洗涤液(rinse)、喷雾、软膏(ointment)、药膏(salve)、乳膏(cream)、绷带、聚合物膜、口服制剂、丸剂、胶囊或经皮制剂。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，玻璃组合物附接至基质或混合于基质中。在可与任何其他方面或实施方式结合的一个方面中，一种水性环境包含本文所述的玻璃组合物。
附图说明
从以下结合附图的详细描述可使本公开内容将变得更加充分地理解，其中：
图1绘示，根据一些实施方式，实施例1至4及比较例1在37℃下浸入人工唾液达7天时的重量损失特征。
图2绘示，根据一些实施方式，当根据ISO719标准程序在98℃的水中测试1小时，实施例1及2及比较例1及2的每克碱当量。
图3绘示，根据一些实施方式，在25℃下浸泡于KH2PO4达14天后，对实施例1和-2以及比较例1进行的粉末x射线衍射(XRD)分析。
具体实施方式
在以下说明中，每当将群组描述为包含元素及其组合的群组中的至少一者时，应理解该群组可包含任何数量的所记载的那些材料、基本上由任何数量的所记载的那些材料构成，或由任何数量的所记载的那些材料构成，无论单独或彼此结合。类似地，每当将群组描述为由元素或元素的组合的群组中的至少一者构成时，应理解该群组可由任何数目的所记载元素独立地或彼此组合地构成。除非另有说明，否则当记载时，数值的范围包括该范围的上限及下限以及上限与下限之间的任意范围。
除非在特定情况下另有说明，否则本文记载的数值范围包含上限值和下限值，所记载的范围欲包括该范围的端点以及在该范围内的所有整数和分数。当定义范围时，无意将权利要求的范围限制为所记载的特定值。此外，当以范围、一个或多个较佳范围或较高优选值和较低优选值的列表给定量、浓度或其他数值或参数时，应理解为具体公开了由任何范围上限或较佳值与任何范围下限或较佳值的任何对(pair)所形成的所有范围，无论是否单独公开这样的对。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解所公开内容包括所指称的特定值或端点。当范围的数值或端点未记载“约”时，所述范围的数值或端点欲包括两个实施方式：一个以“约”修饰，且一个不以“约”修饰。
如本文所用，用语“约”是指数量、尺寸、制剂、参数以及其他数量和特性，不是且不需要是精确的，而是如所需的可为近似的及/或更大或更小的，并反映了公差、换算因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因子。应注意到，在本文中可使用术语“基本上”来表示可能归因于任何定量比较、值、量测或其他表示的固有的不确定程度。在本文中还使用这些术语来表示在不导致所论述主题的基本功能变化的情况下定量表示可与所述参考不同的程度。因此，举例而言，“不含”或“基本上不含”Al2O3的玻璃是指其中不将Al2O3主动添加或批量添加至玻璃内，但Al2O3可能作为污染物以极少量存在(如，百万分之500、400、300、200或100份(ppm)或更少或)。
在本文中，除非另有说明，否则在氧化物基础上，以包括在玻璃组合物中的特定组分的量的重量％表示玻璃组合物。具有超过一种氧化态的任何组分可以任何氧化态存在于玻璃组合物中。然而，除非另有说明，否则以此类组分处于其最低氧化态的氧化物来表示此类组分的浓度。
除非另有指明，所有组合物均以重量百分比(重量％)表示。可使用梁弯曲黏度计(beam bending viscometer)(ASTM C598-93)来测量退火点(℃)。
玻璃组合物
生物活性玻璃是一组具有生物兼容性或生物活性的玻璃和玻璃陶瓷材料，这使得它们能够被纳入人类或动物生理学中。在本文所述的玻璃组合物中，SiO2用作主要玻璃形成氧化物与钙和磷的生物活性氧化物结合。
在一些实例中，玻璃包含SiO2、MgO、P2O5及CaO的组合。在一些实例中，玻璃进一步包含Al2O3、SrO、F-及/或ZrO2。在一些实例中，玻璃可进一步包含ZnO、B2O3、Na2O、K2O及/或Li2O。举例而言，玻璃可包含组合物，以重量％计，所述组合物包括：15至65％的SiO2，2.5至25％的MgO，1至30％的P2O5及15至50％的CaO。在一些实例中，以重量％计，玻璃可进一步包含：0至10％的Al2O3，0至10％的SrO，0至5％的F-，及/或0至10％的ZrO2。在一些实例中，以重量％计，玻璃可进一步包含：0至10％的ZnO，0至5％的B2O3，0至0.5％的Na2O，及/或0至0.5％的K2O。在一些实例中，以重量％计，玻璃包含：15至50的MO及0至30的R2O，其中MO为MgO、CaO、SrO、BeO及BaO的总和，且R2O为Na2O、K2O、Li2O、Rb2O及Cs2O的总和。本文公开的硅酸盐玻璃特别适于消费者、牙科或生物活性应用。
作为具体玻璃的主要玻璃形成氧化物组分的二氧化硅(SiO2)可包括在内，以提供高温稳定性及化学耐久性。就本文公开的玻璃而言，包括过量SiO2(如，大于60重量％)的组合物面临生物活性降低。此外，含有过多的SiO2的玻璃通常也具有过高的熔化温度(如，大于200泊温度)。
在一些实施方式中，玻璃可包含15至65重量％的SiO2。在一些实例中，玻璃可包含20至55重量％的SiO2。在一些实例中，玻璃可包含15至65重量％，或15至55重量％，或20至55重量％，或20至50重量％，或25至50重量％，或25至45重量％，或30至45重量％，或30至40重量％，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃包含：15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64，或65重量％的SiO2，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实例中，玻璃包含MgO。在一些实例中，玻璃可包含2.5至25重量％的MgO。在一些实例中，玻璃可包含5至20重量％的MgO。在一些实例中，玻璃可包含从2.5至25重量％，或2.5至22.5重量％，或5至22.5重量％，或5至20重量％，或7.5至20重量％，或7.5至17.5重量％，或10至17.5重量％，或10至15重量％的MgO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含2.5、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24，或25重量％的MgO，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
五氧化二磷(P2O5)也作为网络形成剂。此外，磷酸根离子释放到生物活性玻璃的表面有助于磷灰石的形成。磷灰石是骨骼和牙齿中的一种无机矿物质，且根据ASTM F1538-03(2017)，在模拟体液中形成磷灰石是材料具有生物活性的一个标准。生物活性玻璃中包括磷酸根离子增加了磷灰石的形成速率和骨组织的结合能力。此外，P2O5使玻璃的黏度增加，从而扩大操作温度的范围，且因此有利于玻璃的制造和成形。在一些实例中，玻璃可包含1至30重量％的P2O5。在一些实例中，玻璃可包含5至25重量％的P2O5。在一些实例中，玻璃可包含1至30重量％，或3至30重量％，或3至27重量％，或5至27重量％，或5至25重量％，或7至25重量％，或7至23重量％的P2O5，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30重量％的P2O5，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实例中，玻璃可包含15至50重量％的CaO。在一些实例中，玻璃可包含25至45重量％的CaO。在一些实例中，玻璃可包含从15至50重量％，或20至50重量％，或20至45重量％，或25至45重量％，或25至40重量％的CaO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50重量％的CaO，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
二价阳离子氧化物(如碱土族氧化物)也可改善玻璃的熔化行为、化学耐久性和生物活性。具体而言，发现CaO在浸入模拟体液(SBF)中或在活体内时能够与P2O5反应而形成磷灰石。从玻璃的表面释放的Ca2+离子有助于形成富含磷酸钙的层。因此，P2O5与CaO的组合可为生物活性玻璃提供有利的组合物。在一些实例中，玻璃组合物包含P2O5和CaO，其中P2O5和CaO的总和从25至65重量％，或25至60重量％，或30至60重量％，或30至55重量％，或35至55重量％，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃组合物包含P2O5和CaO，其中P2O5和CaO的总和为25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64，或65重量％，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
氧化铝(Al2O3)可能影响(即稳定)玻璃的结构，此外，还可以降低液相线温度和热膨胀系数，或提高应变点。除了作为网络形成剂的作用外，Al2O3(和ZrO2)有助于提高硅酸盐玻璃的化学耐久性和机械性能，同时没有毒性问题。Al2O3的含量过高(如，＞10重量％)通常会增加熔体的黏度并降低生物活性。至于ZrO2，除了在前驱物玻璃中作为网络形成剂或中间体的作用外，ZrO2还是用于藉由显著减少成形期间的玻璃失透并降低液相线温度来增进玻璃热稳定性的关键氧化物。在若干方面中，ZrO2在组合物中可扮演与Al2O3类似的角色。在一些实例中，玻璃可包含0至10重量％的Al2O3及/或ZrO2。在一些实例中，玻璃可包含从0至10重量％、0至8重量％、0至6重量％、0至4重量％、0至2重量％、＞0至10重量％、＞0至8重量％、＞0至6重量％、＞0至4重量％、＞0至2重量％、1至10重量％、1至8重量％、1至6重量％、1至4重量％、1至2重量％、3至8重量％、3至6重量％、3至10重量％、5至8重量％、5至10重量％、7至10重量％，或8至10重量％的Al2O3及/或ZrO2，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含0、＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，或10重量％的Al2O3及/或ZrO2，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实施方式中可存在氧化锶(SrO)，且在这样的实例中，玻璃可包含从0至10重量％的SrO。在一些实例中，玻璃可包含从＞0至10重量％的SrO。在一些实例中，玻璃可包含从3至10重量％、5至10重量％、5至8重量％的SrO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含从0至10重量％、0至8重量％、0至6重量％、0至4重量％、0至2重量％、＞0至10重量％、＞0至8重量％、＞0至6重量％、＞0至4重量％、＞0至2重量％、1至10重量％、1至8重量％、1至6重量％、1至4重量％、1至2重量％、3至8重量％、3至6重量％、3至10重量％、5至8重量％、5至10重量％、7至10重量％，或8至10重量％的SrO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含约＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，或10重量％的SrO，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实施方式中可存在氟(F-)，且在这样的实例中，玻璃可包含从0至5重量％的F-。在一些实例中，玻璃可包含从＞0至5重量％的F-。在一些实例中，玻璃可包含从0至5重量％、＞0至5重量％、＞0至4重量％、＞0至3重量％、＞0至2.5重量％、＞0至2重量％的F-，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含约0、＞0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5，或5重量％的F-，或具有本文公开的端点的任何值或范围。F-可与CaO及P2O5结合而形成氟磷灰石(fluorapatite)，以增进所请求保护的组合物的生物活性。氟磷灰石是牙釉质(dental enamel)中的无机矿物。形成氟磷灰石的能力可有助于在空腔再生牙釉质。
在一些实例中，玻璃包含ZnO。在一些实例中，玻璃可包含0至10重量％的ZnO。在一些实例中，玻璃可包含从0至5重量％的ZnO。在一些实例中，玻璃可包含从＞0至10重量％、3至10重量％，或3至8重量％的ZnO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含：从0至10重量％、0至8重量％、0至6重量％、0至4重量％、0至2重量％、＞0至10重量％、＞0至8重量％、＞0至6重量％、＞0至4重量％、＞0至2重量％,1至10重量％、1至8重量％、1至6重量％、1至4重量％、1至2重量％、3至8重量％、3至6重量％、3至10重量％、5至8重量％、5至10重量％、7至10重量％，或8至10重量％的ZnO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含约0、＞0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，或10重量％的ZnO，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实例中，玻璃可包含0至5重量％的B2O3。在一些实例中，玻璃可包含＞0至5重量％的B2O3。在一些实例中，玻璃可包含从0至5重量％，或＞0至5重量％，或2至5重量％的B2O3，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含0、＞0、1、2、3、4，或5重量％的B2O3，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
在一些实例中，玻璃可包含从0至5重量％的Na2O及/或K2O。在一些实例中，玻璃可包含＞0至5重量％的Na2O及/或K2O。在一些实例中，玻璃可包含约0、＞0、1、2、3、4，或5重量％的Na2O及/或K2O，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
碱土族氧化物可增进材料中的其他理想性质，包括影响杨氏模量及热膨胀系数。在一些实例中，玻璃包含：从15至50重量％的MO，其中MO为MgO、CaO、SrO、BeO及BaO的总和。在一些实例中，玻璃包含：15至45重量％，或20至45重量％，或20至40重量％，或25至40重量％的MO，或本文公开的任何值或范围。在一些实例中，玻璃可包含约15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49，或50重量％的MO，或具有本文公开的端点的任何值或范围。
碱金属氧化物(Na2O、K2O、Li2O、Rb2O，或Cs2O)有助于实现低熔化温度和低液相线温度。同时，添加碱金属氧化物可增进生物活性。在一些实例中，玻璃可包含总共0至30重量％的Na2O、K2O、Li2O、Rb2O及Cs2O的组合。
可将额外的成分加入玻璃，以提供额外的益处，或者额外的成分可作为通常存在于商业制备玻璃中的污染物而并入玻璃。举例而言，可添加额外成分作为着色剂或澄清剂(如，以有助于从用于生产玻璃的熔融批料去除气态夹杂物)及/或用于其他目的。在一些实例中，玻璃可包含一种或多种化合物，所述化合物适用作为紫外线辐射吸收剂。在一些实例中，玻璃可包含3重量％或更少的ZnO、TiO2、CeO、MnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、Cl、Br，或它们的组合。在一些实例中，玻璃可包含从0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、0至0.5重量％、0至0.1重量％、0至0.05重量％，或0至0.01重量％的ZnO、TiO2、CeO、MnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、SnO2、Fe2O3、As2O3、Sb2O3、Cl、Br，或它们的组合。根据一些实例，玻璃也可包括与批料相关及/或由用于生产玻璃的熔融、澄清及/或成形设备引入玻璃内的各种污染物。举例而言，在一些实施方式中，玻璃可包含从0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、0至约0.5重量％、0至约0.1重量％、0至约0.05重量％，或0至约0.01重量％的SnO2或Fe2O3，或它们的组合。
实施例
藉由下列实施例，将会进一步厘清本文所述的实施方式。
用于形成具体化的玻璃的前驱物氧化物的量的非限制性实施例还有所得玻璃的性质一起列于表1中。使用梁弯曲黏度(beam bending viscometry；BBV)法测量退火点。
表1
本文公开的生物活性玻璃组合物展现出高化学耐久性和优异的生物活性，且可为适用于所公开的医学及牙医过程的任何形式。所述组合物可为，例如，颗粒、粉末、微粒、纤维、片材、珠粒、支架、编织纤维等形式。可在低于1300℃的温度下，或在低于1250℃的温度下，或在低于1200℃的温度下熔化表1的组合物，从而可在相对小的商业玻璃槽中使其熔化。
在一些实施方式中，与比较例1(含碱生物活性玻璃)或比较例2(45S5玻璃)相比，表1的组合物展现增进的化学稳定性。
图1绘示实施例1至4及比较例1在37℃下浸入人工唾液达7天时的重量损失特征。藉由测量玻璃盘(直径12.7mm×厚度2mm)在人工唾液中浸泡前和后的重量来计算图1中的玻璃的重量损失。从图1，根据在水溶液(aqueous water)中的ISO719测试，实施例1及2属于HGB 2分类，而比较例1及2属于HGB5+分类。HGB代表玻璃颗粒在沸水测试下的耐水解性。根据ISO719，较小的HGB数字表示较高的抗性(较大的耐久性)。这表明至少实施例1及2的水中耐久性显著提升。换言之，当在人工唾液中测试时，实施例1至4的重量损失小于比较例1的二十分之一。
图2绘示根据ISO719标准程序在98℃的水中测试2小时，实施例1和2及比较例1和2的每克碱当量。换言之，如ISO719所规范，使用50mL的含玻璃颗粒的DI水在98℃下进行滴定法2小时，来测量图2中的当量碱释出。如ISO719所述，以0.01M HCl滴定溶液，使用甲基红作为指示剂，并以每克颗粒几μg中和碱为单位报告。越高的碱释放表示玻璃组合物的耐水性越低。因此，因为实施例1和实施例2的当量碱释放量约为从比较例2(45S5)释放的量的十分之一，所以比较例2的耐水性低于实施例1或实施例2。图1和2中的数据指出，具有较高耐久性的玻璃组合物在水性溶液中使用时可确保较长的保存时间。至于比较例2，目前以非水性溶液调制使用此组合物的牙科用品。具有改良的耐水性的表1的当前实施例允许有弹性地以水性溶液及非水性溶液二者进行调制，使其成为牙科或口腔护理或美容产品应用的更佳候选者。
图3绘示在25℃下浸泡于磷酸钾(KH2PO4)达14天后，对实施例1和2及比较例1进行的粉末x射线衍射(XRD)分析。实施例1和2均形成钙磷石(brushite)(CaHPO4·2H2O)，一种已知的生物活性陶瓷，这表示比比较例1更高的结晶度和更好的生物活性，其中由于非常低的形成速率而观察到非常少量的钙磷石(brushite)。因为钙是钙磷石中的关键成分，所以较高的CaO浓度有利于更快地形成钙磷石。实施例1和2均具有比比较例1高得多的CaO的浓度。
玻璃生物活性
多个方面涉及含有具体的生物活性玻璃组成的组合物或基质，以及使用所述基质来处理医疗状况的方法。所述基质可为牙膏、漱口水、洗涤液、喷雾、软膏、药膏(salve)、乳膏(cream)、绷带、聚合物膜、口服制剂、丸剂、胶囊、经皮制剂等等。本申请所请求保护的生物活性玻璃组合物可以物理性地或化学性地附接至基质或其他基质组分或简单地混合于其中。如上所记载，应用中的生物活性玻璃可为任何形式，包括：颗粒、珠粒、微粒(particulate)、短纤维、长纤维或毛制网(woolen mesh)。使用含玻璃基质处理医疗状况的方法可以简单地像通常应用基质的使用一样。
玻璃制造工艺
可藉由传统方法制造具有表1所列氧化物含量的玻璃。举例而言，在一些实例中，可藉由彻底混合所需的批料(例如，使用涡流混合器)，以确保均质熔体，然后置入二氧化硅坩埚及/或铂坩埚内来形成前驱物玻璃。可将坩埚放置在熔炉内，并将玻璃批料熔化且维持在1100℃至1400℃的范围内的温度下达约6小时至24小时的时间。接着可将熔体倒入钢制模具，以生产玻璃板体。随后，可立即将那些板体转移到在约400℃至700℃下运行的退火炉，将玻璃保持在该温度达约0.5小时至3小时，并接着冷却过夜。在另一个非限制性实例中，藉由干式混合适当的氧化物及矿物源达足以彻底混合的时间，来制备前驱物玻璃。玻璃在范围从约1100℃至1400℃的温度下在铂坩埚中熔化，并保持在所述温度下达约6小时至16小时。接着将所得的玻璃熔体倒在钢台上冷却。接着在合适的温度下将前驱物玻璃退火。
可藉由空气喷射研磨(airjet milling)将所实施的玻璃组合物磨成1至10微米(μm)范围内的细小颗粒，或者研磨成短纤维。利用玻璃料的辗磨(attrition milling)或球磨(ball milling)，颗粒尺寸可在1至100μm的范围内变化。此外，可使用不同方法将这些玻璃加工成短纤维、珠粒、片材或三维支架。可藉由熔纺(melt spinning)或电纺(electricspinning)制成短纤维；可藉由使玻璃颗粒流过热垂直熔炉或火焰炬来生产珠粒；可使用薄辊轧(thin rolling)、浮法或熔合拉制工艺制造片材；且可使用快速原型制作(rapidprototyping)、聚合物发泡体复制(polymerfoam replication)及颗粒烧结生产支架。期望形式的玻璃可用来支持细胞生长、软组织及硬组织再生、刺激基因表达或血管新生。
使用本领域已知的方法可轻易地从本申请所请求保护的组合物拉制出连续的纤维。举例而言，可以使用直接加热的(电流直接通过)铂衬套形成纤维。将玻璃屑装载至衬套，将其加热直到玻璃可熔化。设定温度以达到期望的玻璃黏度(通常＜1000泊)，以允许在衬套的孔口上形成滴状物(选择衬套尺寸以产生影响可能的纤维直径范围的限制)。用手拉动滴状物以开始形成纤维。一旦纤维建立起来，它会连接到旋转的牵引/收集滚筒，以便以一致的速度继续牵引过程。使用滚筒速度(或每分钟转数RPM)及玻璃黏度，可控制纤维直径–通常，牵引速度越快，纤维直径越小。可从玻璃熔体连续拉制直径在1至100μm的范围内的玻璃纤维。也可以使用上拉工艺(updraw process)来产生纤维。在此工艺中，从位于箱式熔炉中的玻璃熔体表面牵引出纤维。藉由控制玻璃的黏度，使用石英棒从熔体表面牵引玻璃，以形成纤维。可持续向上牵引纤维以增加纤维长度。将棒上拉的速度还有玻璃的黏度决定了纤维厚度。
因此，如本文所陈述，用于消费性应用及牙科应用的生物兼容性无机组合物被描述为具有改良的生物活性与水性环境中的化学耐久性的组合。
如本文所用，在两个或多个项目的列表中使用术语“及/或”时，表示可单独使用所列项目中的任何一个，或可使用两个或多个所列项目的任何组合。举例而言，若将组合物描述为含有组分A、B及/或C，则该组合物可含有：单独A；单独B；单独C；A与B组合；A与C组合；B与C组合；或A、B与C组合。
本文对组件位置的参照(如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“第一”、“第二”等)仅用于描述附图中各种组件的取向。应注意的是，各种组件的取向可以根据其他示范实施方式而有所不同，且这种变化欲被本公开内容涵盖。并且，这些关系术语仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作区分开来，而不必然要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际关系或顺序。
对本领域技术人员及制造或使用本公开内容者而言，可想到本公开内容的修饰。因此，应理解到，附图中所示和以上描述的实施方式仅用于说明的目的，并不欲限制本公开内容的范围，本公开内容的范围根据包括等同原则的专利法的原则的解释由以下权利要求界定。
本领域技术人员将理解到，本文描述的公开内容和其他组分的构成不限于任何特定材料。除非本文另有说明，否则本公开内容的其他示范性实施方式可由多种材料形成。
如本文所用，术语“约略”、“约”、“基本上”和类似术语欲具有与本领域技术人员普遍认知且能接受的用法一致的广泛含义，且适用于本公开内容所涉及的主题。参阅此公开内容的本领域技术人员应理解到，这些术语欲允许对所描述和请求保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限至在所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明对所描述和所请求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更将视为落入所附权利要求记载的发明的范围内。
如本文所用，“视情况”、“可选的”或类似术语欲指表示随后描述的事件或情况可发生或可不发生，且该描述包括事件或情况发生的例子和不发生的例子。如在本文中所使用，除非另有说明，否则不定冠词“一”及对应定冠词“该”意谓“至少一个”或“一个或多个”。还应理解，本说明书及附图中所公开的各种特征可用于任一及所有组合中。
关于本文中基本上任何复数及/或单数术语的使用，本领域技术人员可根据上下文及/或应用从复数转换为单数，及/或从单数转换为复数。为了清楚起见，本文可明确阐述各种单数/复数排列组合。
除非另有指明，所有组合物均以成批的(as-batched)重量百分比(重量％)表示。如本领域技术人员可理解的，各种熔体成分(如，硅、碱系或碱土、硼等)在成分熔化期间可经受不同程度的挥发(如，作为蒸气压、熔化时间及/或熔化温度的函数)。有鉴于此，与此类成分相关的成批的重量百分比数值欲涵盖最终所熔化的制品中的之这些成分的±0.5重量％范围内的值。考虑到上述情况，预计最终制品与成批组合物间的组成基本上是等效的。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本申请所请求保护的主题的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化。因此，除非根据所附权利要求及其等效物，否则本申请所请求保护的主题不受限制。
Claims (20)
1.一种硅酸盐系玻璃组合物，包含：
15至65重量％的SiO2，
2.5至25重量％的MgO，
1至30重量％的P2O5，以及
15至50重量％的CaO。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物，进一步包含：
0至5重量％的F-，以及
0至10重量％的ZrO2。
3.如权利要求1或权利要求2所述的玻璃组合物，进一步包含以下一者：
0至10重量％的Al2O3，
0至10重量％的SrO，以及
0至10重量％的ZnO。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的玻璃组合物，其中该玻璃包含：
15至50重量％的MO，以及
0至30重量％的R2O，
其中MO为MgO、CaO、SrO、BeO及BaO的总和，且R2O为Na2O、K2O、Li2O、Rb2O及Cs2O的总和。
5.一种硅酸盐系玻璃组合物，包含：
15至65重量％的SiO2，
2.5至25重量％的MgO，
1至30重量％的P2O5，
15至50重量％的CaO，
0至5重量％的F-，以及
0至10重量％的ZrO2。
6.如权利要求5所述的玻璃组合物，进一步包含以下一者：
0至10重量％的Al2O3，
0至10重量％的SrO，以及
0至10重量％的ZnO。
7.一种硅酸盐系玻璃组合物，包含：
20至55重量％的SiO2，
5至20重量％的MgO，
5至25重量％的P2O5，以及
25至45重量％的CaO。
8.如权利要求7所述的玻璃组合物，进一步包含：
0至3重量％的F-，以及
0至6重量％的ZrO2。
9.如权利要求7或权利要求8所述的玻璃组合物，进一步包含以下一者：
0至5重量％的Al2O3，
0至5重量％的SrO，以及
0至5重量％的ZnO。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的玻璃组合物，进一步包含：
浸入盐溶液十四天内的生物活性陶瓷。
11.如权利要求10所述的玻璃组合物，其中该生物活性陶瓷是钙磷石，且该盐溶液是磷酸钾。
12.如权利要求1-11中任意一项所述的玻璃组合物，具有低于1300℃的熔化温度。
13.如权利要求1-12中任意一项所述的玻璃组合物，其中P2O5和CaO的总和为25至65重量％。
14.如权利要求1-13中任意一项所述的玻璃组合物，进一步包含：
当浸入模拟体液(SBF)时的磷灰石。
15.如权利要求1-14中任意一项所述的玻璃组合物，基本上不含Na2O和K2O。
16.如权利要求1-15中任意一项所述的玻璃组合物，其为颗粒、珠粒、微粒、短纤维、长纤维、毛制网、它们的组合。
17.如权利要求16所述的玻璃组合物，具有在1至100μm的范围中的至少一个尺寸。
18.一种基质，包含如权利要求1-17中任意一项所述的玻璃组合物，其中：
该基质包括以下至少一者：牙膏、漱口水、洗涤液、喷雾、软膏、药膏、乳膏、绷带、聚合物膜、口服制剂、丸剂、胶囊或经皮制剂。
19.如权利要求18所述的基质，其中该玻璃组合物附接至该基质，或混合于该基质中。
20.一种水性环境，包含如权利要求1-19中任意一项所述的玻璃组合物。
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