TW202328017A - 玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途 - Google Patents

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吳昱頡
洪貫壹
陳炳宜
馮奎智
杜繼舜
王琪芸
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明志科技大學
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Abstract

一種玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，玻璃陶瓷是使玻璃複合組成物依序進行熔融與熱分解處理、水淬處理及燒結處理所製得。玻璃複合組成物包含ZrO 2及包括鹼土金屬化合物材料及SiO 2的玻璃組分。鹼土金屬化合物材料與SiO 2的莫耳比值為1。鹼土金屬化合物材料是選自於CaCO 3、Mg(OH) 2，或上述的組合。以玻璃組分的總量為100重量份計，ZrO 2的含量範圍為1重量份以上，熔融與熱分解處理的溫度為1250℃至1550℃，燒結處理的溫度為800℃至1150℃。透過玻璃組分與ZrO 2的相互搭配，玻璃陶瓷具有好的抗彎曲強度、壓縮強度及生物相容性，因此玻璃陶瓷能夠作為生醫填補材料。

Description

玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途
本發明是有關於一種玻璃陶瓷的用途，特別是指一種玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途。
在目前的骨組織重建領域中，可使用自體骨、獻體骨或人工骨來對骨缺損處進行填補。氫氧基磷灰石為骨骼中的主要成分，且與骨細胞具有好的親和性，因此，大多利用氫氧基磷灰石來對骨缺損處進行填補。然而，氫氧基磷灰石的機械性質不佳，導致應用上備受限制。
為解決上述問題，目前是利用CaO-MgO-SiO 2玻璃陶瓷或CaO-SiO 2玻璃陶瓷取代氫氧基磷灰石作為骨缺損的填補材料，然而，CaO-MgO-SiO 2玻璃陶瓷或CaO-SiO 2玻璃陶瓷的生物相容性及機械強度仍不符合所需。
因此，本發明的目的，即在提供一種玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該玻璃陶瓷是使玻璃複合組成物依序進行熔融與熱分解處理、水淬處理及燒結處理所製得，該玻璃複合組成物包含玻璃組分及ZrO 2，該玻璃組分包括鹼土金屬化合物材料及SiO 2，且該鹼土金屬化合物材料與該SiO 2的莫耳比值為1，其中，該鹼土金屬化合物材料是選自於CaCO 3、Mg(OH) 2，或上述的組合，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為1重量份以上，該熔融與熱分解處理的溫度範圍為1250℃至1550℃，該燒結處理的溫度範圍為800℃至1150℃。
本發明的功效在於：透過該玻璃組分與該ZrO 2的相互搭配，該玻璃複合組成物在經過1250℃至1550℃的熔融與熱分解處理及800℃至1150℃的燒結處理後，所獲得的玻璃陶瓷具有不錯的抗彎曲強度、壓縮強度及生物相容性且能夠促進骨生長，因此該玻璃陶瓷適合被應用於生物醫學領域中作為生醫填補材料。
本發明玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該玻璃陶瓷是使一玻璃複合組成物依序進行熔融與熱分解處理、水淬處理及燒結處理所製得，該玻璃複合組成物包含玻璃組分及ZrO 2，該玻璃組分包括鹼土金屬化合物材料及SiO 2，且該鹼土金屬化合物材料與該SiO 2的莫耳比值為1，其中，該鹼土金屬化合物材料是選自於 CaCO 3、Mg(OH) 2，或上述的組合，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為1重量份以上，該熔融與熱分解處理的溫度範圍為1250℃至1550℃，該燒結處理的溫度範圍為800℃至1150℃。
該ZrO 2是作為成核劑以有助於形成玻璃陶瓷，且能夠用於提升該玻璃陶瓷的機械強度。在本發明的一些實施態樣中，為使該玻璃陶瓷具有適當的機械強度，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為1重量份至20重量份。在本發明的一些實施態樣中，為使該玻璃陶瓷具有較佳的抗彎曲強度及較佳的壓縮強度，較佳地，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為5重量份至12重量份。
該熔融與熱分解處理的目的在於使該玻璃複合組成物中的該玻璃組分及該ZrO 2呈熔融狀態而能夠均勻混合，且使該玻璃組分中的該鹼土金屬化合物材料轉變成鹼土金屬氧化物材料，獲得包含鹼土金屬氧化物材料、SiO 2及ZrO 2的熔體混合物，其中，該鹼土金屬氧化物材料是選自CaO、MgO，或上述的組合。在本發明的一些實施態樣中，該熔融與熱分解處理的時間範圍為0.5小時至6小時。
該水淬處理的目的在於使該熔體混合物轉變成複數具有玻璃相的非晶淬碎玻璃塊。詳細地說，在該水淬處理中，使該熔體混合物的降溫速度大於結晶速度，致使該熔體混合物產生結晶相前凝固成淬碎玻璃塊。
該燒結處理的目的在於使該等淬碎玻璃塊轉變成具有玻璃相及結晶相的玻璃陶瓷。在本發明的一些實施態樣中，該燒結處理的溫度範圍為800℃至1000℃。在本發明的一些實施態樣中，為使該玻璃陶瓷具有適當的機械強度，該燒結處理的時間範圍為0.5小時至4小時。在本發明的一些實施態樣中，該玻璃陶瓷為具有透輝石(diopside)晶相的玻璃陶瓷。
在本發明的一些實施態樣中，是在該水淬處理後且該燒結處理前，將該等淬碎玻璃塊與黏結劑混合，以使該等淬碎玻璃塊能夠彼此黏合而成為塊狀物。該黏結劑例如但不限於聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或羧甲基纖維素鈉等。
《生醫填補材料》
該生醫填補材料例如但不限於骨頭填補材料或齒槽骨填補材料等。在本發明的一些實施態樣中，該生醫填補材料為骨頭填補材料。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，所述實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
[實施例1]玻璃陶瓷
將25mol%的CaCO 3、25mol%的Mg(OH) 2及50mol%的SiO 2混合，得到玻璃組分。接著，將100重量份的該玻璃組分與1重量份的ZrO 2混合並進行球磨處理，獲得複數玻璃粉末，然後，將該等玻璃粉末置於烘箱並於150℃下進行乾燥處理，獲得玻璃複合組成物。
使該玻璃複合組成物於溫度設定為1500℃的熱爐中進行2小時的熔融與熱分解處理，獲得包含CaO、MgO、SiO 2及ZrO 2的澄清的熔體混合物。接著，迅速地將該澄清的熔體混合物自該熱爐中移出並倒入25℃的去離子水中進行水淬處理，獲得複數非晶淬碎玻璃塊。然後，對該等非晶淬碎玻璃塊進行球磨處理，得到複數玻璃碎化物。接著，使該等玻璃碎化物於800℃下進行2小時的燒結處理，獲得玻璃陶瓷。
[實施例2至20及比較例1]
實施例2至20及比較例1是以與實施例1類似的方法進行，差別在於：改變ZrO 2的用量。
[實施例21]玻璃陶瓷
將50mol%的CaCO 3及50mol%的SiO 2混合，得到玻璃組分。接著，將100重量份的該玻璃組分與1重量份的ZrO 2混合並進行球磨處理，獲得複數玻璃粉末，然後，將該等玻璃粉末置於烘箱並於150℃下進行乾燥處理，獲得玻璃複合組成物。
使該玻璃複合組成物於溫度設定為1500℃的熱爐中進行2小時的熔融與熱分解處理，獲得包含CaO、SiO 2及ZrO 2的澄清的熔體混合物。接著，迅速地將該澄清的熔體混合物自該熱爐中移出並倒入25℃的去離子水中進行水淬處理，獲得複數非晶淬碎玻璃塊。然後，對該等非晶淬碎玻璃塊進行球磨處理，得到複數玻璃碎化物。接著，使該等玻璃碎化物於900℃下進行2小時的燒結處理，獲得玻璃陶瓷。
[實施例22至42及比較例2]
實施例22至42及比較例2是以與實施例21類似的方法進行，差別在於：改變玻璃組分中的CaCO 3的用量、Mg(OH) 2的用量及改變ZrO 2的用量。
[評價項目]
以下以實施例1為例說明，實施例2至42及比較例1至2是以相同的方式進行量測，結果如表1至表4所示。
抗彎曲強度及壓縮強度的量測：利用一台機電測試系統(electromechanical test system；廠商：MTS Insight；型號：MTS Insight 5)對實施例1的玻璃陶瓷進行量測。
細胞存活率量測：將三個實施例1的玻璃陶瓷分別置於三個含有5×10 3個小鼠胚胎纖維母細胞 L929[來源：美國標準生物品收藏中心(American Type Culture Collection，簡稱ATCC)]的溶液中，並於37℃且CO 2含量為5%的潮濕環境下進行3天的培養處理。此外，將三個含有5×10 3個小鼠胚胎纖維母細胞 L929的溶液於37℃且CO 2含量為5%的潮濕環境下進行3天的培養處理，作為對照組。接著，於該等溶液中加入3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴鹽[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide，簡稱MTT]進行1小時的反應，獲得含有甲臢(formazan)的溶液。然後，於該等含有甲臢的溶液中加入二甲基亞碸，獲得三個含有實施例1的玻璃陶瓷的第一待測溶液及三個不含實施例1的玻璃陶瓷的第二待測溶液。然後，利用一台酶標儀(廠商：TECAN；型號：Infinite 200 PRO)量測該等第一待測溶液與該等第二待測溶液於波長570nm的吸光度，並以該等第一待測溶液的吸光度的平均值及該等第二待測溶液的吸光度的平均值計算出細胞存活率。 細胞存活率(單位：%)=(第一待測溶液的吸光度的平均值/第二待測溶液的吸光度的平均值)×100%。
成骨細胞分化(osteoblast differentiation)表現量的量測：將兩個實施例1的玻璃陶瓷分別置於一個含有小鼠骨髓幹細胞及成骨細胞誘導分化培養基的第一溶液，及一個含有小鼠骨髓幹細胞且不含成骨細胞誘導分化培養基的第二溶液中，並於37℃且CO 2含量為5%的潮濕環境下進行4天的培養處理，分別獲得對應該第一溶液的第一培養物及對應該第二溶液的第二培養物。接著，以磷酸鹽緩衝生理鹽水清洗該第一培養物與該第二培養物中的小鼠骨髓幹細胞三次，然後，分別加入100μL且具有濃度為4wt%的多聚甲醛(paraformaldehyde)的多聚甲醛溶液進行30分鐘的細胞固定處理，獲得對應該第一培養物的第一混合溶液及對應該第二培養物的第二混合溶液。接著，以磷酸鹽緩衝生理鹽水清洗該第一混合溶液及該第二混合溶液中固定的小鼠骨隨幹細胞三次，然後，加入100μL的對硝基苯磷酸酯(p-nitrophenyl phosphate)與小鼠骨髓幹細胞中的鹼性磷酸酶(alkaline phosphatase)在無光照的條件下反應30分鐘。待反應結束後，加入25μL且濃度為3N的氫氧化鈉溶液終止反應，分別獲得對應該第一混合溶液的第一待測溶液及對應該第二混合溶液的第二待測溶液。然後，利用一台酶標儀(廠商：TECAN；型號：Infinite 200 PRO)量測該第一待測溶液與該第二待測溶液於波長405nm的吸光度，並以該第一待測溶液的吸光度及該第二待測溶液的吸光度計算出鹼性磷酸酶的活性。 鹼性磷酸酶的活性(單位：%)=(第一待測溶液的吸光度/第二待測溶液的吸光度)×100%。
降解率及離子溶出量的量測：依據ISO-10993-14醫療器械的生物學評估(Biological evaluation of medical devices)，將重量為W1的實施例1的玻璃陶瓷浸泡於用量為該實施例1的玻璃陶瓷的表面積(cm 2)的數值乘以100的毫升數的Hank’s平衡鹽溶液(Hank’s balanced salt solution)中，並於浸泡1天、7天、13天、19天、22天及28天後取出，且量測浸泡後的該實施例1的玻璃陶瓷的重量W2，接著，依據W1及W2，計算出實施例1的玻璃陶瓷的重量損失量(W1-W2)，然後，將重量損失量除以W1，計算出重量損失率，並以該重量損失率作為降解率。吸取適量的經浸泡過實施例1的玻璃陶瓷的該等Hank’s平衡鹽溶液，然後，利用電感耦合電漿體光學發射光譜法(ICP-OES)對該等該等Hank’s平衡鹽溶液進行鈣離子(Ca 2+)、鎂離子(Mg 2+)及矽離子(Si 4+)的含量分析。
表1
  實施例
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
玻璃複合組成物 玻璃組分 (mol%) CaCO 3 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
Mg(OH) 2 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
SiO 2 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
總量 (重量份) 100
ZrO 2(重量份) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
熔體混合物 (莫耳比例) CaO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
MgO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
SiO 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
玻璃陶瓷 抗彎曲強度(MPa) 80 85 90 95 160 170 190 180 120 150 146
壓縮強度(MPa) 355 367 387 396 540 550 560 530 480 530 502
細胞存活率(%) 60 62 64 68 75 80 83 82 80 79 82
鹼性磷酸酶的活性(%) 135 162 163 172 230 256 302 338 336 324 313
降解率(%) 1天 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
7天 0.47 0.46 0.46 0.45 0.44 0.44 0.43 0.41 0.36 0.35 0.35
13天 0.99 0.97 0.97 0.93 0.93 0.89 0.89 0.89 0.85 0.81 0.99
19天 1.49 1.43 1.43 1.37 1.37 1.31 1.31 1.31 1.25 1.19 1.49
22天 1.99 1.94 1.94 1.86 1.86 1.78 1.78 1.78 1.7 1.62 1.99
28天 2.5 2.4 2.4 2.3 2.3 2.2 2.2 2.2 2.1 2.0 2.0
鈣離子溶出量(ppm) 1天 5.9 5.8 5.8 5.7 5.7 5.6 5.6 5.6 5.5 5.4 5.4
7天 8.7 8.6 8.6 8.5 8.5 8.4 8.4 8.4 8.3 8.2 8.2
13天 10.6 10.5 10.5 10.4 10.4 10.3 10.3 10.3 10.2 10.1 10.1
19天 11.6 11.5 11.5 11.4 11.4 11.3 11.3 11.3 11.2 11.1 11.1
22天 13.7 13.6 13.6 13.5 13.5 13.4 13.4 13.4 13.3 13.2 13.2
28天 15 14.9 14.9 14.8 14.8 14.7 14.7 14.7 14.6 14.5 14.5
鎂離子溶出量(ppm) 1天 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5 1.4 1.4 1.4 1.3 1.2 1.2
7天 3.8 3.7 3.7 3.6 3.6 3.5 3.5 3.5 3.4 3.3 3.3
13天 6.1 6 6 5.9 5.9 5.8 5.8 5.8 5.7 5.6 5.6
19天 6.6 6.5 6.5 6.4 6.4 6.3 6.3 6.3 6.2 6.1 6.1
22天 7.6 7.5 7.5 7.4 7.4 7.3 7.3 7.3 7.2 7.1 7.1
28天 7.7 7.6 7.6 7.5 7.5 7.4 7.4 7.4 7.3 7.2 7.2
矽離子溶出量(ppm) 1天 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5 1.5 1.4 1.3 1.3
7天 1.6 1.5 1.5 1.4 1.4 1.3 1.3 1.3 1.2 1.1 1.1
13天 2.2 2.1 2.1 2 2 1.9 1.9 1.9 1.8 1.7 1.7
19天 2.7 2.6 2.6 2.5 2.5 2.4 2.4 2.4 2.3 2.2 2.2
22天 2.9 2.8 2.8 2.7 2.7 2.6 2.6 2.6 2.5 2.4 2.4
28天 3.3 3.2 3.2 3.1 3.1 3 3 3 2.9 2.8 2.8
表2
  實施例 比較例
12 13 14 15 16 17 18 19 20 1
玻璃複合組成物 玻璃組分 (mol%) CaCO 3 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
Mg(OH) 2 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
SiO 2 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
總量 (重量份) 100 100
ZrO 2(重量份) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0
熔體混合物(莫耳比例) CaO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
MgO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
SiO 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
玻璃陶瓷 抗彎曲強度(MPa) 138 80 89 95 100 95 90 85 80 1
壓縮強度(MPa) 518 380 395 430 450 435 420 395 380 20
細胞存活率(%) 78 80 74 76 79 77 75 78 75 20
鹼性磷酸酶的活性(%) 305 254 206 204 178 165 153 132 129 100
降解率(%) 1天 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
7天 0.38 0.36 0.37 0.36 0.37 0.36 0.35 0.34 0.33 0.47
13天 1.13 1.13 1.01 1.01 1.01 0.95 0.95 0.89 0.89 1.13
19天 1.51 1.54 1.38 1.38 1.38 1.3 1.3 1.22 1.22 1.51
22天 1.89 1.88 1.68 1.67 1.66 1.58 1.58 1.53 1.48 1.89
28天 1.9 1.9 1.7 1.7 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5 2.5
鈣離子溶出量(ppm) 1天 5.3 5.3 5.1 5.1 5.1 5 5 4.9 4.9 5.9
7天 8.1 8.1 7.9 7.9 7.9 7.8 7.8 7.7 7.7 8.7
13天 10 10 9.8 9.8 9.8 9.7 9.7 9.6 9.6 10.6
19天 11 11 10.8 10.8 10.8 10.7 10.7 10.6 10.6 11.6
22天 13.1 13.1 12.9 12.9 12.9 12.8 12.8 12.7 12.7 13.7
28天 14.4 14.4 14.2 14.2 14.2 14.1 14.1 14 14 15
鎂離子溶出量(ppm) 1天 1.1 1.1 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 1.7
7天 3.2 3.2 3 3 3 2.9 2.9 2.8 2.8 3.8
13天 5.5 5.5 5.3 5.3 5.3 5.2 5.2 5.1 5.1 6.1
19天 6 6 5.8 5.8 5.8 5.7 5.7 5.6 5.6 6.6
22天 7 7 6.8 6.8 6.8 6.7 6.7 6.6 6.6 7.6
28天 7.1 7.1 6.9 6.9 6.9 6.8 6.8 6.7 6.7 7.7
矽離子溶出量(ppm) 1天 1.2 1.2 1 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 1.8
7天 1 1 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 1.6
13天 1.6 1.6 1.4 1.4 1.4 1.3 1.3 1.2 1.2 2.2
19天 2.1 2.1 1.9 1.9 1.9 1.8 1.8 1.7 1.7 2.7
22天 2.3 2.3 2.1 2.1 2.1 2 2 1.9 1.9 2.9
28天 2.7 2.7 2.5 2.5 2.5 2.4 2.4 2.3 2.3 3.3
表3
  實施例
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
玻璃複合組成物 玻璃組分(mol%) CaCO 3 50 50 47.5 45.0 42.5 40.0 37.5 35.0 32.5 30.0 27.5 25
Mg(OH) 2 0 0 2.5 5.0 7.5 10 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25
SiO 2 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
總量 (重量份) 100
ZrO 2(重量份) 6 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 8.5
熔體混合物 (莫耳比例) CaO 2 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0
MgO 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
SiO 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
玻璃陶瓷 抗彎曲強度(MPa) 100 120 135 138 147 144 143 162 175 189 186 190
壓縮強度(MPa) 300 340 350 386 400 380 360 531 540 560 558 468
細胞存活率(%) 62 63 60 62 61 62 63 65 69 73 76 83
鹼性磷酸酶的活性(%) 95 111 126 138 168 216 253 279 326 346 350 353
降解率(%) 1天 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
7天 0.56 0.56 0.55 0.54 0.44 0.49 0.48 0.46 0.45 0.43 0.42 0.4
13天 1.67 1.61 1.61 1.55 1.49 1.43 1.43 1.43 1.37 1.39 1.39 1.67
19天 2.23 2.18 2.18 2.1 2.02 1.94 1.94 1.94 1.86 1.85 1.85 2.23
22天 2.79 2.68 2.68 2.58 2.48 2.38 2.38 2.38 2.28 2.31 2.31 2.79
28天 2.8 2.7 2.7 2.6 2.5 2.4 2.4 2.4 2.3 2.3 2.3 2.2
鈣離子溶出量(ppm) 1天 6.2 6.1 6.1 6 5.9 5.8 5.8 5.8 5.7 5.7 6.2 5.6
7天 9 8.9 8.9 8.8 8.7 8.6 8.6 8.6 8.5 8.5 9 8.4
13天 10.9 10.8 10.8 10.7 10.6 10.5 10.5 10.5 10.4 10.4 10.9 10.3
19天 11.9 11.8 11.8 11.7 11.6 11.5 11.5 11.5 11.4 11.4 11.9 11.3
22天 14 13.9 13.9 13.8 13.7 13.6 13.6 13.6 13.5 13.5 14 13.4
28天 15.3 15.2 15.2 15.1 15 14.9 14.9 14.9 14.8 14.8 15.3 14.7
鎂離子溶出量(ppm) 1天 2 1.9 1.9 1.8 1.7 1.6 1.6 1.6 1.5 1.5 2 1.4
7天 4.1 4 4 3.9 3.8 3.7 3.7 3.7 3.6 3.6 4.1 3.5
13天 6.4 6.3 6.3 6.2 6.1 6 6 6 5.9 5.9 6.4 5.8
19天 6.9 6.8 6.8 6.7 6.6 6.5 6.5 6.5 6.4 6.4 6.9 6.3
22天 7.9 7.8 7.8 7.7 7.6 7.5 7.5 7.5 7.4 7.4 7.9 7.3
28天 8 7.9 7.9 7.8 7.7 7.6 7.6 7.6 7.5 7.5 8 7.4
矽離子溶出量(ppm) 1天 2.1 2 2 1.9 1.8 1.7 1.7 1.7 1.6 1.6 2.1 1.5
7天 1.9 1.8 1.8 1.7 1.6 1.5 1.5 1.5 1.4 1.4 1.9 1.3
13天 2.5 2.4 2.4 2.3 2.2 2.1 2.1 2.1 2 2 2.5 1.9
19天 3 2.9 2.9 2.8 2.7 2.6 2.6 2.6 2.5 2.5 3 2.4
22天 3.2 3.1 3.1 3 2.9 2.8 2.8 2.8 2.7 2.7 3.2 2.6
28天 3.6 3.5 3.5 3.4 3.3 3.2 3.2 3.2 3.1 3.1 3.6 3
表4
  實施例 比較例
33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 2
玻璃複合組成物 玻璃組分 (mol%) CaCO 3 22.5 20.0 17.5 15.0 12.5 10.0 7.5 5.0 2.5 0 50
Mg(OH) 2 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50 0
SiO 2 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
總量 (重量份) 100 100
ZrO 2(重量份) 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 0
熔體混合物(莫耳比例) CaO 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2
MgO 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0
SiO 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
玻璃陶瓷 抗彎曲強度(MPa) 180 189 193 208 198 131 150 170 165 162 1
壓縮強度(MPa) 550 579 597 618 600 492 514 550 542 530 19
細胞存活率(%) 85 94 91 90 89 91 92 85 84 86 20
鹼性磷酸酶的活性(%) 346 336 305 273 246 206 156 132 116 96 86
降解率(%) 1天 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
7天 0.87 0.85 0.85 0.81 0.81 0.77 0.77 0.73 0.65 0.87 0.85
13天 1.31 1.25 1.25 1.19 1.19 1.13 1.13 1.07 0.95 1.31 1.25
19天 1.75 1.7 1.7 1.62 1.62 1.54 1.54 1.46 1.3 1.75 1.7
22天 2.19 2.08 2.08 1.98 1.98 1.88 1.88 1.78 1.58 2.19 2.08
28天 2.2 2.1 2.1 2.0 2.0 1.9 1.9 1.8 1.6 1.5 2.8
鈣離子溶出量(ppm) 1天 5.6 5.5 5.5 5.4 5.4 5.3 5.3 5.2 5 4.9 6.2
7天 8.4 8.3 8.3 8.2 8.2 8.1 8.1 8 7.8 7.7 9
13天 10.3 10.2 10.2 10.1 10.1 10 10 9.9 9.7 9.6 10.9
19天 11.3 11.2 11.2 11.1 11.1 11 11 10.9 10.7 10.6 11.9
22天 13.4 13.3 13.3 13.2 13.2 13.1 13.1 13 12.8 12.7 14
28天 14.7 14.6 14.6 14.5 14.5 14.4 14.4 14.3 14.1 14 15.3
鎂離子溶出量(ppm) 1天 1.4 1.3 1.3 1.2 1.2 1.1 1.1 1 0.8 0.7 2
7天 3.5 3.4 3.4 3.3 3.3 3.2 3.2 3.1 2.9 2.8 4.1
13天 5.8 5.7 5.7 5.6 5.6 5.5 5.5 5.4 5.2 5.1 6.4
19天 6.3 6.2 6.2 6.1 6.1 6 6 5.9 5.7 5.6 6.9
22天 7.3 7.2 7.2 7.1 7.1 7 7 6.9 6.7 6.6 7.9
28天 7.4 7.3 7.3 7.2 7.2 7.1 7.1 7 6.8 6.7 8
矽離子溶出量(ppm) 1天 1.5 1.4 1.4 1.3 1.3 1.2 1.2 1.1 0.9 0.8 2.1
7天 1.3 1.2 1.2 1.1 1.1 1 1 0.9 0.7 0.6 1.9
13天 1.9 1.8 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6 1.5 1.3 1.2 2.5
19天 2.4 2.3 2.3 2.2 2.2 2.1 2.1 2 1.8 1.7 3
22天 2.6 2.5 2.5 2.4 2.4 2.3 2.3 2.2 2 1.9 3.2
28天 3 2.9 2.9 2.8 2.8 2.7 2.7 2.6 2.4 2.3 3.6
參閱表1至表4，透過該等玻璃複合組成物中的玻璃組分及ZrO 2的相互搭配，實施例1至42的玻璃陶瓷具有高的抗彎曲強度及高的壓縮強度，此表示實施例1至42的玻璃陶瓷在受到外力衝擊後不易變形且不易斷裂。此外，由表1至表4的細胞存活率可以看出，實施例1至42的玻璃陶瓷在與小鼠胚胎纖維母細胞 L929作用後，該等小鼠胚胎纖維母細胞 L929仍具有60%至94%的細胞存活率，此表示該等玻璃陶瓷具有好的生物相容性。
反觀比較例1及2，在比較例1及2中，由於比較例1及2的玻璃複合組成物不含ZrO 2，因此，比較例1及2的玻璃陶瓷的抗彎曲強度低且壓縮強度低。此外，比較例1及2的玻璃陶瓷在與小鼠胚胎纖維母細胞 L929作用後，該等小鼠胚胎纖維母細胞 L929僅有20%的細胞存活率，此表示比較例1及2的玻璃陶瓷的生物相容性不佳。
參閱表1至表4，實施例1至42的玻璃陶瓷能夠提升小鼠骨髓幹細胞中的鹼性磷酸酶的表現量，而具有高的鹼性磷酸酶的活性，此表示實施例1至42的玻璃陶瓷有助於促進成骨細胞分化，進而使骨骼生長。反觀比較例1及2，比較例1的玻璃陶瓷的鹼性磷酸酶的活性低於實施例1至20的玻璃陶瓷的鹼性磷酸酶的活性，及比較例2的玻璃陶瓷的鹼性磷酸酶的活性低於實施例21至42的玻璃陶瓷的鹼性磷酸酶的活性，此表示比較例1及2的玻璃陶瓷促進成骨細胞分化的效果不佳。
綜上所述，透過該玻璃組分與該ZrO 2的相互搭配，該玻璃複合組成物在經過1250℃至1550℃的熔融與熱分解處理及800℃至1150℃的燒結處理後，所獲得的玻璃陶瓷具有不錯的抗彎曲強度、壓縮強度及生物相容性，且能夠促進骨生長，因此該玻璃陶瓷適合被應用於生物醫學領域中作為生醫填補材料，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
無。

Claims (6)

  1. 一種玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該玻璃陶瓷是使玻璃複合組成物依序進行熔融與熱分解處理、水淬處理及燒結處理所製得，該玻璃複合組成物包含玻璃組分及ZrO 2，該玻璃組分包括鹼土金屬化合物材料及SiO 2，且該鹼土金屬化合物材料與該SiO 2的莫耳比值為1，其中，該鹼土金屬化合物材料是選自於CaCO 3、Mg(OH) 2，或上述的組合，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為1重量份以上，該熔融與熱分解處理的溫度範圍為1250℃至1550℃，該燒結處理的溫度範圍為800℃至1150℃。
  2. 如請求項1所述的玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為1重量份至20重量份。
  3. 如請求項2所述的玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，以該玻璃組分的總量為100重量份計，該ZrO 2的含量範圍為5重量份至12重量份。
  4. 如請求項1所述的玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該燒結處理的溫度範圍為800℃至1000℃。
  5. 如請求項1所述的玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該燒結處理的時間範圍為0.5小時至4小時。
  6. 如請求項1所述的玻璃陶瓷作為生醫填補材料的用途，其中，該生醫填補材料為骨頭填補材料。
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