一种钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉

技术领域

本发明属于高新材料制造技术领域，涉及一种钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉；具体涉及以P123为模板剂，Na

背景技术

由创伤、感染、肿瘤等引起的大段骨缺损是骨科临床的常见病症。就数量而言，骨缺损手术已经成为仅次于输血的人体组织移植，临床需求量巨大。传统的骨缺损修复方法包括：自体骨移植、异体同种骨移植、异种骨移植，但这些方法存在较大弊端，大大限制了其临床应用。目前采用组织工程方法构建复合种子细胞、支架材料和生长因子的生物活性人工骨被认为是未来进行骨缺损修复和骨再造最有效的方法之一。在骨的形成、发育及修复的复杂多因素过程中，各种生长因子对局部组织、细胞的调控作用至关重要。因此在构建生物活性人工骨时，多种生长因子被广泛使用，以提高人工骨的生物活性及成骨性能，促进骨修复。

目前应用于骨组织再生修复的生长因子诸多，其中BMPs(骨形态发生蛋白)、VEGF(血管内皮生长因子)、bFGF(碱性成纤维细胞生长因子)等具有特殊意义，应用较广。大量研究表明这些生长因子对骨的增殖、分化有重要作用，能促进骨修复。但在实际应用中效果并不理想，原因如下：①生长因子的纯度不高，生物活性不稳定，易失去活性，因此直接使用生长因子会因为环境因素而失活，达不到预期的生物效应。②不同的生长因子在应用过程中的使用剂量、技巧掌握等方面的差异对其安全性和有效性也有重要影响。③这些生长因子一般都是蛋白类分子，在体内的半衰期较短，只能在释放前期对骨修复起作用，并不能持续促进成骨。④临床实验结果证明生长因子使用不当，会引起过度炎症反应，不可控的异位成骨等并发症。基于生长因子自身以及应用过程中的种种弊端，寻找能够具有类似生长因子效应，性能稳定，并能持续在成骨周期中起作用，又具有较少副作用的物质的研究是非常必要的。

人骨中含有大量的微量元素，这些微量元素对骨的新陈代谢具有重要影响。与临床用生长因子相比，微量元素具有以下几方面的优势：①纯度高，生物活性稳定，在体内主要以离子或者化合物的形式起作用；②使用时剂量易调控，安全性更高；③体内半衰期更长，能在体内持续起作用。钒(Vnadium，V)是一种超微量元素，在生物组织含量极少。缺钒的动物会表现出骨畸形，紊乱的骨骼发育和抑制骨生长；补充钒后发现能促进成骨细胞的增殖和分化，增加骨矿化作用和骨形成，提高了骨形成速率。此外较多研究已证明钒元素为类生长因子的物质，在体内可发挥生长因子的效应，调控成骨细胞的增殖和分化，促进骨再生。介孔生物活性玻璃(Mesoporous bioactive glasses,MGB)是指孔径介于2-50nm的一类多孔生物活性玻璃材料。与传统的无介孔生物活性玻璃相比，MGB具有更高的比表面积、孔体积，表现出更优的成骨性能。除此之外，MGB因有特殊的介孔结构和表面特性，广泛用于骨组织工程中的药物传递系统，用于传递治疗性药物、生长因子以及微量元素等。此外，从MBG中溶出的硅、钙、磷等离子能够明显促进骨和血管再生。目前制备MBG的技术较成熟，主要采用溶胶-凝胶法以及水热法，但目前将生物活性元素掺入MBG的方法主要采用溶胶-凝胶法，使用此法溶剂通常为有机溶剂，如无水乙醇，掺入生物活性元素时要求含掺入元素的化学物质必须可以溶解在有机溶剂中，这就大大限制了很多生物活性元素的掺入。

发明内容

针对生长因子在临床使用中的缺陷以及目前制备活性元素掺杂介孔生物玻璃的技术局限，本发明目的是提供一种掺钒的介孔生物活性玻璃粉。所述钒掺杂介孔生物活性玻璃粉以钒酸钠为钒源，具有高的比表面积，良好的生物活性，可控的钒、硅、钙、磷离子溶出行为以及优异的促成骨性能，钒以+5价形式存在以及在适当钒掺入量的介孔生物活性玻璃可表现出优异的促成骨性能，可实现更有效、更可控、更安全以及更持久的骨缺损修复。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉，其含有以下组分：以质量百分数计，二氧化硅50-60％，CaO 30-45％，P

进一步地，所述玻璃粉介孔孔径均分布在6.2-6.7nm，介孔单孔孔总体积介于0.45-0.7cm

本发明还提供以上所述钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的制备方法，其包括以下步骤：在酸性溶液中依次加入模板剂、钒源，钙源、磷源和硅源，在90-110℃水热条件下反应，一步实现硅钙磷介孔生物活性玻璃粉末的合成与钒元素的掺入。

进一步地，酸性溶液中加入模板剂后，30-40℃温度条件下1000-3000r/min搅拌0.5h-2h，使模板剂均匀分散在酸性溶液中；

依次加入钒源，钙源、磷源和硅源后，于35-38℃持续搅拌12-24h，得到溶胶溶液，然后将溶胶溶液转移到应釜中，控制温度于90-120℃，水热反应24-72h；反应结束后，降至室温，于4000-7000r/min离心5-10min，倒掉上清液，依次用蒸馏水和无水乙醇各清洗2-5次，烘干，得到介孔生物活性玻璃粉末；将介孔生物活性玻璃粉末高温煅烧后，即得掺钒的硅钙磷介孔生物活性玻璃粉末。

35-38℃持续搅拌可保证自组装过程充分进行，促进介孔材料的形成；90-120℃水热反应可提高介孔材料的有序度，更有利于获得高质量的介孔生物活性玻璃。蒸馏水清洗介孔粉末可除去材料表面的一些杂质和为掺入的离子，同时无水乙醇的清洗可终止反应，并可除去部分模板剂P123。

进一步地，模板剂与酸性溶液的质量体积比为1-5:40-50g/mL；硅、钙、磷和钒源之间的摩尔比为80-150:0.5-1:1-5:5-15。

进一步地，所述酸性环境为浓度为1.6-2.0mol/L的浓盐酸溶液。

进一步地，所用模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；以正硅酸乙酯为硅源，磷酸三乙酯为磷源，Ca(NO

进一步地，将介孔生物活性玻璃粉末高温煅烧的具体步骤为：以1-3℃/min升温速率升温至250-300℃，保温2-3h；再以1-2℃/min升温速率继续升温至600-700℃，保温6-8h；整个煅烧过程处于空气气氛中，煅烧结束后自然降温至室温。缓慢的升温速率以及两个温度段的保温主要目的是充分取出模板剂P123。

进一步地，所用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物的分子量为5800Da。

本发明还提供以上所述钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉或以上任一项所述制备方法制备得到的钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉在骨组织工程领域中载体递送系统以及制备骨修复材料中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明首次提供了一种钒掺杂硅钙磷介孔生物玻璃粉，随着钒掺入量的不同可实现介孔生物活性玻璃物化性能的调控，进而可达到调控活性离子溶出行为。本发明所述钒掺杂硅钙磷介孔生物玻璃粉溶出的钒、硅、钙、磷生物活性离子具有更稳定的生物活性；使用时剂量易调控，安全性更高；在体内半衰期更长，能在体内持续起作用等性能，因而可实现更安全，更持久的临床骨修复。

本发明所述的钒掺杂硅钙磷介孔生物玻璃粉末制备方法可一步实现硅钙磷介孔生物活性玻璃粉末的合成与钒元素的掺入，制备条件简易，方法简单，可实现大规模生产。本发明采用水热法，以水相为介质，以Na

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1制备得到的钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉末产品宏观形貌图。

图2为本发明实施例2制备得到的钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的扫描电镜图；

图3为本发明实施例3制备得到的钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的X射线衍射图；

图4为本发明实施例4制备得到的钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的氮气吸脱附曲线及介孔孔径分布图；

图5为本发明实施例5制备得到钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的透射电镜图；

图6为本发明实施例6制备得到钒掺杂硅钙磷介孔生物活性玻璃粉的傅里叶红外光谱图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置1.60mol/L盐酸，再用量筒量取50ml1.60mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例2

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置1.60mol/L盐酸，再用量筒量取50ml 1.60mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例3

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置1.60mol/L盐酸，再用量筒量取50ml 1.60mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例4

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置2.0mol/L盐酸，再用量筒量取50ml2.0mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例5

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置2.0mol/L盐酸，再用量筒量取50ml2.0mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例6

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置2.0mol/L盐酸，再用量筒量取50ml2.0mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

实施例7

首先用质量分数37％的浓盐酸于容量瓶中配置2.0mol/L盐酸，再用量筒量取50ml2.0mol/L盐酸于100ml烧杯中，然后用分析天平称取1.0g P123(M

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。