[发明专利]金属离子修饰介孔氧化硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及应用于骨科修复材料和药物载体的金属离子修饰介孔氧化硅及其制备方法。

背景技术

近年来，随着骨缺损尤其释骨质疏松和骨髓炎等骨科病患者的增多，需要大量的骨修复材料进行骨植入手术。目前已商业化的金属和磷酸钙等骨科修复材料在植入过程中存在很多问题：如修复速率慢、并发症等。为此，在植入骨修复材料时，需负载生物生长因子和缓释药物等以促进组织愈合和增强治疗效果。骨修复用药不同于一般药物治疗，一方面需要所负载的药物具有促进骨修复或是治疗疾病的作用；另一方面需要载体可以为骨生长或是骨修复提供Ca、Mg、Zn、Sr和Mn等成骨所需的元素。

介孔氧化硅具有极大的比表面积和孔容等优势，其载药率高达30％以上。介孔氧化硅的载药性能相比其它材料具有更好的载药效果和较长的释放时间。介孔氧化硅材料由于其孔径(1nm～30nm)与蛋白质分子的尺寸(2nm～20nm)相匹配，而广泛用于蛋白质药物的控释、蛋白质固定和酶固定。然而，在负载酸性药物(尤其是酸性蛋白质)时，介孔氧化硅载体仍然存在爆释现象和释放时间过短等突出问题。酸性药物表面在中性的负载溶液或释放溶液中呈负电性；而去除模板剂后的介孔氧化硅孔壁含有丰富的Si-OH基团，这造成介孔氧化硅的零电势点为2～4之间，在负载溶液或释放溶液中通常介孔孔壁表面呈负电性。因此，在负载药物或是释放药物的中性溶液中，介孔氧化硅和药物均为负电性，发生静电排斥，造成负载药物时无法负载药物或释放药物时出现爆释现象，导致药物载体效果大大减弱。对介孔氧化硅的孔壁表面进行修饰可以改善其载药性能。

采用无机物修饰介孔氧化硅孔壁表面，可使介孔氧化硅与被载药物发生较强作用，进而增强介孔氧化硅-药物体系的稳定性，提高载药率和延长释放时间。另外，金属离子修饰的介孔氧化硅中Ca²⁺、Mg²⁺等离子进入骨修复区域促进和增强骨的修复和再生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决介孔氧化硅缺乏生物活性和载药能力小等问题，而提出了一种金属离子修饰介孔氧化硅及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种金属离子修饰介孔氧化硅，其特征在于介孔氧化硅采用金属离子修饰；其中金属离子是钙离子、镁离子、锌离子、锰离子或锶离子，优选钙离子；金属离子与硅的摩尔比为0.01～0.15；优选金属离子与硅的摩尔比为0.02～0.1。

本发明还提供了上所述金属离子修饰介孔氧化硅的制备方法，其具体步骤如下：

A)配制金属盐溶液；

B)将介孔氧化硅材料分散在金属盐溶液中，分散后的介孔氧化硅-金属盐溶液于10℃～40℃下蒸发溶剂后得白色固体，将白色固体置于10℃～80℃下干燥至恒重获得介孔氧化硅-金属盐复合粉末；

C)将介孔氧化硅-金属盐复合粉末以0.5℃/min～10℃/min的升温速率加热到500℃～700℃，保温热处理1h～5h，然后随炉冷却后得金属离子修饰介孔氧化硅。

优选所述的金属盐为可溶性金属硝酸盐或金属乙酸盐，其中金属为钙、镁、锌、锰或锶；优选所述的金属盐溶液的浓度为10g/L～300g/L，溶剂是乙醇、甲醇或水；优选所述的介孔氧化硅与金属盐溶液的固液比例为10g/L～100g/L；上述的介孔氧化硅可以是块材、粉末、微球或支架。

有益效果：

与现有的介孔氧化硅材料相比，本发明制得的高生物活性的金属离子修饰介孔氧化硅材料在保持未修饰介孔氧化硅材料的大比表面积、高孔容和孔径有序(图1)的基础上，还增强了其磷酸钙的沉积能力(即生物活性，图3和图4)和药物负载率(图5)。

附图说明

图1不同金属离子修饰介孔氧化硅的SAXRD图谱(A)未修饰的介孔氧化硅，(B)钙离子修饰的介孔氧化硅(实施例1)，(C)锰离子修饰的介孔氧化硅(实施例5)，(D)锶离子修饰的介孔氧化硅(实施例4)，(E)镁离子修饰的介孔氧化硅(实施例3)和(F)锌离子修饰的介孔氧化硅(实施例2)；

图2不同金属离子修饰介孔氧化硅的FESEM照片(A)未修饰的介孔氧化硅，(B)钙离子修饰的介孔氧化硅(实施例1)，(C)镁离子修饰的介孔氧化硅(实施例3)，(D)锌离子修饰的介孔氧化硅(实施例2)，(E)锰离子修饰的介孔氧化硅(实施例5)和(F)锶离子修饰的介孔氧化硅(实施例4)；