[发明专利]一种含硼纳米介孔大孔生物活性玻璃、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含硼的纳米介孔大孔生物活性玻璃材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

介孔生物活性玻璃（MBG），作为一种生物活性材料，近年来引起了极大的关注。介孔生物活性玻璃较非介孔生物活性玻璃（NBG）一个显着的特点，是它具有显著提高的比表面积和纳米孔体积，从而得到了更优的磷灰石矿化能力和降解性。我们最近证明，CaO-P₂O₅-SiO₂系统MBG较NBG能提高体外和体内的生物活性及降解、载药能力。作为一种生物活性材料，MBG在骨组织工程和药物载体应用中显出巨大潜力。出于这个原因，开发一种具有最佳的成分和纳米结构的MBG十分有意义。此外，适当的载药可提高MBG的成骨能力，在骨组织工程中应用具有较大潜力。

硼是人体的微量元素之一，在许多生命过程，包括胚胎、骨骼的生长和维护，免疫功能和精神运动技能中起着重要的作用。特别是在绝经后的妇女，硼可能刺激荷尔蒙，从而通过刺激雌激素的分泌达到模拟雌激素的作用。目前，雌激素治疗是防止绝经后骨质丧失而导致的骨质疏松和骨密度降低引起的骨折的最有效的方法之一。因此，研究人员对载有硼的生物活性材料的研制在骨骼健康及再生领域成为研究的热点。目前为止，关于含硼的介孔玻璃支架用于骨组织工程的研究未见报道。

在骨组织工程中，生长因子如骨形态发生蛋白（BMP-2和BMP-7）被载入支架，以刺激细胞分化和组织的生长。然而，骨形成蛋白是相当昂贵的，并必须在非常温和的条件下与支架结合以防止其生物活性的损失。为克服这个弊端，一种替代的方法是通过成骨细胞分化药剂用来刺激骨骼生长。地塞米松（DEX）是一种传统的成骨药物，用于细胞培养实验，诱导细胞增殖、成熟和成骨细胞的细胞外基质矿化。此前，地塞米松被加载聚（乳酸-乙醇酸，PLGA）微球，PLGA和聚己内酯（PCL）为骨组织工程支架应用。这些聚合物作为骨修复材料具有骨传导性不足的缺点，总是需要加入生物活性的无机材料制备成为复合材料。而传统生物活性陶瓷和玻璃（羟基磷灰石，磷酸三钙，生物玻璃）支架缺乏高效的载药能力。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种含硼的纳米介孔和大孔复合生物活性玻璃材料；

本发明的第二个目的在于提供上述生物活性玻璃材料的制备方法；

本发明的第三个目的在于提供上述生物活性玻璃材料的用途。

为实现上述目的，本发明提供的生物活性玻璃材料具有300μm-500μm的大孔以及约5nm的介孔，其含硼量为0%~10%（大于0）。其中大孔的孔隙率为78%-90%，介孔孔体积在0.21-0.33cm³/g, 孔径约为5nm。

上述玻璃材料的基体可以是现有的可以用于支架的任何玻璃材料。

本发明生物活性玻璃材料的大孔适合细胞生长，而纳米介孔则适合用于载药控制药物的释放，同时可释放硼离子，可以作为载体或医用支架。例如可以用作药物或者基因载体，用于装载地塞米松、生长因子，又不限于这些药物，可作为药物缓释载体长时间有效缓释，应用于骨缺损修复填充材料或者组织工程的三维支架。

本发明生物活性玻璃材料是通过在制备介孔生物活性玻璃的过程中，用BO3^3－取代部分SiO4^4－，通过凝胶溶胶法的制备方法合成出含硼的有序介孔生物活性玻璃。该方法包括以下几个步骤：

（1）将模板剂、硼源、钙源、磷源、硅源溶解于乙醇，18℃-45℃下搅拌12-48h，获得凝胶；硼的含量对于后来的介孔结构具有直接的影响； 

（2）将高分子海绵浸入获得的凝胶10-60分钟，将海绵转入另一容器，干燥12-48h；

（3）待干燥后，600~800℃煅烧3-8小时，得到含硼的纳米介孔和大孔复合生物玻璃材料。

上述方法中，步骤2）可重复2-5次。

上述方法中模板剂可以是为非极性的三嵌段共聚体模板剂，主要品名为EO20PO70EO20 (P123), EO106PO70EO106 (F127)和EO39BO47EO39(B50–6600)，但不限于这几种，作为结构导向剂。EO是聚环氧乙烷，PO是聚环氧丙烷，BO是聚丁烯氧化。模板剂按照与硼源、钙源、硅源、磷源总量的重量比1:1~3添加。