[发明专利]一种离子共掺杂β-硅酸二钙粉体、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种离子共掺杂β‑硅酸二钙粉体、制备方法及应用，所述离子共掺杂β‑硅酸二钙粉体的组成通式为Ca_2‑xM_x(SiO₄)_1‑y(BO₃)_y，其中M离子为能置换Ca²⁺离子的一种或多种金属阳离子，0＜x≤1；硼酸根离子BO₃^3‑为能部分取代SiO₄^4‑离子的阴离子，0≤y≤0.05。本发明提供的离子共掺杂β‑硅酸二钙粉体可实现骨细胞诱传导、促血管化和抗菌抑菌等多种生物学功能，可满足牙齿修复、颌骨修复、脊柱修复、关节修复及其它硬组织修复等临床应用要求；本发明提供的制备方法具有合成温度低、合成时间短、无环境污染和可批量生产等优点。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，特别涉及一种离子共掺杂β-硅酸二钙粉体、制备方法及应用。

背景技术

硅酸二钙(Ca₂SiO₄，C2S)是波特兰水泥熟料中最重要的组分之一，在水泥和耐火材料中，硅酸二钙已被广泛研究和应用。硅酸二钙有多种晶型，其中，介稳相的β-硅酸二钙具有水化活性，即水硬性。当β-硅酸二钙粉体与水接触，微粒表层溶解并伴随离子迁移，具有纳米孔结构的硅酸盐水合物(C-S-H)凝胶沉积在粉体微粒表面，同时氢氧化钙晶粒在水合物凝胶毛细孔区成核并长大。随着反应的进行，硅酸盐水合物凝胶聚合硬化，形成具有一定微孔和强度的块体材料。这种水化和固化的性质，加上硅酸二钙优良的生物相容性、生物活性以及适度的硅离子释放和降解性能，使得β-硅酸二钙成为了一种非常有潜力的，具有理想骨组织工程材料特点的骨组织修复替换生物材料，已引起全世界材料工作者和医药工作者的广泛关注。

临床应用显示，理想的人工植骨材料不仅应具有良好的生物相容性、生物降解、骨传导和骨诱导性，而且需要有良好的血管化能力。血管的长入可以为细胞提供稳定的内环境，为成骨细胞的分裂、增殖等功能活动提供充足营养，促进细胞生长及成骨分化，而成骨细胞的分化和基因表达又可以促进血管的生长及稳定，两者协同促进骨的生成及修复。大量研究显示，钴元素在生物体微环境下可诱导局部缺氧环境的产生，继而促进缺氧诱导因子(HIF-1α)生成，促进局部环境新生血管的生成；锶元素不仅与成骨细胞具有很好的相容性，而且能促进内皮细胞的增殖及诱导新生血管的形成，可解决植骨材料血管化的难题。

目前，β-硅酸二钙的制备方法主要有两种，一种是溶胶-凝胶法，一种是固相合成法。其中，溶胶-凝胶法合成温度较低，颗粒尺寸较小且具有较好的均匀性，但其化学过程比较复杂，原料价格昂贵，所用到的有机溶剂含有一定毒性，生产过程安全隐患较大。在工业化制备过程中，溶胶-凝胶法由于工序中需要把溶胶内水分烘干，需要消耗大量的能量，导致成本居高不下；而传统固相合成法反应温度高(一般不低于1400℃)，合成时间长，还需额外添加稳定剂以稳定β-硅酸二钙，该法获得β-硅酸二钙的相纯度和水化活性低，晶粒尺寸大(一般为60μm)，生产过程能耗大，也不适宜工业化生产。CN 101445247 A公开了一种微波合成生物活性β-硅酸二钙的制备方法，该发明采用溶胶凝胶喷雾干燥制备前驱体粉料，然后再经过预烧、微波低温快速合成等工序，不仅原料成本高、工序繁多，而且未进行离子掺杂，无法同时获得骨诱传导、血管化和抗菌抑菌等多种生物学功能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种离子共掺杂β-硅酸二钙粉体、制备方法及应用，具有良好的生物学功能，合成温度低、合成时间短、无环境污染和可批量生产。

本发明采用的技术方案如下：