[发明专利]一种生物活性微晶玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物活性微晶玻璃，其包括主晶相和次晶相，所述主晶相为二硅酸锂和/或硅酸锂，所述次晶相包括磷酸锶，所述微晶玻璃包括如下组分：50％～73％SiO₂、0.2％～2％Al₂O₃、0.5％～5％P₂O₅、20％～30％Li₂O、0.2～6％SrO、0.5％～2.5％ZrO₂、1.0％～3.5％B₂O₃、0.3％～3％CaO和2％～10％K₂O，以质量百分含量计。其中，所述微晶玻璃中主晶相质量含量不少于50％，所述次晶相质量含量为3‑12％。本发明的生物活性微晶玻璃成骨活性好，并且具有表面自我修复功能，同时保持了良好的机械性能，能够用于骨科植入和牙科修复。

技术领域

本发明属于微晶玻璃材料技术领域，具体涉及一种生物活性微晶玻璃，进一步地，还涉及该生物活性微晶玻璃的制备方法，特别地，本发明还涉及该生物活性微晶玻璃的应用。

背景技术

人体的骨骼、牙齿等硬组织，因疾病、外伤或畸形造成缺损时，需要采用人工材料进行修复或矫治。由于金属具有优异的力学性能和易加工性，多采用不锈钢、钛合金等金属固定材料制作固定器械。但是金属离子存在长期缓慢释放致癌的风险，而且携带金属植入物期间，患者不能进行正常的核磁共振成像检查。金属植入材料的力学性能与天然骨存在差异，弹性模量较高，造成应力遮挡效应、导致骨愈合延迟，错配效应等不良影响。聚合物材料的出现，在避免应力遮挡效应、避免MRI干扰和促进骨愈合方面获得了良好的效果。但由于高分子材料本身力学性能的限制，只能用于非承重部位，无法完全替代传统金属材料。

目前，生物活性玻璃已被认为是适合永久植入的材料，其成骨速度快，可直接参与骨组织的代谢和再生过程。但生物玻璃或微晶玻璃的弹性模量高，与骨组织的弹性模量不匹配，容易引起应力屏蔽，机械强度低，脆性大，容易造成种植体失败，限制了其使用范围，并且，目前的生物活性玻璃在植入后的修复能力还有待进一步提升。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前骨科植入主要采用的材料为金属类、高分子材料和无机材料。金属类骨科植入物具有力学强度高，生物相容性好等优点，但是，存在相对骨头密度太大、强度太高等问题，致使应力屏蔽效应明显，从而使得骨折部位不能得到有效的应力刺激，骨折愈合效果不佳。高分子材料由于力学性能的限制，只能用于非承重部位，无法达到骨科植入物的强度要求，并且由于强度的限制容易导致二次骨折的发生。目前采用的无机材料主要为生物活性玻璃，存在与骨组织的弹性模量不匹配，容易引起应力屏蔽的问题，并且机械强度低，脆性大，修复能力不够。现阶段的生物活性陶瓷材料基本属于骨填充修复材料，往往不能满足长骨及关节置换方面的临床需求。因此，需要开发一种生物相容性好，机械性能优异的生物活性材料，特别是在体液作用下，能够具有自我表面修复能力，在体内能长期保持形态稳定、力学性能优异的微晶玻璃，可望用作长骨及关节类修复植入材料或者牙科修复材料。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种生物活性微晶玻璃，通过合理的设计配比及晶化工艺，生成二硅酸锂和/或硅酸锂的主晶相，其中二硅酸锂晶体属于正立方体结构，Si-O四面体的顶点由Li⁺占据，微观形貌为棒状各向异性分布的互锁结构，可以有效提高抗弯强度，并阻碍裂纹的扩展。在微晶玻璃中通过添加元素锶，经过两次晶化工艺获得磷酸锶次晶相，次晶相中的磷酸锶能够促进钙磷酸盐在材料表面的沉积，刺激成骨细胞的分化，进一步增强其生物活性，提高成骨能力，并且能够使受损的微晶玻璃在体液环境下具有表面修复功能。同时增加磷酸锶次晶相还可以提高材料的抗弯强度，降低微晶玻璃的熔化温度。本发明实施例的微晶玻璃成骨活性好，并且具有表面自我修复功能，同时保持了良好的机械性能，能够用于骨科植入和牙科修复。

根据本发明实施例的一种生物活性微晶玻璃，包括主晶相和次晶相，所述主晶相为二硅酸锂和/或硅酸锂，所述次晶相包括磷酸锶，所述微晶玻璃包括如下组分：