[发明专利]一种锶掺杂硼硅酸钙陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锶掺杂硼硅酸钙陶瓷及其制备方法和应用；本发明采用溶胶‑凝胶法合成纯相的锶掺杂硼硅酸钙陶瓷粉体，所述粉体化学组成通式为Ca_11‑xSr_xB₂Si₄O₂₂，其中0x≤0.20。将制备的锶掺杂硼硅酸钙粉体通过造粒、成型和烧结得到陶瓷块体，将锶掺杂硼硅酸钙陶瓷块体置于模拟体液中浸泡1天后，材料表面沉积一层羟基磷灰石层；锶掺杂硼硅酸钙粉体浸提液与小鼠骨髓间充质干细胞共培养后表现出具有促进干细胞成骨分化能力。本发明制备得到的锶掺杂硼硅酸钙生物材料表现出良好的生物活性和成骨分化性能，可作为一种用于骨修复医用材料。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种锶掺杂硼硅酸钙陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

骨修复材料主要包括同种异体骨、自体骨以及人工合成骨修复材料。自体骨移植是治疗骨缺损的标准方式，不存在免疫反应的风险；自体骨移植是骨缺损修复的金标准，但自体骨移植的治疗方式会造成病人遭受二次手术痛苦的情况发生，且可供给的移植体有限；异体骨移植可以解决移植体供给量问题，但仍然存在引发免疫排斥反应和交叉感染风险等问题；人工骨修复材料具有无免疫排斥、生物活性较好等优点，受到了科研工作者的广泛关注。

硅灰石类陶瓷具有优异的骨传导性和骨诱导性，但材料降解性较快、力学性能较差，常造成新骨生成速率与材料降解速率不匹配，局部降解过快还会导致炎症反应。目前对钙硅基陶瓷的改性，多采用网络修饰体替换，即采用碱金属或碱土金属离子替换钙位置。根据CaO-B₂O₃-SiO₂三元相图可知，合适的配方组成和热处理制度可析出Ca₁₁B₂Si₄O₂₂硼硅酸钙晶相，而且在该晶体结构中，Ca作为网络修饰体破坏了网络结构，B和Si作为网络形成离子；与硅灰石相比，采用适量B替换部分Si，B-O结合强度高于Si-O，硼氧配位四面体可形成更强的网络结构，降低材料的降解速率，尽可能使得新骨形成速率与材料降解速率匹配，同时还提高了材料的力学性能。B是人体必需的微量元素，适量的生物安全性好，在降低骨质疏松和关节炎风险、诱导血管生成方面有着重要作用。同时，骨免疫学研究发现B可具有促干细胞成骨分化和巨噬细胞由M₁向M₂表型极化达到抑炎效果。硼硅酸钙生物陶瓷能够通过释放Si⁴⁺、Ca²⁺、B³⁺等生物活性离子，显著地促进骨组织细胞的增殖、分化及骨组织修复。

Sr是人体内重要的微量元素之一，占人体骨骼内钙含量的0.05％。研究表明，Sr²⁺对骨细胞具有双重作用，不仅能刺激新骨形成，还能抑制破骨细胞的骨吸收，减少骨折发生率，被广泛应用于骨质疏松症的治疗。Sr²⁺与Ca²⁺具有相近的离子半径和电荷，这也为Sr²⁺掺杂替换Ca²⁺提供了有利条件；在骨形成过程中Sr²⁺能够取代Ca²⁺，促进骨重建。Sr²⁺起对人体骨代谢和成血管的作用。Sr²⁺激活成骨细胞上的钙感应受体(CaSR)，同时增强骨保护素(OPG)表达，减小核因子κB受体活化因子配体(RANKL)的表达，还能够激活成骨细胞的CaSR和下游信号通路，促进成骨细胞的增殖、分化，同时诱导破骨细胞的凋亡使得骨吸收减少。Sr掺杂硼硅酸钙的制备方法简单易行，能耗低且制备晶相为单相，没有杂相的生成，可同时降解产生Ca、B、Si、Sr四种离子，提高材料的成骨性能，作为骨修复材料具有良好的应用价值。