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一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-07-06
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2017-01-04
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-02-15
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-07-06
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610543317.9 申请日 2016-07-06
公开/公告号 CN106186674B 公开/公告日 2019-02-15
授权日 2019-02-15 预估到期日 2036-07-06
申请年 2016年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 C03C3/097C03C12/00C03C4/00C03B19/10A61L27/10A61L27/58A61L27/50A61K9/51A61K47/04 主分类号 C03C3/097
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 5
权利要求数量 6 非专利引证数量 1
引用专利数量 6 被引证专利数量 0
非专利引证 1、PAA/SiO2核壳粒子调控及其超疏水性能《.稀有金属材料与工程》.2016,第387-391页. Janet Gallardo等.Preparation and invitro evaluation of porous silica gels. 《Biomaterials》.2002,4277–4284.;
引用专利 CN103239756A、CN103239756A、CN103342453A、CN1843994A、CN101314039A、US2015/0071983A1 被引证专利
专利权维持 6 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江理工大学 当前专利权人 浙江理工大学
发明人 丁新波、李智慧、刘涛 第一发明人 丁新波
地址 浙江省杭州市江干经济开发区白杨街道2号大街928号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州求是专利事务所有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
林超
摘要
本发明公开了一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用。所述中空生物活性玻璃球主要组分是SiO2、P2O5和CaO,摩尔比分别为(58~90):(4~5):(5~37);制备是常温条件下将聚丙烯酸溶于无水乙醇中,再用氨水调节pH,搅拌澄清,后将硅源、磷源、钙源加入持续搅拌形成白色溶胶;离心后依次用无水乙醇和去离子水洗涤后,烘干获得白色粉末,将白色粉末置于马氟炉中煅烧得中空生物活性玻璃球。本发明方法成本低廉、操作过程简易、玻璃组分可调,玻璃球表面无塌陷,生物相容性良好,可用作骨替代或修复材料、药物缓释以及组织工程中的支架材料等。
  • 摘要附图
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图1
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图2
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图3
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图4
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图5
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图6
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图7
    一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2019-02-15 授权
2 2017-01-04 实质审查的生效 IPC(主分类): C03C 3/097 专利申请号: 201610543317.9 申请日: 2016.07.06
3 2016-12-07 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种中空生物活性玻璃球材料,其特征在于:所述中空生物活性玻璃球主要组分是SiO2、P2O5和CaO,组分SiO2:P2O5:CaO的摩尔比分别为(58~90):(4~5):(5~37);
所述中空生物活性玻璃球表面微观形貌为单分散的中空球形,表面无塌陷,粒径可调,分布在50~300纳米;
所述中空生物活性玻璃球采用以下方法制备:
(1)前驱体的制备:常温条件下将聚丙烯酸作为软模板剂溶于足量的无水乙醇中,再用氨水调节pH,搅拌6~10小时至澄清得到溶液,后将硅源、磷源、钙源的三种生物玻璃组分按一定的摩尔比加入上述溶液中持续搅拌36~72小时,形成白色溶胶;
(2)模板剂的去除:将上述步骤(1)反应后的白色溶胶离心,然后依次用无水乙醇和去离子水洗涤后,80℃烘干,获得白色粉末;
(3)将白色粉末置于马弗 炉中于500~550℃温度下煅烧5~12小时,即得中空生物活性玻璃球。

2.权利要求1所述中空生物活性玻璃球材料的制备方法,其特征在于所述方法包括:
(1)前驱体的制备:常温条件下将聚丙烯酸作为软模板剂溶于足量的无水乙醇中,再用氨水调节pH,搅拌6~10小时至澄清,后将硅源、磷源、钙源的三种生物玻璃组分按一定的摩尔比加入上述溶液中持续搅拌36~72小时,形成白色溶胶;
(2)模板剂的去除:将上述步骤(1)反应后的白色溶胶离心,然后依次用无水乙醇和去离子水洗涤后,80℃烘干,获得白色粉末;
(3)将白色粉末置于马弗 炉中于500~550℃温度下煅烧5~12小时,即得中空生物活性玻璃球;
通过采用不同分子量的聚丙烯酸或者不同的聚丙烯酸和硅源的质量比来调控所述中空生物活性玻璃球的表面宏观形态及其粒径大小。

3.根据权利要求2所述的一种中空生物活性玻璃球材料的制备方法,其特征在于:所述的聚丙烯酸的分子式为[C3H4O2]n,n=27~70。

4.根据权利要求2所述的一种中空生物活性玻璃球材料的制备方法,其特征在于:所述的聚丙烯酸和硅源的质量比为(1:4~1:18)。

5.根据权利要求2所述的一种中空生物活性玻璃球材料的制备方法,其特征在于:所述的硅源:磷源:钙源的摩尔比为(58~90):(4~5):(5~37)。

6.根据权利要求1所述的中空生物活性玻璃球材料或者权利要求2-5任一所述中空生物活性玻璃球材料制备方法制成的中空生物活性玻璃球材料,其特征在于:所述中空生物活性玻璃球在制作骨替代或修复材料、药物缓释可控载体以及组织工程支架材料中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物材料,尤其是涉及了一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 自佛罗里达大学Hench L.L.教授首次发现生物活性玻璃(45S5)以来,生物活性玻璃(L.L.Hench,R.J.Splinter,J Biomed Mater Res Symp,1971(2):117-141)作为一类具有组织修复功能的特种玻璃材料备受生物医用材料界的高度关注。这类生物玻璃具有特定的化学组成,其溶出的无机离子(如硅、磷、钙、钠等)具有一定的细胞和基因激活作用,能够激活生长因子表达、诱导骨祖细胞往成骨方向分化、促进成骨细胞的增殖分化,进而与骨组织形成牢固的化学键合,具有良好的骨修复性能。后续的研究发现,生物活性玻璃不仅能与硬组织(如骨、牙组织)形成化学键合,还能与软组织结合,促进皮肤的再生。现有上市的临TM TM床用生物玻璃相关产品有如 Novabone 、DermGlas 等。
[0003] 微纳米生物玻璃的研究兴起让人们关注到生物玻璃的合成工艺、化学组成、微观形貌、精细结构、尺寸效应等对材料的理化性能有很大的影响。如颗粒的易团聚性导致材料溶出的活性离子释放量小;颗粒形貌不易控制影响材料后期活性离子溶出和对细胞介导作用;尺寸不可控,降低材料被组织和细胞吞噬效率,最终降低基因的负载/转染效率以及成骨介导活性。由此,如何精确调控微纳米生物活性玻璃的形貌、尺寸、结构以进一步调控其比表面积及离子释放性能是生物活性玻璃研究中迫切需要解决的关键科学问题。与不规则颗粒相比,生物玻璃微纳米球材料(如中空结构、介孔结构)具有良好的流动性、优异的生物活性,可作为装载药物、生长因子及基因等输送载体应用于骨疾病的治疗。

发明内容

[0004] 为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供了一种中空生物活性玻璃球、制备方法及其应用。该方法以聚丙烯酸为模板剂结合溶胶—凝胶法制备获得,操作简单易行,工艺参数易于控制。
[0005] 本发明的技术方案是:
[0006] 一、一种中空生物活性玻璃球材料:
[0007] 所述中空生物活性玻璃球主要组分是SiO2、P2O5和CaO,组分SiO2:P2O5:CaO的摩尔比分别为(58~90):(4~5):(5~37)。
[0008] 所述中空生物活性玻璃球表面微观形貌为单分散的中空球形,表面无塌陷,粒径可调,分布在50~300纳米。
[0009] 本发明所述的微纳米生物活性玻璃为硅磷钙基础上的三元组分可调的玻璃材料,微观形貌为中空球状,尺寸均匀、结构可控,分散性良好,具有良好的生物活性、生物降解性和生物相容性。
[0010] 二、一种中空生物活性玻璃球的制备方法:
[0011] (1)前驱体的制备:常温条件下将聚丙烯酸作为软模板剂溶于足量的无水乙醇中,再用氨水中调节pH,搅拌6~10小时至澄清,后将硅源、磷源、钙源的三种生物玻璃组分按一定的摩尔比加入上述溶液中持续搅拌36~72小时,形成白色溶胶;
[0012] (2)模板剂的去除:将上述步骤(1)反应后的白色溶胶离心,然后依次用无水乙醇和去离子水洗涤后,80℃烘干,获得白色粉末;
[0013] (3)将白色粉末置于马氟炉中于500~550℃温度下煅烧5~12小时,即得中空生物活性玻璃球。
[0014] 通过采用不同分子量的聚丙烯酸或者不同的聚丙烯酸和硅源的质量比来调控所述中空生物活性玻璃球的表面宏观形态及其粒径大小。
[0015] 所述的聚丙烯酸的分子式为[C3H4O2]n,n=27~70。
[0016] 所述的聚丙烯酸和硅源的质量比为(1:4~1:18)。根据模板剂和硅源的质量比来调控所得中空生物活性玻璃球的表面形态及粒径分布。
[0017] 所述的硅源:磷源:钙源的摩尔比为(58~90):(4~5):(5~37)。根据硅源:钙源:磷源的摩尔比来调节中空生物玻璃纳米球的玻璃组分。
[0018] 所述的硅源为正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4]、正硅酸甲酯[Si(OCH3)4]或正硅酸丁酯[Si(OC4H9)4]。
[0019] 所述的磷源为磷酸三乙酯[(C2H5)3PO4]或磷酸三甲酯[(CH3)3PO4]。
[0020] 所述的钙源为钙源为四水硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O],氯化钙[CaCl2]或有机钙源[Ca(OC2H5)2]。
[0021] 三、所述中空生物活性玻璃球在制作骨替代或修复材料、药物缓释可控载体以及组织工程支架材料中的应用。
[0022] 本发明具有的有益效果是:
[0023] 1.原料简单易得、反应条件温和、工艺简单易行,成本低廉。所得到的生物活性玻璃微观形貌为中空球状,玻璃组分可调、粒径尺寸可控,具有良好的生物活性和生物降解性。
[0024] 2.根据硅源:磷源:钙源的不同摩尔比来获得不同组分的中空生物玻璃纳米球,玻璃组分可控。
[0025] 3.通过改变聚丙烯酸的分子量以及聚丙烯酸和硅源的质量比来调控不同形态、不同粒径的中空生物活性玻璃球,该生物玻璃微观形貌呈中空球状,粒径可控在50~300纳米,可作为骨修复材料以及用于药物缓释可控载体等。

实施方案

[0033] 下面结合实施例对本发明进一步详细的阐述,但本发明的实施方式不限于此范围。
[0034] 本发明的实施例如下:
[0035] 实施例1:
[0036] 将0.2克聚丙烯酸(其分子量为2000)溶于90毫升无水乙醇、氨水中,搅拌均匀,于6小时后加入0.9克正硅酸乙酯,继续搅拌7小时,得到透明溶液。
[0037] 按硅源:磷源:钙源的摩尔比为80:5:15的比例向上述溶液中依次加入0.19克四水硝酸钙,0.10克磷酸三乙酯,常温下搅拌反应36小时,形成乳白色溶液。将反应后的溶液经离心,乙醇、去离子水洗涤后,80℃烘干,得到白色粉末。将干燥的白色粉末在马氟炉中于500℃煅烧10小时去除模板剂,即得中空生物活性玻璃球(其核壳厚度为20纳米)。
[0038] 本实施例制备获得中空生物活性玻璃球的形态为中空球形,平均粒径为90纳米,其透射电镜情况如图1所示,图中可见是分散均匀,中空结构明显的球体。
[0039] 实施例2:
[0040] 将0.2克聚丙烯酸(其分子量为2000)溶于180毫升无水乙醇、氨水中,搅拌6小时后至溶液均匀,然后加入1.8克正硅酸甲酯,继续常温搅拌8小时,得到透明溶液。
[0041] 向上述溶液中按硅源:磷源:钙源为80:5:15的摩尔比依次加入0.25克氯化钙,0.27克磷酸三乙酯,常温下搅拌反应48小时,形成白色溶胶。将反应后的溶液经离心,乙醇、去离子水洗涤后,80℃烘干,得到白色粉末。将白色粉末在马氟炉中于500℃煅烧12小时去除模板剂,即得中空生物活性玻璃球(其核壳厚度为30纳米)。
[0042] 本实施例制备获得中空生物活性玻璃球的形态为中空球形,平均粒径为120纳米,其扫描电镜情况如图2所示,图中可见中空生物活性玻璃球的外观形貌为表面光滑的球体,而且可以很明显的看到中空结构。
[0043] 氮气吸附脱附情况及孔径分布情况如图3所示,图中可见中空生物活性玻璃球为无孔结构,比表面积为42.2平方米每克。
[0044] 粒径分布情况如图4所示,图中可见中空生物活性玻璃球的平均粒径为120纳米。
[0045] 实施例3:
[0046] 将0.2克模板剂聚丙烯酸(其分子量为3000)溶于270毫升无水乙醇、氨水中,搅拌均匀,常温下搅拌8小时后加入2.70克正硅酸乙酯,继续常温搅拌10小时,得到透明溶液。
[0047] 在上述溶液中,按硅源:磷源:钙源为90:5:5的摩尔比依次加入0.17克四水硝酸钙,0.20克磷酸三甲酯,持续搅拌48小时直至溶液呈白色。其次,将反应后的溶液经离心,乙醇、去离子水洗涤后,80℃烘干,得到白色粉末。将上述白色粉末在马氟炉中于500℃煅烧8小时去除模板剂,即得中空生物活性玻璃球。
[0048] 本实施例制备获得中空生物活性玻璃球的形态为中空球形,平均粒径为150纳米,其X射线衍射情况如图5所示,图中在2θ=22°~25°的低衍射角区出现了一个馒头峰,随后,衍射强度逐渐衰减平滑,没有出现晶体的特征峰,所以,可以得出所制备的复合粒子的表层为非晶态。
[0049] 实施例4:
[0050] 将0.1克聚丙烯酸(分子量为5000)溶于180毫升无水乙醇、氨水中,搅拌均匀,常温下搅拌8小时后加入1.80克正硅酸乙酯,继续常温搅拌10小时,得到透明溶液。
[0051] 在上述溶液中,按硅源:磷源:钙源为60:4:36的摩尔比,依次加入1.23克四水硝酸钙,0.16克磷酸三甲酯,常温下搅拌反应60小时,形成白色溶液。将上述溶液分别经离心,乙醇、去离子水洗涤后,80℃烘干后得到白色粉末,最后置于马氟炉中于550℃煅烧6小时去除模板剂,即得中空生物活性玻璃球。
[0052] 本实施例制备获得中空生物活性玻璃球的形态为中空球形,平均粒径为200纳米,其红外谱图如图6所示,图中出现了1090cm-1处、800cm-1处、和470cm-1处的红外吸收带,分别-1属于Si-O-Si非对称伸缩振动、Si-O对称伸缩振动以及Si-O-Si对称弯曲振动,566cm 和
603cm-1出现了P-O的弯曲振动。
[0053] 实施例5:
[0054] 将0.4克模板剂聚丙烯酸(分子量为5000)溶于720毫升无水乙醇、氨水中,搅拌8小时至溶液澄清,然后加入7.2克正硅酸丁酯,继续常温搅拌得到透明溶液。
[0055] 在上述溶液中,按硅源:磷源:钙源为70:5:25的摩尔比,依次加入1.04克有机钙,0.58克磷酸三乙酯,常温下搅拌反应72小时,形成白色溶液,后将上述反应后的溶液分别经离心、乙醇、去离子水洗涤后于80℃烘干,得到白色粉末。最后将干燥后的白色粉末在马氟炉中于550℃煅烧12小时去除模板剂,即得中空生物活性玻璃球。
[0056] 本实施例制备获得中空生物活性玻璃球的形态为中空球形,平均粒径为250纳米。其扫描电镜如图7所示,浸泡过模拟体液的中空生物活性玻璃球的外观形貌为表面粗糙的球体,外表面形成了大量的磷灰石,表明该材料具有较好的诱导磷灰石生成的能力,体外生物活性较好。
[0057] 由上述实施例可见,本发明所得到的生物活性玻璃球具有良好的生物活性和生物降解性,可作为骨修复材料以及用于药物缓释可控载体,技术效果显著突出。

附图说明

[0026] 图1是实施例1制备的中空生物活性玻璃球的透射电镜图。
[0027] 图2是实施例2制备的中空生物活性玻璃球的扫描电镜图。
[0028] 图3是实施例2制备的中空生物活性玻璃球的氮气吸附脱附曲线及孔径分布曲线。
[0029] 图4是实施例2制备的中空生物活性玻璃球的粒径分布图。
[0030] 图5是实施例3制备的中空生物活性玻璃球的X射线衍射图。
[0031] 图6是实施例4制备的中空生物活性玻璃球的红外谱图。
[0032] 图7是实施例5制备的中空生物活性玻璃球浸泡模拟体液测试扫描电镜图。
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