一种硼硅酸钙生物材料、制备方法及其应用的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种硼硅酸钙生物材料、制备方法及其应用。本发明采用固相合成法、溶胶凝胶法或共沉淀法合成纯相的硼硅酸钙Ca2SiB2O7粉体，也可将硼硅酸钙粉体压制成型得到硼硅酸钙陶瓷块体。将制备的硼硅酸钙材料置于模拟体液(SBF)中浸泡、矿化后，材料表面沉积类骨磷灰石层，矿化得到的羟基磷灰石的厚度随着浸泡时间的延长而增加。本发明制备得到的硼硅酸钙生物材料具有良好的生物学性能，适用于作为骨组织的修复、填充以及齿科修复材料，提供了一种生物和医用新材料。
【专利说明】一种硼硅酸钙生物材料、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硼硅酸钙生物材料、制备方法和用途，特别涉及一种化学式为 Ca2SiB207的硼硅酸钙生物材料，属于生物材料领域。
【背景技术】
[0002] 天然骨是一种具有精密分级结构的复杂生物复合材料，它通过有机、无机成分共 同构建而成，其有机成分主要是I型胶原蛋白（Type I collagen),它赋予骨组织弹性及韧 性，无机成分主要由磷酸1丐（Calcium phosphate),尤其是生物磷灰石（Biologicalaptite) 构成，它赋予骨组织足够的刚度和强度。理想的骨组织工程支架材料应当具有三维多级网 络结构，对于理想的骨组织"修复"或者"替换"策略，要求植入体的材料成分与受损组织相 当或者接近，植入体材料结构尽可能符合受损组织的解剖结构，同时具有足够的生物活性， 容易整合修复周围骨组织，并有可能具有主动诱导、修复、重建骨再生的生物学功能。由于 对活骨化学、生物特性的不断了解，人们更有能力设计和开发出模仿这些特性的材料，理想 的骨移植替代材料应当具有成骨性、生物相容性、可吸收降解、可提供结构支撑、临床使用 方便、价格低廉。
[0003] 羟基磷灰石是生物硬组织的重要无机组元，因其具有良好的生物相容性和骨诱导 能力，在植入人体后能与人体骨骼组织在界面形成紧密的化学键结合，诱导骨组织的生长， 促进骨修复，是很好的硬组织替代材料，目前已成功应用于牙科、整形外科和上颌面重建等 领域。
[0004] 磷酸钙类陶瓷，如羟基磷灰石和β -磷酸三钙陶瓷的显著优点在于他们的组成与 骨的矿化相组成非常类似，这类物质具有比较优良的相容性和成骨传导性，但磷酸钙类陶 瓷的力学强度较低，近来的研究表明磷酸钙类陶瓷的降解性较缓慢，特别是烧结后的羟基 磷灰石在体内降解非常缓慢。研究发现某些硅酸盐相对于传统的磷酸钙在力学、降解性及 生物学效应方面都表现出了独特的优点，其主要原因在于硅酸盐生物陶瓷能够通过释放硅 (Si)离子等生物活性离子，显著地促进骨组织细胞的增殖、分化及骨组织修复。而且，硼硅 酸盐的制备方法简单易行，能耗低，因此研究这种富含Ca、B、Si的生物材料具有一定的意 义。
[0005] 到目前为止，已有文献[G. Giuli, L. Bindi, and P. Bonazzi, Rietveld refinement of okayamalite, Ca2SiB207: Structural evidence for the B/Si ordered distribution, American Mineralogist, 2000, 85(10): 1512-1515]报道了 Ca2SiB207 的结 构，而纯相硼硅酸钙Ca2SiB207材料作为生物材料尚未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的问题是提供一种适用于生物和医用领域的硼硅酸钙材料、制备 方法及其用途。
[0007] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是提供一种硼硅酸钙生物材料，它的化 学式为 Ca2SiB207。
[0008] 本发明技术方案包括如上所述的Ca2SiB207硼硅酸钙生物材料的制备方法，具体涉 及以下几种： 1、采用高温固相法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，研磨并混合均匀； (2) 将步骤（1)得到的混合物在空气气氛下预煅烧1?2次，预煅烧温度为300? 900°C，煅烧时间为1?15小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (3) 将步骤（2)得到的产物按如下工艺①或(D中的一种制备得到硼硅酸钙生物材料： ① 在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900?1KKTC，煅烧时间为2?15小时，自然冷却， 再经研磨、混合均匀后，得到Ca2SiB 207粉末； ② 干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为900?1KKTC，烧结时间为2?15 小时，自然冷却后，得到Ca2SiB 207块体。
[0009] 所述的含有钙离子Ca2+的化合物为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙、草 酸钙中的一种；所述的含有硅离子Si4+的化合物为二氧化硅和硅酸中的一种；所述的含有 硼离子B3+的化合物为三氧化二硼或硼酸中的一种。
[0010] 高温固相法中，步骤（2)的预煅烧温度为350?900°C，煅烧时间为2?14小时； 步骤（3)工艺①的煅烧温度为950?1100°C，煅烧时间为3?14小时；工艺②的干压压力 为8MPa?lOMPa，无压烧结的烧结温度为950?1000°C，烧结时间为3?14小时。
[0011] 2、采用溶胶凝胶法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，将钙离子Ca2+的化合物和含硼 离子B 3+的化合物分别用稀硝酸溶解，混合后得到A溶液；按体积比，将含硅离子Si4+的化 合物：无水乙醇：去离子水为1:1:2,混合后得到B溶液；所述的含有钙离子Ca 2+的化合物为 硫酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硝酸钙、草酸钙中的一种；所述的含有硅离子Si4+的化 合物为正硅酸乙酯；所述的含有硼离子B 3+的化合物为三氧化二硼、硼酸、硼酸三丁酯中的 一种； (2) 将步骤（1)得到的A和B溶液混合，搅拌，用硝酸调节pH为2?3,再经搅拌、陈 化、干燥，得到前驱体；陈化温度为30?80°C，陈化时间为24?96小时，干燥温度为70? 100。。； (3) 将步骤（2)所得到的前驱体研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧1? 2次，煅烧温度为300?750°C，煅烧时间为4?16小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (4) 将步骤（3)所得到的产物按如下工艺①或②中的一种制备得到硼硅酸钙生物材 料： ① 在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750?1000°C，煅烧时间为6?16小时，自然冷却 后研磨得到Ca2SiB 207粉末； ② 干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为750?1000°C，烧结时间为6?16 小时，自然冷却后得到Ca2SiB 207块体。
[0012] 在溶胶凝胶法中，步骤（2)所述的陈化温度为40?80°C，陈化时间为48?96小 时，干燥温度为80?100°C;步骤（3)的预煅烧温度为350?750°C，煅烧时间为5?15小 时；步骤⑷工艺①的煅烧温度为800?1000°C，煅烧时间为7?15小时，工艺②的干压 压力为8MPa?lOMPa，烧结温度为800?950°C，烧结时间为7?15小时。
[0013] 3、采用共沉淀法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，将钙离子Ca2+的化合物和含硼 离子B 3+的化合物分别用稀硝酸溶解后再混合，加入乙醇，搅拌； (2) 将步骤（1)称取的含硅离子Si4+的化合物加入到步骤（1)得到的溶液中，搅拌；滴 加氨水，调节PH范围在8?10,得到沉淀物，反应沉淀物经分离、洗涤、干燥后，得到前驱 体； (3) 将步骤（2)所得到的前驱体研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧1? 2次，煅烧温度为300?750°C，煅烧时间为5?16小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (4) 将步骤（3)所得到的产物按如下工艺①或②中的一种制备得到硼硅酸钙生物材 料： ① 在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750?1000°C，煅烧时间为7?16小时，自然冷却 后研磨得到Ca2SiB 207粉末； ② 干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为750?1000°C，烧结时间为6?16 小时，自然冷却后得到Ca2SiB 207块体。
[0014] 所述的含有钙离子Ca2+的化合物为硫酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硝酸钙、草 酸钙中的一种；所述的含有硅离子Si 4+的化合物为正硅酸乙酯；所述的含有硼离子B3+的化 合物为三氧化二硼、硼酸、硼酸三丁酯中的一种。
[0015] 在共沉淀法中，步骤（3)的预煅烧温度为350?700°C，煅烧时间为6?15小时； 步骤⑷工艺①的煅烧温度为750?950°C，煅烧时间为8?15小时，工艺?的干压压力 为8MPa?lOMPa，烧结温度为800?900°C，烧结时间为8?15小时。
[0016] 本发明技术方案还包括所述的硼硅酸钙生物材料的应用，将其用作骨组织的修 复、填充以及齿科修复材料。
[0017] 将本发明制备的硼硅酸钙Ca2SiB207陶瓷粉末或块体(包括粉末体）进行生物活性 评价，通过模拟体液浸泡1天?7天，观察浸泡一段时间后表面形貌的变化，判断硼硅酸钙 陶瓷表面是否有类骨磷灰石层形成，用于评价其生物活性。试验方法为：每一克的硼硅酸钙 粉体加入模拟体液100毫升，对于硼硅酸钙陶瓷片，模拟体液的加入量和硼硅酸钙陶瓷片 的表面积之间的比例为20毫升/1平方厘米。将浸泡了不同时间段的硼硅酸钙陶瓷从模拟 体液中取出，用去离子水轻轻清洗表面，然后70°C下干燥2?4小时，用SEM观察表面形貌 的变化。模拟体液含有与人体血浆相近的离子及离子团浓度。其组成参见表1: 表1
【权利要求】
1. 一种硼硅酸钙生物材料，其特征在于：它的化学式为Ca2SiB20 7。
2. -种如权利要求1所述的Ca2SiB207硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于采用 高温固相法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，研磨并混合均匀； (2) 将步骤（1)得到的混合物在空气气氛下预煅烧1?2次，预煅烧温度为300? 900°C，煅烧时间为1?15小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (3) 将步骤（2)得到的产物按如下工艺①或②中的一种制备得到硼硅酸钙生物材料： ① 在空气气氛中煅烧，煅烧温度为900?1KKTC，煅烧时间为2?15小时，自然冷却， 再经研磨、混合均匀后，得到Ca2SiB 207粉末； ② 干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为900?1KKTC，烧结时间为2?15 小时，自然冷却后，得到Ca2SiB 207块体。
3. 根据权利要求2所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于：所述的含有钙 离子Ca2+的化合物为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙、草酸钙中的一种；所述的 含有硅离子Si 4+的化合物为二氧化硅和硅酸中的一种；所述的含有硼离子B3+的化合物为 三氧化二硼或硼酸中的一种。
4. 根据权利要求2所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2)的预 煅烧温度为350?900°C，煅烧时间为2?14小时；步骤（3)工艺①的煅烧温度为950? 1100°C，煅烧时间为3?14小时；工艺②的干压压力为8MPa?lOMPa，无压烧结的烧结温 度为950?1000°C，烧结时间为3?14小时。
5. -种如权利要求1所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于采用溶胶凝胶 法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，将钙离子Ca2+的化合物和含硼 离子B 3+的化合物分别用稀硝酸溶解，混合后得到A溶液；按体积比，将含硅离子Si4+的化 合物：无水乙醇：去离子水为1:1:2,混合后得到B溶液；所述的含有钙离子Ca 2+的化合物为 硫酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硝酸钙、草酸钙中的一种；所述的含有硅离子Si4+的化 合物为正硅酸乙酯；所述的含有硼离子B 3+的化合物为三氧化二硼、硼酸、硼酸三丁酯中的 一种； (2) 将步骤（1)得到的A和B溶液混合，搅拌，用硝酸调节pH为2?3,再经搅拌、陈 化、干燥，得到前驱体；陈化温度为30?80°C，陈化时间为24?96小时，干燥温度为70? 100。。； (3) 将步骤（2)所得到的前驱体研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧1? 2次，煅烧温度为300?750°C，煅烧时间为4?16小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (4) 将步骤（3)所得到的产物按如下工艺①或②中的一种制备得到硼硅酸钙生物材 料： ①在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750?1000°C，煅烧时间为6?16小时，自然冷却后 研磨得到Ca2SiB207粉末； ②干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为750?1000°C，烧结时间为6?16 小时，自然冷却后得到Ca2SiB207块体。
6. 根据权利要求5所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于：步骤（2)所述 的陈化温度为40?80°C，陈化时间为48?96小时，干燥温度为80?100°C ;步骤（3)的 预煅烧温度为350?750°C，煅烧时间为5?15小时；步骤（4)工艺①的煅烧温度为800? 1000°C，煅烧时间为7?15小时，工艺②的干压压力为8MPa?lOMPa，烧结温度为800? 950°C，烧结时间为7?15小时。
7. -种如权利要求1所述的Ca2SiB207硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于采用 共沉淀法，包括以下步骤： (1) 以含钙离子Ca2+的化合物、含硅离子Si4+的化合物和含硼离子B3+的化合物为原 料，按通式Ca 2SiB207中对应元素的化学计量比称取各原料，将钙离子Ca2+的化合物和含硼 离子B 3+的化合物分别用稀硝酸溶解后再混合，加入乙醇，搅拌； (2) 将步骤（1)称取的含硅离子Si4+的化合物加入到步骤（1)得到的溶液中，搅拌；滴 加氨水，调节PH范围在8?10,得到沉淀物，反应沉淀物经分离、洗涤、干燥后，得到前驱 体； (3) 将步骤（2)所得到的前驱体研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧1? 2次，煅烧温度为300?750°C，煅烧时间为5?16小时，自然冷却后，研磨并混合均匀； (4) 将步骤（3)所得到的产物按如下工艺①或②中的一种制备得到硼硅酸钙生物材 料： ① 在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750?1000°C，煅烧时间为7?16小时，自然冷却后 研磨得到Ca2SiB 207粉末； ② 干压成型，制成素坯，再经无压烧结，烧结温度为750?1000°C，烧结时间为6?16 小时，自然冷却后得到Ca2SiB 207块体。
8. 根据权利要求7所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于：所述的含有钙 离子Ca2+的化合物为硫酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、硝酸钙、草酸钙中的一种；所述的 含有硅离子Si 4+的化合物为正硅酸乙酯；所述的含有硼离子B3+的化合物为三氧化二硼、硼 酸、硼酸三丁酯中的一种。
9. 根据权利要求7所述的硼硅酸钙生物材料的制备方法，其特征在于：步骤（3)的预 煅烧温度为350?700°C，煅烧时间为6?15小时；步骤（4)工艺①的煅烧温度为750? 950°C，煅烧时间为8?15小时，工艺②的干压压力为8MPa?lOMPa，烧结温度为800? 900°C，烧结时间为8?15小时。
10. 权利要求1所述的硼硅酸钙生物材料的应用，其特征在于用作骨组织的修复、填充 以及齿科修复材料。
【文档编号】A61K6/027GK104058730SQ201410304277
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】黄彦林, 祁淑云 申请人:苏州大学