[发明专利]一种新型的多功能介孔生物活性玻璃支架及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及组织工程领域和材料学领域，具体地涉及一种用于骨修复的多功能介孔生物活性玻璃及其骨组织工程支架。

背景技术

骨组织工程是利用工程和生命科学的原理和方法再生新的骨组织，以修复和替代病变或缺损骨组织，或增进其功能的技术。

在生物材料支架上种植细胞，经过体内或体外培养活体组织，随后将它们植入缺损或病变的部位，以修复缺损或病变骨组织。这是采用组织工程的方法构建新的骨组织，或恢复病变骨组织功能的途径之一。

治疗骨缺损，尤其是由于创伤、感染、肿瘤或遗传性畸形所引起的大段骨缺损仍然是临床治疗中的一个重大的挑战。为了解决这些问题，多孔生物活性支架已被广泛用于修复骨缺损。为了更好的修复大段骨缺损，生物活性支架材料不仅要具备骨传导性(引导的新骨生长)，同时能够促进新骨形成及血管生成。此外，在骨外科重建手术种，常常也伴随着由细菌感染而引起的骨髓炎。

为了更好地治疗大段骨缺损，理想的生物活性多孔支架应具备成骨促进性、诱导成血管化以及抗感染的多功能相结合。然而，据我们所知，目前的生物活性的多孔支架材料很少具有“真正的”多功能特性。因此，如何开发具有多功能特性的生物活性多孔支架材料仍然是一个重大的挑战。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种成骨促进性、诱导成血管化以及抗感染的多功能相结合，同时保持良好物理性能的多孔支架。

本发明的第二目的在于获得一种成骨促进性、诱导成血管化以及抗感染的多功能相结合，同时保持良好物理性能的多孔支架的制备方法。

本发明的第三目的在于获得一种成骨促进性、诱导成血管化以及抗感染的多功能相结合，同时保持良好物理性能的骨移植物。

本发明的第四目的在于获得一种多孔生物玻璃支架的用途，其具有成骨促进性、诱导成血管化以及抗感染的多功能组合，同时保持良好物理性能。

在本发明的第一方面，提供了一种多功能介孔生物活性玻璃支架，

所述生物活性玻璃支架为无定型玻璃结构，并且90%～99.999%的大孔都是互相连通的；

所述生物活性玻璃支架还含有1～15摩尔%的铜，以所述无定型玻璃结构中的CuO-CaO-P₂O₅-SiO₂的总物质的量计算。

在一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架的孔隙率不低于85%。

在一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架的介孔孔分布是2～9nm，优选5±1nm。

在一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架的药物释放可维持3-10天，优选7±1天。

在一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架的抗菌效率可达70-90%，优选90%。

在本发明的一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架的比表面为300～450m²/g，优选330±10m²/g。

在本发明的一个具体实施方式中，所述生物活性玻璃支架是采用含有如下步骤的方法制备的：

(a)采用溶胶-凝胶法提供溶胶溶液；

所述溶胶溶液含有6～10重量份的介孔模板剂，10～15重量份的硅原料，1～2重量份的磷酸三烷基酯和钙盐，所述磷酸烷基酯和钙盐之间为化学计量比；其中还含有1～15摩尔%的铜，所述铜以CuO-CaO-P₂O₅-SiO₂的总物质的量计；

(b)用所述溶胶溶液浸渍或是涂覆成孔模板，所述的成孔模板可煅烧去除，得到生物活性玻璃支架的坯体；

(c)所述步骤(b)的生物活性玻璃支架的坯体在600～700°C煅烧，去除所述成孔模板，得到烧结的生物活性玻璃支架。

在一个具体实施方式中，包括如下步骤：

采用正硅酸乙酯为Si源原材料，并调整与乙醇溶剂和介孔模板剂P123的比例；

采用盐酸调节溶液的pH值、搅拌、充分水解正硅酸乙酯；

依次加入化学计量比的磷酸三乙酯、硝酸钙和不同含量的氯化铜、搅拌；

采用聚亚胺脂海绵为泡沫模板，将上面制备的溶胶溶液涂覆在泡沫孔壁上；

反复涂覆不同的次数、干燥；

在一定温度下煅烧干凝胶，制备出含铜的介孔生物活性玻璃支架；

对制备的含铜的介孔生物活性玻璃支架的介孔/大孔结构、比表面、孔容、成血管化潜力、成骨性能、药物传输性和抗菌性能进行系统的研究。