[发明专利]纳米生物玻璃/高分子三维多孔材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，生物材料领域、无机非金属材料领域、无机金属材料领域和有机物材料领域，具体为一种掺杂稀土元素的微球状纳米级生物玻璃三维多孔复合材料及其制备方法。

技术背景

严重的骨创伤或骨肿瘤切除术后往往会遗留或大或小的骨缺损，临床医生需要应用各种骨修复材料对其进行填补、修复。虽然自体骨移植向来是修复骨缺损“金标准”，但其存在增加创伤、骨量受限、供区并发症等缺点，而异体骨移植也因为可能传播疾病、发生免疫排斥反应而影响了广泛应用。自1960年制备出生物玻璃以来，生物玻璃凭借自身良好的生物相容性和生物降解性和对于缺损骨良好的再生能力，在过去的40多年中，生物玻璃引起了广大研究者的兴趣。熔融法生物玻璃是第一代生物玻璃，其产品已经在整形外科和牙科等临床中得到很好的应用，已经取得了良好的治疗效果。但是熔融法自身存在一些不容忽视的缺点，比如高温熔融工艺能耗较大，研磨过筛进一步导致有害杂质掺杂且导致颗粒形貌不规则、粒度不均匀等现象。

为了解决传统生物活性玻璃结构、形态不可控等问题，模板自组装技术结合溶胶凝胶制备生物玻璃是一种新型的制备生物玻璃的方法。溶胶凝胶生物玻璃是一类新型的医用生物活性材料，可以用于制备骨修复材料及骨组织工程支架。溶胶凝胶发生物玻璃突破了传统制备生物玻璃的缺点，能够使生物玻璃中SiO₂在生物玻璃组分含量提高至90％，这也促使生物玻璃有更广的应用范围。相比于熔融法制备的生物玻璃，溶胶凝胶法制备的生物玻璃具有纳米结构，从而使生物玻璃具有更大的比表面积和更高的生物活性。但是目前大多数的研究人员利用溶胶凝胶法在制备生物玻璃时，主要是在酸性条件下制备生物玻璃。相比与酸性条件制备生物玻璃，碱性条件下，溶胶凝胶生物玻璃可以很好的控制生物玻璃的形貌。但是，制备的纳米级的生物玻璃粉末难以直接应用于骨修复方便，如何固定生物玻璃粉末，让生物玻璃粉末在进行骨修复，也是一个比较困难的问题。

中国专利申请105541086A，公开了一种制备多孔生物玻璃支架的方法，制备了一种孔隙率高、贯通性好、孔径可控的生物玻璃支架方法。

中国专利申请CN106267374A，公开了一种生物可吸收的三维打印含锶介孔生物玻璃支架，提供了一种生物可吸收的三维打印含锶介孔生物玻璃支架及其制备方法，该生物可吸收的三维打印含锶介孔生物玻璃支架可应用于针对骨缺损的修复及治疗，具有良好的生物相容性、有较好的促进成骨的能力并且可被生物机体吸收降解。

目前大多数研究人员制备生物玻璃时，主要是通过掺杂少量的微量元素来提高生物玻璃的生物活性。例如，在生物玻璃中掺杂Sr、Zn、Mg和Si等微量元素，它们对细胞的增殖、骨矿化和提高骨强度等发挥着重要的作用。稀土离子虽然不是一种生命必需金属元素，但近年来随着稀土在工农业、医药方面的大量应用，稀土已经越来越多的引起了众多研究者的广泛关注。很多文献已经报道，稀土离子对于细胞具有“低促高抑”的作用，即稀土离子在低浓度下，变现为对正常细胞的促进作用，稀土离子在高浓度下，变现为对正常细胞的一直作用。

目前多孔支架材料的常见的制备方法有添加造孔剂法、发泡法、有泡沫浸渍法等，本发明采用冷冻干燥法来制备一种掺杂稀土元素的微球状纳米级生物玻璃三维多孔复合材料，这种制备方法简单，易于操作，而且制备的三维多孔复合材料，孔隙率高，贯通性好。

基于此，本发明利用冷冻干燥来制备一种掺杂稀土元素的微球状纳米级生物玻璃多孔复合材料，这种材料具有较高的生物相同性，可用于针对骨缺损修复，在成骨能力方面有较出色的作用，有望成为骨修复的理想支架材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂稀土元素的微球状纳米级生物玻璃/高分子多孔复合材料，该材料具有较高的空隙率，而且贯通性好，可用于骨修复。

本发明的另一个目的是提供上述掺杂稀土元素的微球状纳米级生物玻璃/高分子多孔复合材料的制备方法，该制备工艺不仅简单而且制备周期短，生产成本低。

本发明将上述物生物玻璃支架材料应用于骨修复领域。

本发明的技术方案为：一种纳米生物玻璃/高分子三维多孔材料，具有三维多孔结构，其大孔径为5～500μm，孔隙率40％～90％；以生物活性高分子为支架，以掺杂稀土元素的多孔微球状纳米生物玻璃为填充材料。