凝胶浇注制备多孔玻璃和玻璃陶瓷颗粒结构制造技术

本发明专利技术公开了用作组织移植替代材料的多孔、具有生物活性的玻璃和玻璃陶瓷颗粒或微丸及其制备方法，其中所述具有生物活性的玻璃和玻璃陶瓷颗粒或微丸由天然试剂如磷酸盐、钙、钠和其他与人或动物身体相容的元素制成。所述制备方法包括淬火、烧结、发泡和溶胶‑凝胶浇铸等各种步骤，使玻璃颗粒或微丸具有独特的生物活性和较高的孔隙率，从而有助于组织移植置换过程中的组织修复和增强。

Preparation of porous glass and glass ceramic particle structure by gel casting

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】凝胶浇注制备多孔玻璃和玻璃陶瓷颗粒结构相关申请的交叉引用及优先权本申请要求2017年3月16日提交的、申请号为201721009050的临时专利的优先权。
本专利技术涉及医学、生物技术和生物工程领域，尤其涉及用于组织增强和再生的材料的制备方法。本专利技术具体涉及由多孔、具有生物活性的玻璃颗粒组成的无菌、多孔、有生物活性和生物相容性的材料及其制备方法。
技术介绍
骨是人类仅次于血液的第二大植入组织或生物材料。人体骨移植材料的来源主要限于患者自身的骨骼(自体)或保存在骨库中的有限供应的人源骨骼(同种异体)。骨移植材料也由非人类来源如牛和猪的骨组织(异种移植)产生。同种异体或异种异体移植是一种生物支架，其是由层粘连蛋白、纤维连接蛋白、弹性蛋白和胶原蛋白组成的哺乳动物细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)。同种异体移植是在同一物种的基因上不一致的个体之间进行的组织移植。异种移植物是从一个物种转移到另一个物种的组织移植。同种移植和异种移植的主要区别在于组织来源、来源种类和处理方法。自体移植、同种异体移植和异种移植都有许多缺点。在自体移植的情况下，有必要进行额外的手术来获取病人的骨头，这增加了整体治疗成本。此外，收割部位(通常是髂骨)的骨丢失与收割部位的长期发病率和疼痛有关。此外，如果患者出现骨关节炎等退行性疾病，可能无法获得足够数量的健康骨骼。除了因供者骨组织处理不当而引起疾病传播的风险外，同种异体移植还有一个很大的局限性，即大规模的可利用性。在异种移植的情况下，组织来源通常是像猪这样寿命较短的动物，因此移植组织比其他人体组织老化更快。此外，由于移植是通过抑制免疫反应机制来进行的，因此有可能传播疾病(人畜共患病)，如牛海绵状脑病或猪内源性逆转录病毒。一种理想的人工骨移植材料是可吸收的，即通过正常的骨再生和重塑，逐渐分解并不断地被新的天然骨取代。该材料应具有多孔性和骨引导性，以便由骨细胞填充。合成骨移植材料的物理性质应与天然骨一致，以提供机械支持，同时参与骨重塑和骨生长内源性控制机制所需的局部应力的适当传递。在牙科和医学实践中，几种不同的陶瓷和玻璃材料用于骨移植和其他假体应用。这些物质主要含有存在于骨骼和牙齿的矿化组织中的钙元素和磷元素，以及易于使用的惰性物质，如硅。然而，这些假体存在着各种缺陷。在现有技术中，硫酸钙或熟石膏(CaSO4.2H2O)粉末是一种传统上常用的骨缺损填充物，它与水混合并置于骨缺损中，然后硬化。然而，它在刺激骨骼正常愈合中的作用及其体内再吸收率是高度不可预测的。在现有技术中，另一种迄今为止流行的替代品是牛骨，去除了其中的有机成分以留下磷酸钙矿物粉末，基本上是磷灰石，Ca5(PO4，CO3)3(OH)，其使用方式类似于与水混合的糊状物。然而，它的缺点是，颗粒可能从植入部位迁移和冲出。此外，不能排除因此类骨加工不当而导致疾病传播的风险。在现有技术中，合成骨替代材料通常由羟基磷灰石或羟基磷灰石和磷酸三钙(Ca3(PO4)2)的组合制成。然而，该材料的熔点较低，因此不能在高温下通过烧结进行加工，这会影响其功效和强度。此外，其体内再吸收率可能不适用于所有植入部位，因为身体不同部位的骨组织具有不同的再生和重塑特征。在现有技术中，仅由玻璃和玻璃陶瓷制成的商用骨移植替代物是以二氧化硅作为最大组分的玻璃。然而，二氧化硅并不是人体的一部分，因此，体内二氧化硅积聚的长期影响尚不清楚。在组织植入技术中需要合适的多孔、具有生物活性和生物相容性的材料的合成来源。因此，具有内在多孔性并有助于周围组织和/或缺失组织的粘附、生长、再生和愈合的材料具有重大意义，并可解决长期迫切的需求。
技术实现思路
本
技术实现思路
旨在介绍与多孔、具有生物活性和生物相容性的材料的研发有关的方面及其作为替代物的方法，尤其用于填充空隙、间隙和空腔，以确保周围和/或缺失的组织的粘附、生长、再生和愈合。然而，该
技术实现思路
并不旨在披露本专利技术的基本特征，也不旨在确定、限制或限制本专利技术的范围。根据本专利技术的一个方面，公开了多孔且具有生物活性和生物相容性的、含有颗粒或微丸的、用作组织移植替代的材料的特征及其制备方法，其中，颗粒或微丸的所述成分可含有具有更高孔隙率的玻璃和玻璃陶瓷粒子，其中所述材料优选用于骨移植技术中。根据本专利技术的一个方面，公开了用于多孔、具有生物活性和生物相容性的材料的组合物的特征，所述组合物包含混合物，所述混合物包含磷化合物、钙化合物和钠化合物，以及至少一种其他化合物，所述化合物为选自钛、硼、钾、镁、锶、铁、铜、铝、锌、银、镓和钴中的一种元素的氧化物，使得所述材料包含平均粒径在200μm到2500μm范围内且孔径在10μm到300μm范围内的颗粒。根据本专利技术的一个方面，公开了制备多孔、具有生物活性和生物相容性的材料的方法的特征，其中所述方法可以包括制备混合物的第一步骤，混合物包含磷化合物、钙化合物和钠化合物，以及至少一种其他化合物，化合物为选自钛、硼、钾、镁、锶、铁、铜、铝、锌、银、镓和钴中的一种元素的氧化物，其中所述混合物可以通过加热熔化。该方法包括第二步骤，将所述熔化的混合物在空气或水中淬火一段预定的时间，然后冷却所述混合物以获得冷却的混合物。该方法可包括粉碎和筛选冷却的混合物的第三步骤(103)，以获得包含粒径在5μm到50μm之间的颗粒的粉末，该方法还可包括将第三步骤(103)中所述粉末凝胶化的第四步骤(104)，其中所述凝胶化可以包括向所述粉末添加溶剂、单体、交联剂、分散剂和表面活性剂并机械搅拌以获得泡沫液体，其中可以通过连续机械搅拌将聚合引发剂和催化剂添加到所述泡沫液体中以在预定时间段获得所述混合物的凝胶；其中所述第四步骤(104)还包括在模具中浇铸所述凝胶、切割浇铸的凝胶块和干燥所述凝胶块。该方法可以包括第五步骤(105)，通过均匀地升高温度以达到第一预定温度阈值并进一步达到第二预定温度阈值以烧结步骤四的所述干燥凝胶块，并且还可以包括在预定的时间段内将温度保持在所述第一和第二温度阈值，然后将混合物冷却至室温。该方法可包括第六步骤(106)即最后一步骤，粉碎，然后筛选第五步骤的所述混合物，以获得粒径在200μm到2500μm范围内的多孔、具有生物活性和生物相容性的材料。根据本专利技术的一个方面，公开了多孔、具有生物活性和生物相容性材料的特征，其中磷化合物优选为具有通式P2O5的磷氧化物，并且以在40％到60％的摩尔百分比加入，并且其中钠化合物优选为具有通式Na2O的钠的氧化物或具有通式NaH2PO4的钠的磷酸盐，或是具有通式Na2CO3的钠的碳酸盐，并且以1％到10％的摩尔百分比添加，其中钙化合物优选为具有通式CaO的钙氧化物或具有通式CaCO3的钙碳酸盐，以30％到50％的摩尔百分比添加，其中至少一种其他化合物优选为具有通式TiO2的钛氧化物，并且以1％到10％的摩尔百分比添加。根据本专利技术的一个方面，公开了多孔、具有生物活性和生物相容性的材料的特征，其中所述材料不会改变周围环境的pH以损害活组织，并且其中所述材料对细胞增殖无害，并且所述材料与所述生物相容性材料具有相同的性质。并且其中所述材料包含体积密度约为0.487g/ml的颗粒。根据本专利技术的一个方面，公开了多孔、具有生物活性和生物相容性材料的特征，其中当与MG-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔、具有生物活性和生物相容性材料的方法，所述方法包括：a.第一步骤(101)，制备混合物，所述混合物包括磷化合物、钙化合物和钠化合物，以及至少一种其他化合物，所述其他化合物是选自包括钛、硼、钾、镁、锶、铁、铜、铝、锌、硅、镓和钴中的一种元素的氧化物，其中所述混合物通过加热熔化，b.第二步骤(102)，将所述熔化的混合物在空气或水中淬火，然后冷却所述混合物以获得冷却的混合物，c.第三步骤(103)，粉碎和筛选冷却的混合物，以获得包含粒径在5μm至50μm范围内的颗粒的粉末，d.第四步骤(104)，将第三步骤的所述粉末的凝胶化，其中所述凝胶化包括向所述粉末中添加溶剂、单体、交联剂、分散剂和表面活性剂，并机械搅拌以获得泡沫液体，并且在连续机械搅拌下将聚合引发剂和催化剂加入到所述泡沫液体中以获得所述混合物的凝胶，其中所述第四步骤(104)还包括在模具中浇注所述凝胶，切割所述浇注的凝胶的块并干燥所述块，e.第五步骤(105)，烧结第四步骤的干燥凝胶块，通过均匀地升高温度以达到第一温度阈值，并进一步达到第二温度阈值，并且还包括将温度保持在所述第一和第二温度阈值达预定时间段后将混合物冷却至室温，以及f.第六步骤(106)，粉碎，然后筛选第五步骤的所述混合物，以获得粒径在200μm到2500μm之间的多孔、具有生物活性和生物相容性的材料。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.16 IN 2017210090501.一种制备多孔、具有生物活性和生物相容性材料的方法，所述方法包括：a.第一步骤(101)，制备混合物，所述混合物包括磷化合物、钙化合物和钠化合物，以及至少一种其他化合物，所述其他化合物是选自包括钛、硼、钾、镁、锶、铁、铜、铝、锌、硅、镓和钴中的一种元素的氧化物，其中所述混合物通过加热熔化，b.第二步骤(102)，将所述熔化的混合物在空气或水中淬火，然后冷却所述混合物以获得冷却的混合物，c.第三步骤(103)，粉碎和筛选冷却的混合物，以获得包含粒径在5μm至50μm范围内的颗粒的粉末，d.第四步骤(104)，将第三步骤的所述粉末的凝胶化，其中所述凝胶化包括向所述粉末中添加溶剂、单体、交联剂、分散剂和表面活性剂，并机械搅拌以获得泡沫液体，并且在连续机械搅拌下将聚合引发剂和催化剂加入到所述泡沫液体中以获得所述混合物的凝胶，其中所述第四步骤(104)还包括在模具中浇注所述凝胶，切割所述浇注的凝胶的块并干燥所述块，e.第五步骤(105)，烧结第四步骤的干燥凝胶块，通过均匀地升高温度以达到第一温度阈值，并进一步达到第二温度阈值，并且还包括将温度保持在所述第一和第二温度阈值达预定时间段后将混合物冷却至室温，以及f.第六步骤(106)，粉碎，然后筛选第五步骤的所述混合物，以获得粒径在200μm到2500μm之间的多孔、具有生物活性和生物相容性的材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述磷化合物优选为具有通式P2O5的磷的氧化物，并且以40％至60％的摩尔百分比添加。3.权利要求1的方法，其中所述钠化合物优选为具有通式Na2O的钠的氧化物或者是具有通式NaH2PO4的钠的磷酸盐或者是具有通式Na2CO3的钠的碳酸盐，并且以1％至10％的摩尔百分比添加。4.根据权利要求1所述的方法，其中该钙化合物较佳为具有通式CaO的钙的氧化物或具有通式CaCO3的钙的碳酸盐，并且以30％至50％的摩尔百分比添加。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种其他化合物优选为具有通式TiO2的钛的氧化物，并且以1％到10％的摩尔百分比添加。6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤1的混合物的所述加热温度在1100摄氏度到1500摄氏度的范围内，持续时间为60分钟到300分钟。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法的第二步骤中所述熔化的混合物的淬火是通过在优选接近室温的温度下浇注到钢板上进行的，或者是通过倒入含有水的金属容器中进行的，并且其中第二步骤中所述的冷却时间最多为30分钟。8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4的所述溶剂优选包含15ml至20ml的水，并且其中所述单体优选包含具有通式C4H7NO的甲基丙烯酰胺并且以4g至8g的量添加，优选地，所述交联剂包含加入量为2g到4g的双丙烯酰胺的亚甲基衍生物，并且其中所述分散剂优选包含以50μl到500μl的量添加的铵的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼拉伊贾扬特·拉克加，阿莫瓦苏德奥·乔杜里，
申请(专利权)人：尼拉伊贾扬特·拉克加，阿莫瓦苏德奥·乔杜里，
类型：发明
国别省市：印度,IN