本發(fā)明涉及新材料，具體涉及一種生物玻璃和生物玻璃支架及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、生物活性玻璃是一種合成生物材料，由于成分中的部分物質(zhì)可轉(zhuǎn)化成骨組織的無(wú)機(jī)鹽，并具備快速降解性能，使其呈現(xiàn)良好的生物活性及骨修復(fù)性能，是用于骨組織修復(fù)的良好材料。為了使生物玻璃呈現(xiàn)較好的生物學(xué)性能，通常將其制備成多孔支架，以保證該材料在生物體內(nèi)的代謝與轉(zhuǎn)化。目前常見(jiàn)的制備生物玻璃多孔支架的方式包括pu海綿灌漿發(fā)、3d打印等工藝。但常規(guī)的pu灌漿法難以保證孔道的完全連通及工序復(fù)雜；相較于此，3d打印生物玻璃支架可以獲得較為優(yōu)良的孔道連通，但仍存在工序復(fù)雜的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種便于用作3d打印及3d打印中粘合其他無(wú)機(jī)生物材料的生物玻璃尤為必要。

2、目前的3d打印生物玻璃支架包括生物玻璃合成→干燥→燒結(jié)→粉碎→分散于成型劑中→3d打印→干燥→再燒結(jié)去除成型劑，工藝過(guò)程繁瑣；同時(shí)，對(duì)于一些做生物玻璃涂層的支架也需要先將生物玻璃分散于成型劑中涂敷到支架表面后，經(jīng)干燥燒結(jié)，過(guò)程同樣較為復(fù)雜。因此，開(kāi)發(fā)新型可光交聯(lián)sio2-cao-p2o5生物玻璃是當(dāng)今研究急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明第一方面提供一種光固化生物玻璃前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2、1)將sio2前驅(qū)體、cao前驅(qū)體和p2o5前驅(qū)體溶解于溶劑中，得到第一溶液；

3、2)在步驟1)所得的第一溶液中加入酸進(jìn)行反應(yīng)，得到第二溶液；

4、3)將步驟2)得到的第二溶液去除溶劑，得到光固化生物玻璃前驅(qū)體。

5、優(yōu)選地，所述步驟1)中，還包括模板劑，將所述模板劑溶解于溶劑中。

6、優(yōu)選地，所述模板劑選自f127、f108、p123、p105、泊洛沙姆338中的一種或幾種。

7、f127也被稱為poloxamer?407，即polyethylene-polypropylene?glycol，是一種聚氧乙烯聚氧丙烯醚三嵌段共聚物，中文名為泊洛沙姆、聚醚或聚氧乙烯聚氧丙烯醚，分子式為h(c2h4o)x(c3h6o)y(c2h4o)zoh，是一種新型的高分子非離子型表面活性劑，常用于增強(qiáng)染料的水溶性，提高脂溶性染料的細(xì)胞通透性。此外，pluronic?f-127也常用于分離膜蛋白、處理材料表面以改變其特性，例如降低材料表面的蛋白或細(xì)胞的非特異性吸附等。

8、f108為淡黃色透明液體，微酸性，水中能形成乳膠，用于油黑、油漆、涂料中顏料、填料的分散、縮短研磨時(shí)間，防止顏料、填料粒子的凝聚泛粗，兼有防沉作用。自身能電離成多種結(jié)構(gòu)的帶電基團(tuán)，以改進(jìn)顏料的潤(rùn)濕性，防止涂料中顏料、填料沉底而發(fā)生凝聚，有利于再分散。

9、p123(aldrich，eo20po70eo20，ma＝5800)是一種非離子表面活性劑，可以在sba-15的合成中作為模版劑使用。

10、p105表面活性劑是一種聚環(huán)氧乙烷(peo)-聚環(huán)氧丙烷(ppo)-聚環(huán)氧乙烷(peo)共聚物。它有兩個(gè)與中心疏水基團(tuán)相連的親水基團(tuán)，該中心疏水基團(tuán)在水溶液中可自組裝為膠束簇。

11、泊洛沙姆是一種新型的高分子乳化劑，由聚氧乙烯與聚氧丙烯的共聚物。泊洛沙姆338具有親水性，可作水包油型(o/w)乳化劑、表面活性劑---油性成分以細(xì)小液珠的形式均勻分散在水中，形成乳液或懸浮液。

12、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

13、11)步驟1)中，所述sio2前驅(qū)體包括硅酸源和帶有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑；

14、12)步驟1)中，所述cao前驅(qū)體選自ca(no3)2.4h2o、cacl2、caco3、(ch3coo)2ca·h2o中的一種或者多種；

15、13)步驟1)中，所述p2o5前驅(qū)體選自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、(nh4)2hpo4的一種或幾種；

16、14)步驟1)中，所述溶劑選自乙醇、甲醇、丙酮、二甲基亞砜、異丙醇中的一種或者多種；

17、15)步驟1)中，所述sio2前驅(qū)體、cao前驅(qū)體和p2o5前驅(qū)體的摩爾比為(2.40-5.75):(0.21-1.70):(0.10-0.44)；

18、16)步驟1)中，所述溶劑與所述sio2前驅(qū)體的摩爾比為20-60，例如可以是10-30，30-40，40-50，50-60.

19、21)步驟2)中，所述酸選自鹽酸、硝酸、甲酸、乙酸中的一種或幾種；加入酸是為了促進(jìn)硅酸四乙酯和硅烷偶聯(lián)劑水解。

20、22)步驟2)中，所述加入酸至ph＜2；以使得硅酸四乙酯和硅烷偶聯(lián)劑水解并發(fā)生接枝。

21、23)步驟2)中，所述反應(yīng)的溫度為30-80℃，以便提高反應(yīng)速度的同時(shí)避免雙鍵交聯(lián)，例如，可以是30-40℃，40-50℃，50-60℃，60-70℃，70-80℃。

22、24)步驟2)中，所述反應(yīng)的時(shí)間為24-48h，一是為了讓硅酸四乙酯水解完全，二是讓硅烷偶聯(lián)劑接枝充分，例如可以是24-30h，30-36h，36-42h，42-48h。

23、25)步驟2)中，所述反應(yīng)在惰性氣體中進(jìn)行，用惰性氣體將反應(yīng)體系置于惰性氣體環(huán)境中，可以減少生物玻璃表面的氧化和降低氧氣對(duì)生物玻璃性質(zhì)的影響。

24、31)步驟3)中，所述去除溶劑的方法為旋蒸；

25、32)步驟3)中，所述去除的溶劑為總?cè)軇┵|(zhì)量的80-90％；

26、33)步驟3)中，所述生物玻璃前驅(qū)體的保存溫度＜20℃，保存溫度較低是為了降低雙鍵反應(yīng)活性，避光是避免雙鍵交聯(lián)。

27、34)步驟3)中，所述生物玻璃前驅(qū)體在避光環(huán)境中保存。

28、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

29、111)特征11)中，所述硅酸源選自正硅酸四乙酯、硅酸甲指、硅酸乙酯、硅酸鈉中的一種或者多種；

30、112)特征11)中，所述帶有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑選自3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、o-(乙烯氧基丁基)-n-(三乙氧基硅基丙基)脲烷、5-己烯基三甲氧基硅烷中的一種或者多種，所述的sio2前驅(qū)體中的硅酸源和帶有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑可以發(fā)生枝嫁。

31、例如：正硅酸四乙酯與3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅接枝的枝嫁過(guò)程如圖13所示。

32、113)特征11)中，所述硅酸類物質(zhì)和帶有雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑的摩爾比為9/1-1/9；其總摩爾量符合權(quán)利3中所述的sio2-cao-p2o5前驅(qū)體的摩爾比；

33、141)特征14)中，所述溶劑為無(wú)水乙醇；

34、151)特征15)中，所述sio2前驅(qū)體、cao前驅(qū)體和p2o5前驅(qū)體的質(zhì)量比為(5-12):(0.5-4):(0.2-0.8)；

35、231)特征23)中，所述反應(yīng)的溫度為30-45℃，例如，可以是30-35℃，35-40℃，40-45℃。

36、251)特征25)中，所述惰性氣體選自氮?dú)饣蛘邭鍤猓?/p>

37、321)步驟31)中，所述旋蒸的溫度＜50℃，優(yōu)選地，所述旋蒸的溫度為30-50℃，因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)破壞接枝上去的雙鍵，導(dǎo)致光固化失效，例如可以是30-35℃，35-40℃，40-45℃，45-50℃。

38、本發(fā)明第二方面提供一種光固化生物玻璃前驅(qū)體，采用上述的光固化生物玻璃前驅(qū)體的制備方法制備。

39、本發(fā)明第三方面提供一種光固化生物玻璃漿料的制備方法，包括將上述的光固化生物玻璃前驅(qū)體與鈣磷鹽混合。

40、在生物玻璃前驅(qū)體中，引入磷酸鈣鹽，在燒結(jié)過(guò)程中，磷酸鈣鹽顆粒的ca2+、p5+等摻雜在生物玻璃前驅(qū)體的si-o四面體中，一是提高力學(xué)強(qiáng)度，二是調(diào)控降解性能，三是顆粒與本體界面結(jié)合良好。

41、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

42、a1)所述光固化生物玻璃前驅(qū)體與所述鈣磷鹽的質(zhì)量比為1-5:9-5；

43、a2)所述鈣磷鹽的制備方法為：將包含可溶性鈣鹽的溶液與包含磷酸鹽的溶液混合，調(diào)節(jié)ph至堿性，進(jìn)行水熱反應(yīng)，洗滌，干燥。

44、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

45、a21)所述可溶性鈣鹽選自硝酸鈣、氯化鈣中的一種或幾種；

46、a22)所述磷酸鹽選自磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀中的一種或者多種；

47、a23)所述包含可溶性鈣鹽的溶液與包含磷酸鹽的溶液的溶劑分別為去離子水；

48、a24)所述可溶性鈣鹽與所述磷酸鹽的摩爾比為1.5/1-1.67/1；

49、a25)所述調(diào)節(jié)ph至堿性以后進(jìn)行攪拌；

50、a26)所述ph為10-13，例如可以是10-11，11-12，12-13。

51、a27)所述調(diào)節(jié)ph的物質(zhì)為氨水、氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或者多種；

52、a28)所述水熱反應(yīng)的溫度為80-200℃；

53、a29)所述水熱反應(yīng)的時(shí)間為10-48h，例如，可以是10-15h，15-20h，20-25h，25-30h，30-35h，35-40h，40-45h，45-48h。

54、本發(fā)明第四方面提供一種光固化生物玻璃漿料，根據(jù)上述的光固化生物玻璃漿料的制備方法制得。

55、本發(fā)明第五方面提供一種光固化生物玻璃支架，包括上述生物玻璃前驅(qū)體或上述的光固化生物玻璃漿料。

56、本發(fā)明第六方面提供一種光固化生物玻璃支架的制備方法，將權(quán)利要求上述生物玻璃前驅(qū)體或上述的光固化生物玻璃漿料通過(guò)3d打印或者填充至其他多孔支架中，干燥、燒結(jié)處理，得到所述光固化生物玻璃支架。

57、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

58、b1)所述3d打印或者填充至其他多孔支架時(shí)，還包括加入光引發(fā)劑并光照；

59、b2)所述干燥的溫度為80-150℃，例如可以是80-90℃，90-100℃，100-110℃，110-120℃，120-130℃，130-140℃，140-150℃.

60、b3)所述燒結(jié)的溫度為400-1000℃；

61、b4)所述燒結(jié)的時(shí)間為2-12h，例如可以是2-4h，4-6h，6-8h，8-10h，10-12h。

62、優(yōu)選地，包括以下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：

63、b11)特征b1)中，所述光引發(fā)劑的添加量與所述生物玻璃前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.01-20；

64、b12)特征b1)中，所述光引發(fā)劑選自i2959、lap的一種或幾種；

65、b13)特征b1)中，所述光照的波長(zhǎng)為360-405nm；

66、b31)特征b3)中，所述燒結(jié)的溫度為400-800℃。

67、引發(fā)劑i2959是一種高效不黃變的紫外光引發(fā)劑，用于引發(fā)不飽和預(yù)聚體系的uv聚合反應(yīng)，特別適用于要求低氣味、水性的丙烯酸酯和不飽和聚酯類樹(shù)脂。光引發(fā)劑2959分子中chemicalbook的活性羥基可以使它很容易與不飽和樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)。適用于常規(guī)uv體系，由于其分子中的羥基官能團(tuán)提高了光引發(fā)劑2959在水性涂料配方中的溶解性，因此適用于水性u(píng)v配方。

68、lap是水溶性，細(xì)胞相容性光引發(fā)劑，用于水凝膠或生物墨水的聚合。該光引發(fā)劑比irgacure?2959更可用于生物應(yīng)用，因?yàn)樗哂懈叩乃苄裕?65nm光下的聚合速率以及在400nm處的吸光度，從而可以與可見(jiàn)光聚合。

69、本發(fā)明具有以下有益效果：

70、1)與已有制備工藝相比，本發(fā)明的工藝優(yōu)勢(shì)可一次借助3d打印/混合等方式制備生物玻璃支架，無(wú)需復(fù)雜的反復(fù)配制漿料-燒結(jié)等過(guò)程。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)鈣磷鹽與生物玻璃良好的界面結(jié)合，以達(dá)到增強(qiáng)的目的。

71、2)本發(fā)明在傳統(tǒng)生物活性玻璃的基礎(chǔ)上，將硅源部分替換為帶雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑，制備了光固化生物玻璃。

72、3)本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)模板劑的量，改變所述光固化生物玻璃前驅(qū)體或所述光固化生物玻璃支架中孔徑的大小，有利于活性因子的裝載。

73、4)本發(fā)明中的光固化生物玻璃具有良好的力學(xué)性能，與人體松質(zhì)骨匹配，同時(shí)相對(duì)于普通的生物玻璃支架提高了10多倍，且在骨修復(fù)過(guò)程中具有優(yōu)異的促進(jìn)血管再生的作用。