CN101050053B

CN101050053B - 一种骨组织工程材料的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN101050053B
Application number: CN2006100255398A
Authority: CN
Inventors: 黄文旵; 王德平; 周萘; 付强; 姚爱华
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Shenzhen Zhongke Haishiyu Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: CN101050053A

Abstract

一种可控降解性能的生物活性玻璃支架材料及其制备方法：高温烧结含钙玻璃，得到具有生物降解性的三维连通多孔支架。将含钙玻璃颗粒填充在模具中，在高温进行烧结，获得三维连通多孔烧结体；再将多孔烧结体加热到玻璃处于软化点的温度时，在模具中进行二次烧结；或者，将含钙玻璃颗粒细磨，得到玻璃粉末，加上粘结剂，分散剂和流变剂，配成浆体，用有机泡沫在此浆体中浸渍，去除水份后干燥，并在加热中去除粘结剂、分散剂和流变剂，烧结，获得与有机泡沫模板相同的三维连通多孔支架。通过调整玻璃的成分对该支架材料的的降解性能进行控制。可将该支架材料用作骨组织工程中细胞生长的支架。其比一般烧结法获得的材料更接近实体骨支架的结构。

Description

一种骨组织工程材料的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及可控降解性能的生物活性支架材料及其制备方法，尤其是生物活性玻璃支架材料及其制备方法。所提及的玻璃，不仅具有生物相容性，还在人体组织液的作用下，形成碳酸羟基磷灰石，具有生物活性。在形成人体骨无机矿物组成的过程中，玻璃自身被逐渐溶解，因此该玻璃还具有完全降解性，其性能可由玻璃组成调节、控制。该玻璃有很好的加工性，通过高温烧结可以形成三维连通多孔支架。

背景技术

骨缺损是骨领域最常见的疾病。临床上常用的骨修复材料有自体骨、异体骨，但是由于骨材料的来源限制，宿主骨的免疫反应和疾病传播的危险，因此必须开发新技术，以提高治疗骨缺损的水平。当前，新开发的组织工程方法，将体外分离，培养骨细胞，种植到具有一定空间结构的三维支架上，使细胞在支架上生长，然后将此细胞——支架复合体，植入机体病损部位，继续培养细胞，在生物支架降解吸收的过程中，通过细胞的相互粘附、增殖与分化，分泌出细胞外基质，从而形成新的具有原来特殊功能和形态的相应骨组织，而三维支架完全消失，从而达到修复创伤和重建功能的目的。在此新开发的组织工程方法中，承植细胞生长的三维支架是组织工程的基础，是骨细胞的生长与组织的形成不可缺少的环节。

对于骨缺损的修复所需要的骨组织工程支架材料，必须具有良好的生物相容性，除满足生物材料的一般要求、无毒、不致畸之外，还应有利于种子细胞粘附、增殖，且降解产物对细胞无毒害作用，不引起炎症反应，利于细胞生长和分化；支架还必须有较好的三维立体多孔结构形态，为细胞提供结构和支撑作用及为细胞粘附生长提供模板作用，形成所需的形态。最重要的，此支架材料还必须有良好的生物降解性，支架材料在完成支架作用后，能完全降解，在生物体内消失，且降解速率与组织细胞生长的速率相适应。此外，支架材料还需具备一定的机械强度。近年来，涌现出许多有关研制骨组织工程支架材料：例如美国专利：USP6692761，USP6696074，USP6743232，USP6626950，USP4512038。公开了可以用于骨缺损修复的组织工程材料及其结构和制备方法。但是这些材料，并非由单纯的无机材料构成，缺乏生物活性和对骨细胞的诱导性，含有尚不能完全降解的组份，而且在降解过程中，会产生酸性物质，引起无菌炎症。在我国专利中，CN200410094895.6，CN200410033613.1，CN200410040611.5，CN200410017240.9，CN200410016780.5，CN200310122687.8，CN200310111533.9，和CN98110645.5等，公开了用无机材料或无机与有机复合材料制备三维多孔骨组织工程支架。在这些无机材料中，主要的组份为羟基磷灰石、硅酸钙、磷酸钙等多种无机物，它们都是亲水的，有一定生物活性，都容易地承载细胞，使细胞在支架上粘附和增殖，可以用作骨组织或器官形成的支架材料。但是它们在生物模拟液中，都不能完全降解，最终会残留在生物体内，从组织工程支架材料的严格要求的角度来看，这些材料的生物降解性都存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种骨组织工程材料的制备方法及应用，克服现有技术的上述缺点。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

高温烧结含钙玻璃，得到三维连通多孔支架，其在生物模拟液中能逐渐被降解，其降解的产物是碳酸羟基磷灰石，其降解性能由玻璃的成分所控制。进一步，其中：所说的含钙玻璃是指以B₂O₃或P₂O₅为玻璃网络主体或兼含SiO₂的含钙玻璃；所说的生物模拟液是指含有(PO₄)^3-以及各种磷酸酸式盐的用于生物试验类似于人体组织的各种液体；所说的高温烧结是指玻璃处于软化点的温度时，在模具中进行二次烧结或以有机泡沫作为模板进行烧结。

玻璃网络构成体，可以分别是B₂O₃或P₂O₅，也可以是以B₂O₃或P₂O₅为主，兼含SiO₂或其他网络氧化物为次所构成，在玻璃的组成中，这些网络氧化物的总分子含量为30～90mol％。

所述的以B₂O₃或P₂O₅为玻璃网络主体的含SiO₂的含钙玻璃，其特征是玻璃的网络间隙离子为一价碱金属离子，二阶碱土金属离子，三价或四价过渡金属离子或稀土金属离子。在玻璃的组成中，网络间隙离子的氧化物，总分子含量为5～80mol％。

所述的以B₂O₃或P₂O₅为玻璃网络主体的含SiO₂的含钙玻璃，其特征是在玻璃的组成中，CaO的分子含量为5～60mol％。

所述的含有(PO₄)^3-以及各种磷酸酸式盐溶液，其特征是磷元素在溶液中的质量比(mass％)<5％，也包括质量比(mass％)＝0的无磷溶液(例如生理盐水)，在与含P₂O₅玻璃反应过程中，玻璃中的P₂O₅溶解到溶液中，形成次生的含磷溶液。

所述的玻璃处于软化点的烧结，其特征是玻璃软化温度的范围在350～850℃之间，烧结的时间在0.1～4小时之间。

所述的在模具中进行二次烧结，其特征是该模具是与玻璃熔体不浸润的耐火材料，例如石墨或氮化硼所制成。玻璃颗粒松散地填充在模具中，在高温进行烧结，获得三维连通多孔烧结体，为一次烧结。将此烧结体置于另一腔体容积更大的模具中，进行第二次填充、堆积、烧结，获得具有二种孔尺寸和更高孔隙率的三维连通支架。二种孔尺寸的直径范围分别为所用玻璃颗粒尺寸的35～45％和第二次烧结时所用模具空腔尺寸的35～45％，孔隙率为70～75％。

所述的有机泡沫为模板烧结，其特征是以有机泡沫聚胺酯泡沫作为模板。将玻璃细磨成5～20μm的细粉，配以一定浓度的粘结剂、分散剂和流变剂，调成浆料，再把具有一定形状，一定孔结构特征的聚胺酯泡沫作为模板，在浆料中浸渍，待沾有玻璃粉末的聚胺酯泡沫干燥后，进行烧结。形成三维连通多孔支架，其孔径与孔隙率由聚胺酯泡沫模板确定，孔隙率范围为85～90％。

降解原理与降解性能的可调性：

本发明的支架材料是含钙的硼酸盐或磷酸盐或硼磷酸盐或硼硅酸盐玻璃，当支架介入到体内，受体内组织液的作用，逐渐被溶解，在玻璃中的钙与组织液中的磷就形成钙磷化合物。在人体的环境下，这种钙磷化合物的形态，倾向于形成纳米碳酸羟基磷灰石，与人体骨组织中的无机矿物成分极为相似，这就是以含钙的硼酸盐或磷酸盐或硼磷酸盐或硼硅酸盐玻璃支架的生物活性所在。对于本发明的支架材料，其生物活性与生物降解性是相辅相成，具备生物活性的条件是玻璃的溶解，也就是材料的降解。此类玻璃是由B₂O₃或P₂O₅或另有少量的SiO₂组份构成的玻璃网络所组成。网络的结构单元是硼三面体(或少量硼四面体)，磷三面体(或双键断裂后的四面体)所组成，它们在空间的连接程度有限，易于形成断键，具有很高程度的化学活性，甚至在pH＝7的水溶液中被OH^-或H⁺离子侵蚀，形成水化离子。玻璃的空间网络被溶解，随即网络的间隙离子被沥析出来，例如钙离子被沥析出来，与溶液中的磷离子形成溶解度极小的钙磷化合物。在人体的pH值范围内，此钙磷化合物又形成溶解度最小的羟基磷灰石，又由于此溶解反应在人体的体温下进行的，与通常的湿法制羟基磷灰石的反应相比，温度较低，人体组织液又溶解了CO₂，所以其溶解反应的产物很容易形成纳米碳酸羟基磷灰石。而与此同时，玻璃被溶解掉了，这就是该生物活性玻璃的具有很好的生物降解性的缘故，其降解产物，不仅无毒性，而且有很好的活性，还是骨组织中的无机矿物的主要组成部分。

对本支架材料的降解性能的调节与控制，也就是对本发明所提及的生物活性玻璃的溶解速率的控制，这完全可以通过改变玻璃的化学组成来实现。随着玻璃中的B₂O₃或P₂O₅部分地被SiO₂取代，其玻璃网络结构中四面体比例增加，不易被人体组织液破坏，因此化学活性降低，而且此过程是连续的，随着玻璃化学组成中B₂O₃或P₂O₅含量减少，玻璃网络被溶解的数量也减少，降解的速率降低。此外，也可以改变玻璃中其他组份，例如MgO、SrO、BaO、La₂O₃等网络间隙氧化物的含量，也能调节玻璃溶解速率。因此，可以通过设计生物活性玻璃的组成，来达到调控生物活性玻璃降解的目的。

多孔结构形成原理：

本材料的生物活性玻璃，有比较好的烧结性能。选定一定尺寸的玻璃颗粒(球体)，松散地堆积在模子的腔体空穴里，经烧结，在颗粒(球体)之间就形成三维相通的孔隙，其孔隙的平均尺寸为颗粒(球体)的尺寸的35～40％，其孔隙的体积也占模子的腔体空穴体积的35～40％。该生物活性玻璃的软化温度与析晶温度相距较远，也就是在玻璃处于烧结状态时，粘度降低，出现粘滞流动，由于表面张力的驱动，形成烧结颈，堆积在模子里的分离的颗粒，被粘结成一个整体，形成三维连通的多孔块体。而在此温度范围内，玻璃没有出现任何晶体，不会对粘度的降低、液相的出现有任何影响，不会影响烧结，这就是本材料通过高温烧结形成三维连通孔结构的原理。本发明采用的二次烧结新方法，以一次烧结后的多孔颗粒(其尺寸为一次烧结时使用的模子腔体空穴尺寸)，再松散地堆积在第二个模具里(通常此模具的腔体空穴形状与尺寸是骨组织工程所需的支架的形状与尺寸)，在烧结温度下，进行第二次烧结，这样就获得了外观与第二个模子的腔体空穴一样的三维连通多孔支架。其孔尺寸有二种范围：第一次烧结时形成的小孔(尺寸是颗粒或球体的尺寸的35～45％)和第二次烧结时形成的大孔(尺寸是第一次烧结时所用的模子腔体空穴尺寸的35～45％)。根据骨组织生长的需要，确定小孔(血管与神经等细胞长入)和大孔(有利矿化骨的形成)的尺寸，从而可以确定烧结前的玻璃颗粒的尺寸和一次烧结的模子的腔体空穴的尺寸来满足三维连通多孔支架的孔径的要求。第二次烧结后，支架的孔隙率又将第一次烧结的孔隙率翻倍，约为第二个模子腔体内穴体积的65～70％。由于烧结时，均出现了烧结颈，所以支架仍部分地保持了原来实心颗粒的力学性质，有比较高的力学强度。另，本发明采用的有机泡沫浸渍法也采用了相同的烧结原理，所不同的是在烧结时，先采用了有机泡沫模板固定了生物活性玻璃的粉末的位置，在烧结过程中，玻璃粉末出现液相，互相粘结，使分离的粉末连成一个整体，但仍保持了原先的有机泡沫模板的外形和孔结构，其孔径与孔隙率与有机泡沫模板的参数近似，并具有一定的力学强度。两种多孔支架的制作方法，都可以对孔结构(尺寸与孔隙率)加以设计。

两种制备方法各自独立，存在的相同点包括：1、使用相同的“玻璃”材料；2、同样都有烧结程序；3、最后得到相同的支架材料。

以本发明所提及的硼酸盐或磷酸盐或硼磷酸盐或硼硅酸盐玻璃系统，设计玻璃的成分，使它们在高温时能比较容易地形成玻璃，有较大的成玻区域，不易析晶。特别是在玻璃软化点的范围内，不会析晶。其次它们的硼或磷的含量要尽可能高，以使玻璃有较高的化学活性；它们必须含有钙，最好可以添加其他的氧化物，以调节玻璃的溶解性能。

按所设计的生物活性玻璃的组成氧化物为原料，分别以H₃BO₃引入B₂O₃，以Na₂HPO₄引入P₂O₅，硅砂引入SiO₂，其余以其碳酸盐或氧化物引入，充分混合后，在铂坩埚中，于1000～1300℃熔制0.5～4小时。玻璃熔体浇注在二块不锈钢板之间淬冷，获得无析晶的透明生物活性玻璃。将玻璃块粉碎成所需的颗粒，松散地堆积在一次烧结用的模子中，或将玻璃块在火焰中飘浮，使之成球体。将球体堆积在一次烧结用的模子中，将模子加热到玻璃软化温度350～850℃之间，加热时间为0.1～4小时，使玻璃颗粒烧结。然后再将一次烧结所得到的三维连通多孔颗粒，松散地堆积在二次烧结用的模子中，采用同样的烧结工艺制度，获得与二次烧结模子的腔体空穴同样形状的三维连通多孔支架。

在有机泡沫浸渍法中，将上述玻璃颗粒进一步细磨，得到玻璃粉末，加上一定量的粘结剂，分散剂和流变剂，配成浆体，用有机泡沫在此浆体中浸渍，去除水份后干燥，并在加热中去除粘结剂、分散剂和流变剂，在350～850℃之间，烧结0.1～4小时，获得与有机泡沫模板相同的三维连通多孔支架。

对支架材料的降解性能的表征，可采用溶解失重法。将上述获得的生物活性玻璃支架，粉碎成颗粒，于37℃中在生理模拟液中浸泡，观察其形成羟基磷灰石的情况(即生物活性)，并测出支架的碎块的失重随浸泡时间的关系。其玻璃的失重(溶解)的速率，也就是支架在生物模拟液中的降解速率。也可以用一系列现代测试方法，例如：SEM、FTIR、XRD等来对支架材料的降解性能进行表征。

本发明与前述专利不同之处是以生物活性玻璃作为支架材料。此活性玻璃的网络主要构成体为B₂O₃或P₂O₅或两者兼有或兼有部分SiO₂，玻璃网络间隙的氧化物除必须含CaO外，还含有其它氧化物。这类生物活性玻璃不仅具有一定的力学强度，而且它们与羟基磷酸钙、硅酸钙等其它无机材料相同，都容易地承载细胞，使细胞粘附、增殖，有较好的生物相容性和生物活性。在生物模拟液中它们也形成骨组织的主要无机矿物成分，碳酸羟基磷灰石，促进骨组织的生长。但是这类生物活性玻璃优于其它无机材料之处是它可以在生物模拟液中完全溶解或接近于完全溶解，也即完全降解；而且在降解的过程中，这类玻璃可以转换成碳酸羟基磷灰石或含有可溶性硅胶的碳酸羟基磷灰石，最终玻璃完全消失在生物模拟液中，比其它无机材料，更具有生物降解性。因此，本发明所涉及的生物活性玻璃是一种理想的骨组织工程支架材料。

本发明所提及的材料，是用各种分析纯原料，混合后，在高温熔制，然后淬冷成生物活性玻璃。从材料学角度而言，它们是含有钙的硼酸盐玻璃、或磷酸盐玻璃或硼磷酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。这类玻璃有相当高的化学活性，在生物模拟液中，在人体的37℃温度下，玻璃会逐渐溶解，在玻璃表面原位上形成碳酸羟基磷灰石，有利于细胞粘附、分化和增殖，使此类玻璃材料，有非常明显的生物活性。通常玻璃化学活性，高于陶瓷或微晶玻璃的化学活性，而且硼酸盐玻璃的活性，又高于硅酸盐玻璃的活性。生物活性高，是该材料的第一个特点。第二个特点是由于该玻璃在生物模拟液中的溶解度是可以由玻璃的组成所控制，也就是利用玻璃的组成设计，可以制备具有不同溶解速度，也就是可以制得具有不同降解性能的生物活性玻璃，从而使生物活性玻璃的降解速率与骨组织生长的速率相匹配，使骨组织修复部分能维持一定的强度。第三个特点是该生物活性玻璃，在生物模拟液中，最终能完全溶解或接近于完全溶解，也就是可以完全降解的支架材料。除了这些特点之外，生物活性玻璃转化得到的产物是纳米尺寸的碳酸羟基磷灰石，更接近人体骨的无机矿物成分。这些特点，使本发明所涉及的骨组织支架材料，更优于其它无机材料或无机与有机复合支架材料。

本发明采用二次烧结法制备三维连通多孔结构支架，或用有机泡沫模板法，在高温烧结制备三维连通多孔结构的支架。在前一种方法中，其特点是孔径具有两种不同大小的尺寸。在第一次烧结时，用比较细的玻璃颗粒(或球体)，疏松地堆积在腔体内径比较小的模子中，在高温烧结成与腔体空穴同样尺寸的三维连通的多孔玻璃粒(或球体)，其孔径由玻璃颗粒确定，约为颗粒尺寸的35～40％。将获得的多孔玻璃粒(其尺寸与第一次烧结时模子的腔体空穴尺寸相同)，松散地堆积在第二套模子的腔体中，其腔体空穴的形状和尺寸于需要的支架相同。在高温进行第二次烧结，获得了新形成的孔径更大的三维连通的多孔支架，其孔径又是第一次烧结时所获得的多孔玻璃粒的尺寸的35～40％。在第二次烧结后的支架中，仍有第一次烧结时留下的孔，两类孔并存，孔隙率又将是第一次孔隙率的又一次翻倍，可以达到65～70％，并且仍能部分地保持原来玻璃颗粒(球体)的强度，且其小孔适宜于血管与神经细胞和类骨质细胞长入，大孔适宜于骨细胞的长入，促进矿化骨的形成。这种结构比一般烧结法更接近实体骨支架的结构。

在后一种方法中，采用有机泡沫浸渍法，可以获得更大孔隙率的三维连通多孔支架。支架的孔径和孔隙率随有机泡沫的模板而定，孔径均一，孔隙率可达到80～90％。上述两法的特点是有模高温烧结，通过烧结过程，构成三维连通的多孔结构，不需要外加造孔剂。因此，多孔支架不会被造孔剂所污染，能确保支架的化学组成的纯度；其次颗粒(球体)的连接是靠烧结颈结合在一起，构成一个整体，使孔结构有较高的强度；第三个特点是在制备支架过程中，均在高温状态中进行，不会被细菌感染，不存在通常多孔支架的消毒工序复杂、消毒困难的情况。除此之外，制备此类多孔支架方法简单，工序少，成本低廉，容易推广。

骨缺损，特别是大块骨缺损的修复的最佳方法是采用组织工程化手段，在体内生长出具有特定功能的骨组织，而骨组织的生长，又必须依赖支架，作为骨细胞生长的模板，它不仅为骨细胞粘附、分化、增殖，并保持其功能提供场所，而且还可引导骨组织再生，控制骨组织的形状。本发明所提供的可控降解性能的生物活性玻璃支架，可以在体内或体外构建组织工程化的骨组织，用以修复骨缺损。由于该支架可以有效地控制其生物降解性能，因此，它不仅可以用作骨硬组织的修复，同时，也可以用于骨软组织的修复，其降解速率与所需修复的组织或器官的生长速率相适应。目前，在临床上已有部分试验由高分子聚合物构成的骨组织支架材料，但其生物活性和对骨组织的诱导性以及生物降解性能等都比不上本发明的支架材料。因此，本发明的可控降解性能的生物活性玻璃支架，有望取代高分子聚合物的骨支架材料，成为修复骨缺损的最佳支架材料。

此玻璃有可能成为第三代生物材料，由其制成的支架是骨组织工程中细胞生长的最理想支架。所采用二次烧结法工艺将成为新型的制备支架的方法。

附图说明

图1是一次烧结后的三维连通多孔块体的形貌图(×50)，图中A处为颗粒间形成的烧结颈；

图2是二次烧结后的三维连通多孔支架的结构图(×16)，图中A为一次烧结形成的小孔，B为二次烧结后形成的大孔；

图3是有机泡沫浸渍法制备的三维连通多孔支架的结构形貌图；

图4是三种含钙的硼酸盐玻璃在含磷溶液中失重随浸泡时间变化规律图；

图5是三种含钙的硼酸盐玻璃与含磷溶液反应后形成产物的物相的X射线衍射图，证明其产物均是羟基磷灰石。最下面的图谱是商品的羟基磷灰石的X射线衍射图；

图6是三种含钙的硼酸盐玻璃与含磷溶液反应后形成产物的红外光谱分析图；最下面的图谱是商品的羟基磷灰石的红外图谱；

图7是三种含钙的硼酸盐玻璃对骨组织细胞生长影响的观察图；与45S5玻璃作为对照，分别显示在第一天和第三天所观察到的细胞生长情况。

具体实施方式

实例介绍：

1、三维连通支架的制备：

用分析纯Na₂CO₃，K₂CO₃，MgCO₃，CaCO₃，H₃BO₃，Na₂HPO₄和SiO₂为原料，按玻璃的组成为Na₂O9，K₂O9，MgO5，CaO20，B₂O₃35，SiO₂18和P₂O₅4wt％制备配合料，充分混合后，放在铂坩埚中，在1200℃的硅钼炉里熔制2小时后，形成无气泡玻璃液，将熔融玻璃液浇注在二块不锈钢间淬冷，得到透明无析晶玻璃。将玻璃粉碎成212～355μm的颗粒，置于空穴内径为1mm的石墨模子中，在700℃烧结0.5小时，获得有确定形状的三维连通多孔块体，孔径为80～120μm(见图1)，其孔隙率为42％。再将此三维连通多孔块体，置于内径为12mm的石墨模子里，在700℃烧结0.5小时，得到有一定形状的三维连通多孔块体(见图2)，测得孔径有二种分布，一种为80～120μm，另一种为400～450μm，其孔隙率为68％。

另将玻璃颗粒磨成5～10μm的细粉，配以聚乙烯醇为粘结剂，浓度为50％；丙烯酸甲酯为分散剂，浓度为60％；吐温—80为流变剂，浓度为2％。以固液比的比例为6∶4，制成浆体，将有确定形状的聚胺酯海棉反复浸渍在浆体中，取出沾有浆体的海棉，在90℃保温24小时干燥，去除有机物，在700℃烧结0.5小时，获得结构与海棉相同的三维连通多孔玻璃块体(见图3)。

2、有降解性能的生物活性玻璃的制备：

用分析纯Na₂CO₃，CaCO₃，H₃BO₃，Na₂HPO₄和SiO₂为原料，按玻璃的组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃46，P₂O₅6wt％，标记为46B玻璃，组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃31，P₂O₅6，SiO₂15wt％，标记为31B玻璃和组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃15，P₂O₅6，SiO₂31wt％，标记为15B玻璃的三种玻璃配料，分别在1100～1150℃于铂坩埚中熔制2小时，淬冷于二块不锈钢板之间，得到透明无析晶玻璃。将玻璃粉碎成150～300μm颗粒，于37℃在0.02MK₂HPO₄溶液中浸泡，每隔一定时间测定玻璃颗粒失重，作出失重与浸泡时间的关系图(见图4)，由图可见，随着B₂O₃含量减少，玻璃失重速率降低，即玻璃的降解速率降低，也即可用B₂O₃的含量来控制玻璃的降解速率。降解后的产物用XRD分析为羟基磷灰石(见图5)，说明玻璃具有生物活性。降解产物用FTIR分析(见图6)，说明羟基磷灰石中还有碳酸根(波数在866cm^-1)，说明该产物是碳酸羟基磷灰石，类似于人骨中无机矿物成分。

3、含硼玻璃的生物相容性：

用分析纯Na₂CO₃，CaCO₃，H₃BO₃为原料，按玻璃的组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃46，P₂O₅6wt％，标记为46B玻璃，组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃31，P₂O₅6，SiO₂15wt％，标记为31B玻璃，组成为Na₂O24，CaO24，B₂O₃15，P₂O₅6，SiO₂31wt％，标记为15B玻璃的三种玻璃配料，分别在1100～1150℃于铂坩埚中熔制2小时，淬冷于二块不锈钢板之间，得到透明无析晶玻璃。然后将玻璃加工成1×5×5mm的正方薄片，表面抛光，测定其与骨生长细胞的相容性。

在四个培养皿中，分别放有MEM培养基，并接种骨生长细胞MC3T3—E1，细胞的浓度为15000/cm³。将上述三种玻璃浸没在培养液中，第四个培养皿中放入同样尺寸的45S5玻璃薄片，以作对照分析。用MTT染色计，以标定活细胞的数目，用相差显微镜观察细胞的生存与繁殖的数量。图7显示在有四种玻璃存在的条件下，在第一天和第三天的细胞生长情况。说明随着玻璃中的B₂O₃含量的增加，虽然细胞增长会有所减少，但是即使在B₂O₃含量最高的46B玻璃中，细胞数仍随着时间增长，说明该组成的含B₂O₃玻璃，仍有较好的生物相容性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种骨组织工程材料的制备方法，其特征在于：用分析纯Na₂CO₃，K₂CO₃，MgCO₃，CaCO₃，H₃BO₃，Na₂HPO₄和SiO₂为原料，按玻璃的组成为Na₂O 9，K₂O 9，MgO 5，CaO 20，B₂O₃ 35，SiO₂ 18和P₂O₅ 4wt％制备配合料，充分混合后，放在铂坩埚中，在1200℃的硅钼炉里熔制2小时后，形成无气泡玻璃液，将熔融玻璃液浇注在二块不锈钢间淬冷，得到透明无析晶玻璃；将玻璃粉碎成212～355μm的颗粒，置于空穴内径为1mm的石墨模子中，在700℃烧结O.5小时，获得有确定形状的三维连通多孔块体，孔径为80～120μm，其孔隙率为42％，再将此三维连通多孔块体，置于内径为12mm的石墨模子里，在700℃烧结0.5小时，得到有一定形状的三维连通多孔块体，测得孔径有二种分布，一种为80～120μm，另一种为400～450μm，其孔隙率为68％。

2.一种骨组织工程材料的制备方法，其特征在于：用分析纯Na₂CO₃，K₂CO₃，MgCO₃，CaCO₃，H₃BO₃，Na₂HPO₄和SiO₂为原料，按玻璃的组成为Na₂O 9，K₂O 9，MgO 5，CaO 20，B₂O₃ 35，SiO₂ 18和P₂O₅ 4wt％制备配合料，充分混合后，放在铂坩埚中，在1200℃的硅钼炉里熔制2小时后，形成无气泡玻璃液，将熔融玻璃液浇注在二块不锈钢间淬冷，得到透明无析晶玻璃；将玻璃颗粒磨成5～10μm的细粉，配以聚乙烯醇为粘结剂，浓度为50％；丙烯酸甲酯为分散剂，浓度为60％；吐温-80为流变剂，浓度为2％；以固液比的比例为6∶4，制成浆体，将有确定形状的聚胺酯海棉反复浸渍在浆体中，取出沾有浆体的海棉，在90℃保温24小时干燥，去除有机物，在700℃烧结0.5小时，获得结构与海棉相同的三维连通多孔玻璃块体。

3.依据权利要求1或2中任一所述的制备方法得到的三维连通支架的应用，其特征在于：将该支架用作骨组织工程中细胞生长的支架。