專利名稱：石墨烯/生物活性干凝膠及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯/生物活性干凝膠及其制備工藝與應(yīng)用，屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域中的硬組織填充材料，主要應(yīng)用于骨替代或修復(fù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物醫(yī)用材料是一類天然或人工合成材料，可單獨(dú)或與藥物一起制成并用于組織或器官的治療和修復(fù)，在體內(nèi)不會(huì)對(duì)宿主引起急性或慢性危害。生物醫(yī)用材料的最終目的是使其能夠替代或修復(fù)人體病變的器官或組織，并使其恢復(fù)生理功能。硬組織填充材料已成為生物醫(yī)用材料的一個(gè)重要的組成部分，對(duì)人體硬組織如骨、牙齒等的修復(fù)和重建起著重要作用。目前臨床上用于破損骨的填充材料通常包括自體移植、同種異體移植及人工合成硬組織修復(fù)材料。其中前兩者是以犧牲人體部分正常組織為代價(jià)獲得，來(lái)源有限，其移植后具有一定的并發(fā)癥發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直致力于研究一類新的人工合成材料，能夠激發(fā)和主動(dòng)誘導(dǎo)人體組織的自身修復(fù)與再生，從而使病變組織得以修復(fù)或替代。生物活性玻璃，簡(jiǎn)稱生物玻璃，是一種重要的人工合成硬組織替代材料。生物玻璃是通過(guò)在生物環(huán)境中與體液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在其界面形成多孔的SiO2凝膠層，隨后生物玻璃內(nèi)的Ca2+和體液中的P043_向SiO2凝膠層擴(kuò)散、沉積，逐漸發(fā)生礦化，進(jìn)而在其表面形成羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)覆蓋層，實(shí)現(xiàn)生物玻璃與宿骨之間的化學(xué)鍵性結(jié)合,這種鍵合非常牢固，與正常愈合的骨折界面強(qiáng)度等效。生物玻璃可以參與生物體正常代謝，具有骨誘導(dǎo)和傳導(dǎo)能力，在體內(nèi)可顯示長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好的生物相容性。大量研究表明，礦化時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到病人的病灶痊愈時(shí)間和初期痊愈效果，因此，如何縮短生物玻璃的礦化時(shí)間一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。US4775646 (Fluoride-containing Biogl`ass compositions)通過(guò)在生物玻璃中引入 F 離子明顯縮短了礦化時(shí)間，礦化反應(yīng)I天即出現(xiàn)HA晶相，3天后HA晶型已較完整，并在隨后的3天至14天內(nèi)，HA晶相保持穩(wěn)定。US6709744(Bioactive materials)以45S生物玻璃為基引入B元素(45SB5)，并證實(shí)B元素的引入可明顯縮短礦化時(shí)間，在礦化反應(yīng)5天時(shí)就呈現(xiàn)出明顯的羥基磷灰石(HA)晶相XRD特征峰。US20080241248 (Porous matrix)和 US7709081 (Porous bioactive glass and preparation method thereof)米用多孔生物玻璃同樣也達(dá)到了促進(jìn)礦化的作用，在礦化反應(yīng) 天后已獲得晶型較完整的HA晶相。Yadong Li 等人發(fā)表的論文(Early Stages of Calcium Phosphate Formation onBioactive Borosilicate Glass in Aqueous Phosphate Solution, J.Am.Ceram.Soc.,2008,91 [5] 1528-1533)顯示，40.0Β203_7.5Si02_40.0CaO-8.0Na20_2.0A1203_2.5P205 生物玻璃在0.25M K2HPO4水溶液中礦化I小時(shí)即形成微量的HA晶相。但是，生物玻璃一般采用高溫熔制或燒結(jié)工藝合成，無(wú)法與骨生長(zhǎng)因子或藥物等一起制成具有骨組織生長(zhǎng)或治療功能的生物醫(yī)用填充或修復(fù)材料
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有生物玻璃作為骨修復(fù)或填充材料在植入生物體后其礦化時(shí)間較長(zhǎng)以及生物玻璃制備需要高溫過(guò)程等方面的不足，而提供一種生物活性干凝膠及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種生物活性干凝膠，其中分散有石墨烯，所述生物活性干凝膠包含如下摩爾百分含量的組分:CaO 25 80mol%SiO2 O 70mol%B2O3 O 70mol%，優(yōu)選為大于O且小于等于70mol%P2O5 2 10mol%。優(yōu)選的，本發(fā)明所提供的上述生物活性干凝膠中，所述石墨烯的含量(石墨烯占所述生物活性干凝膠的重量百分含量)為0.0024-0.024wt%。優(yōu)選的，所述生物活性干凝膠中，各組分的摩爾含量為:CaO 25 50mol% SiO2 20 70mol%B2O3 O 45mol %,優(yōu)選為大于O且小于等于45mol %P2O5 2 IOmol%。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述生物活性干凝膠中，各組分的摩爾含量為:CaO 30 50mol%SiO2 20 60mol%B2O3 5 45mol%P2O5 2 IOmol%。本發(fā)明還進(jìn)一步公開(kāi)了一種通過(guò)溶膠凝膠工藝制備上述生物活性干凝膠的方法，通過(guò)生物玻璃溶膠并與石墨烯溶液混合，然后通過(guò)陳化、干燥等工藝獲得礦化速率更快，無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫合成過(guò)程，能夠滿足與藥物、骨細(xì)胞或生長(zhǎng)因子復(fù)合的，具有骨組織治療、骨細(xì)胞快速增殖等功能的生物醫(yī)用修復(fù)或填充材料。具體的，本發(fā)明的石墨烯/生物活性干凝膠的制備方法包括如下步驟:I)制備濃度為0.01g/L-l.0g/L的石墨烯水溶液；2)合成溶膠:按配比將CaO的前驅(qū)物、SiO2的前驅(qū)物、B2O3的前驅(qū)物、P2O5的前驅(qū)物以及分散劑和無(wú)水乙醇于30-90°C下混合攪拌10-120分鐘，然后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，調(diào)整PH值為2-9，繼續(xù)攪拌直至得到清澈透明和性能穩(wěn)定的溶膠；3)在步驟2)所得的溶膠中加入分散劑，然后加入將步驟I)制備的石墨烯水溶液，獲得均勻分散有石墨烯的溶膠，最后于50±1°C下陳化8-10小時(shí)，得到濕凝膠；4)將步驟3)所得濕凝膠經(jīng)90±2°C保溫干燥，最終獲得本發(fā)明的石墨烯/生物活性干凝膠。本發(fā)明所述的石墨烯是指橫向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其厚度的片狀石墨材料，是以鱗片石墨為原材料，通過(guò)各種剝離的方式獲得的。剝離方式包括:化學(xué)氧化插層后剝離并還原、電化學(xué)剝離、超聲剝離和球磨法剝離等，最優(yōu)的剝離方法為超聲直接剝離鱗片石墨，得到的石墨烯缺陷少。在最優(yōu)的剝離過(guò)程中添加乙醇，可使所制備的石墨烯表面含有少量羥基；其剝離過(guò)程包括步驟:1，將鱗片石墨與乙醇水溶液混合(乙醇:水=1: 10 ;體積比)；2，將混合溶液超聲震蕩一段時(shí)間(超聲功率為53kHz、500W，震蕩時(shí)間為3-5h) ;3，將超聲后的溶液離心分離(離心速度為lOOOOr/min)，取下層沉淀即可獲得石墨烯。所述石墨烯的厚度為1-20個(gè)碳原子層的總厚度，其橫向尺寸為100納米到100微米。所述的石墨烯水溶液，是將石墨烯均勻分散在水中，在制備石墨烯的過(guò)程中產(chǎn)生的羥基有助于石墨烯在水中的分散。步驟2)中，所述CaO的前驅(qū)物為四水硝酸鈣(Ca(NO3)2.4H20);所述SiO2的前驅(qū)物為正硅酸乙酯(TEOS);所述B2O3的前驅(qū)物為硼酸三正丁酯或硼酸；所述P2O5的前驅(qū)物為磷酸三丁酯(TBP)。步驟2)中，所述無(wú)水乙醇的摩爾量與前驅(qū)物中各種酯的總摩爾量之比為2 8:1 2。所述去離子水與前驅(qū)物中各種酯的總摩爾量之比為4 8:1 2。步驟2)和步驟3)中，所述的分散劑選自聚乙烯醇、草酸、檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。所述分散劑的加入量為0.l-5wt%。步驟3)中，通過(guò)改變所述石墨烯水溶液的濃度改變石墨烯的添加量。本發(fā)明所提供的上述方法以溶膠凝膠工藝為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)整溶膠配方，控制溶膠的反應(yīng)溫度、時(shí)間和pH值，調(diào)整石墨烯添加量等手段來(lái)調(diào)控石墨烯/生物活性干凝膠的礦化速度。由于該制備工藝可以徹底取消高溫合成過(guò)程，從而滿足了與藥物、細(xì)胞或生長(zhǎng)因子復(fù)合制成具有骨組織生長(zhǎng)促進(jìn)和治療功能的生物醫(yī)用修復(fù)或填充材料的要求。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種上述生物活性干凝膠的用途，即所述生物活性干凝膠用于制備生物體硬組織(如骨、牙齒)的修復(fù)或填充材料。優(yōu)選的，即所述生物活性干凝膠用于制備人體骨修復(fù)或填充材料。本發(fā)明的發(fā)明人還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在上述的生物活性干凝膠中摻入B2O3后，可以有效的調(diào)控石墨烯/生物活性干凝膠的礦化速度，且反應(yīng)過(guò)程更為平緩。因此，通過(guò)控制B2O3的加入量，可以人為的控制其礦化速度，使其作為一種潛在的藥物緩釋材料。因此，本發(fā)明還提供了一種上述生物活性干凝膠的用途，即所述生物活性干凝膠用作藥物緩釋材料。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明將石墨烯引入生物活性干凝膠中，使其礦化時(shí)間從正常的7-30天縮短到0.5到5小時(shí)；所用的制備工藝可以徹底取消高溫合成過(guò)程，從而滿足與藥物、細(xì)胞或生長(zhǎng)因子復(fù)合制成具有骨組織生長(zhǎng)促進(jìn)和治療功能的生物醫(yī)用修復(fù)或填充材料的要求。


圖1是實(shí)施例1所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的光學(xué)照片
圖2是實(shí)施例1所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的SEM圖片圖3是實(shí)施例1-3所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的體外模擬礦化I小時(shí)后其礦化產(chǎn)物的失重曲線圖4是實(shí)施例1-3所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的體外模擬礦化I小時(shí)后其礦化產(chǎn)物的XRD曲線圖5是實(shí)施例1-3所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的體外模擬礦化I小時(shí)后其礦化產(chǎn)物的SEM圖片圖6是實(shí)施例1-3所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的體外模擬礦化I小時(shí)后其礦化產(chǎn)物紅外圖譜圖7是實(shí)施例1-3所制備石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的浸出液對(duì)MC3T3-E1小鼠顱頂前骨細(xì)胞在一天和三天細(xì)胞生長(zhǎng)數(shù)目柱狀8是實(shí)施例1-3所制備石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的浸出液對(duì)MC3T3-E1小鼠顱頂前骨細(xì)胞在一天和三天細(xì)胞生長(zhǎng)情況的光學(xué)照片圖9是實(shí)施例1所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的拉曼10是實(shí)施例4所制備石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠體外模擬礦化I小時(shí)其礦化產(chǎn)物的XRD譜11是實(shí)施例4所制備石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠體外模擬礦化I小時(shí)其礦化產(chǎn)物的SEM照片 圖12是實(shí)施例5所制備石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠的體外模擬礦化產(chǎn)物的失重曲線
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例描述，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但本發(fā)明決非僅局限于實(shí)施例。本發(fā)明的石墨烯/生物活性干凝膠對(duì)骨細(xì)胞生長(zhǎng)的影響規(guī)律通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。將石墨烯/生物活 性干凝膠與α-ΜΕΜ培養(yǎng)基混合配制成濃度為200mg/mL的混合溶液，并在37°C條件下放置24小時(shí)后離心分離取上清液。將收集好的上清液用a -MEM培養(yǎng)基分別稀釋成100、10和lmg/mL。并在96孔接種板上加入濃度為30000cells/mL的MC3T3-E1小鼠顱頂前骨細(xì)胞液100 μ L，將其培養(yǎng)24小時(shí)。將培養(yǎng)液用50 μ L稀釋液和50 μ L a -MEM取代，并加入20% FBS (胎牛血清)，其中一份空白樣本培養(yǎng)基用10% FBS但不加入稀釋液。將接種版放置于37°C，5% CO2環(huán)境中培養(yǎng)12、24和72小時(shí)。10 μ L的CCK分別滴入于每個(gè)孔中，在培養(yǎng)約I小時(shí)后，用450nm波長(zhǎng)的光測(cè)試其光學(xué)濃度來(lái)表征其細(xì)胞數(shù)目。研究結(jié)果表明(見(jiàn)圖7、8)，石墨烯/生物活性干凝膠的浸出液對(duì)MC3T3-E1小鼠顱頂前骨細(xì)胞生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用。實(shí)施例1:以濃度為0.lg/L石墨烯，制備石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠。第一步:按照制備方案中石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠計(jì)量比將四水硝酸鈣(Ca(NO3)2.4H20)4.2g、正硅酸乙酯(TEOS) 10.09ml、磷酸三丁酯(TBP) 1.35ml 及 0.1g分散劑檸檬酸依次與11.68ml無(wú)水乙醇(其中醇:酯=4: lmol/mol)在水浴溫度為40°C條件下混合攪拌30分鐘。攪拌30分鐘后，加入事先制備好0.lg/L石墨烯水溶液Iml及去3.6ml離子水繼續(xù)攪拌10分鐘，用鹽酸調(diào)整溶液pH值=4。待上述步驟全部完成后磁力攪拌2小時(shí)后停止攪拌。第二步:將制備完的溶膠置于50°C烘箱中8-10小時(shí)陳化為凝膠。待變成凝膠后將溫度調(diào)至90°C保溫3天獲得干凝膠。第三步:將已制備的干凝膠研磨成粉末，稱Ig干凝膠將其浸泡于IOOml 0.25M磷酸氫二鉀(K2HPO4)溶液中并置于37°C烘箱中l(wèi)h，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，干燥即可。
通過(guò)上述工藝，即可得到石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠如圖1、2所示，其生物活性特征如圖3 圖9所示。圖3 圖8中的0.0g/L為實(shí)例I中不加入石墨烯的結(jié)果，作為參考。圖1、2表明所制備的石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠是均勻透明。圖3表明隨著石墨烯添加量的增加，干凝膠的礦化速度明顯變快。圖4和圖6表明隨著石墨烯添加量的增加，干凝膠的礦化產(chǎn)物HA晶相的變化情況。圖5表明隨著石墨烯添加量的變化，干凝膠的礦化產(chǎn)物HA的典型形貌特征。圖7和圖8表明石墨添加量不同的干凝膠，其浸出液對(duì)MC3T3-E1小鼠顱頂前骨細(xì)胞生長(zhǎng)情況的影響。圖9表明石墨烯成功與生物活性干凝膠相復(fù)合。實(shí)施例2:以濃度為 0.5g/L石墨烯，制備石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠。第一步:按照制備方案中石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠計(jì)量比將四水硝酸鈣(Ca(NO3)2.4H20)4.2g、正硅酸乙酯(TEOS) 10.09ml、磷酸三丁酯(TBP) 1.35ml 及 0.1g分散劑檸檬酸依次與11.68ml無(wú)水乙醇(其中醇:酯=4: lmol/mol)在水浴溫度為40°C條件下混合攪拌30分鐘。攪拌30分鐘后，加入事先制備好0.5g/L石墨烯水溶液Iml及去
3.6ml離子水繼續(xù)攪拌10分鐘，用鹽酸調(diào)整溶液pH值=4。待上述步驟全部完成后磁力攪拌2小時(shí)后停止攪拌。第二步:將制備完的溶膠置于50°C烘箱中8-10小時(shí)陳化為凝膠。待變成凝膠后將溫度調(diào)至90°C保溫3天獲得干凝膠。第三步:將已制備的干凝膠研磨成粉末，稱Ig干凝膠將其浸泡于IOOml 0.25M磷酸氫二鉀(K2HPO4)溶液中并置于37°C烘箱中l(wèi)h，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，干燥即可。通過(guò)上述工藝，即可得到石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠的光學(xué)和掃描電鏡照片和圖1相似，其生物活性特征如圖3 圖8所示。圖3 圖8中的0.0g/L為實(shí)例I中不加入石墨烯的結(jié)果，作為參考。實(shí)施例3:以濃度為lg/L石墨烯，制備石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠。第一步:按照制備方案中石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠計(jì)量比將四水硝酸鈣(Ca(NO3)2.4H20)4.2g、正硅酸乙酯(TEOS) 10.09ml、磷酸三丁酯(TBP) 1.35ml 及 0.1g分散劑檸檬酸依次與11.68ml無(wú)水乙醇(其中醇:酯=4: lmol/mol)在水浴溫度為40°C條件下混合攪拌30分鐘。攪拌30分鐘后,加入事先制備好lg/L石墨烯Iml及去3.6ml離子水繼續(xù)攪拌10分鐘，用鹽酸調(diào)整溶液PH值=4。待上述步驟全部完成后磁力攪拌2小時(shí)后停止攪拌。第二步:將制備完的溶膠置于50°C烘箱中8-10小時(shí)陳化為凝膠。待變成凝膠后將溫度調(diào)至90°C保溫3天獲得干凝膠。第三步:將已制備的干凝膠研磨成粉末，稱Ig干凝膠將其浸泡于IOOml 0.25M磷酸氫二鉀(K2HPO4)溶液中并置于37°C烘箱中l(wèi)h，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，干燥即可。通過(guò)上述工藝，即可得到石墨烯/SiO2-CaO-P2O5生物活性干凝膠光學(xué)和掃描電鏡照片和圖1相似，其生物活性特征如圖2 圖7所示。圖2 圖7中的0.0g/L為實(shí)例I中不加入石墨烯的結(jié)果，作為參考。實(shí)施例4:以濃度為lg/L石墨烯，制備石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5
第一步:按照制備方案中石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠計(jì)量比將四水硝酸鈣(Ca (NO3) 2.4H20) 4.2g、正硅酸乙酯(TEOS) 5.18ml、硼酸三正丁酯(Tributoxyboroane) 6.2ml、磷酸三丁酯(TBP) 1.066ml及0.1g分散劑朽1檬酸依次與
11.68ml無(wú)水乙醇(其中醇:酯=4: lmol/mol)在水浴溫度為40°C條件下混合攪拌30分鐘。攪拌30分鐘后,加入事先制備好lg/L石墨烯Iml及去3.6ml離子水繼續(xù)攪拌10分鐘，用鹽酸調(diào)整溶液PH值=4。待上述步驟全部完成后磁力攪拌2小時(shí)后停止攪拌。第二步:將制備完的溶膠置于50°C烘箱中8-10小時(shí)陳化為凝膠。待變成凝膠后將溫度調(diào)至90°C保溫3天獲得干凝膠。第三步:將已制備的干凝膠研磨成粉末，稱Ig干凝膠將其浸泡于IOOml 0.25M磷酸氫二鉀(K2HPO4)溶液中并置于37°C烘箱中l(wèi)h，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，干燥即可。通過(guò)上述工藝，即可得到石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠光學(xué)和掃描電鏡照片和圖1相似，其生物活性特征如圖10和圖11所示。圖10表明石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠在體外模擬礦化I小時(shí)其礦化產(chǎn)物的XRD。圖11表明石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5生物活性干凝膠在體外模擬礦化I小時(shí)其礦化產(chǎn)物的SEM形貌。實(shí)施例5:以濃度為lg/L石墨烯，制備石墨烯/SiO2-B2O3-CaO-P2O5改變四水硝酸鈣(Ca (NO3) 2.4H20)、正硅酸乙酯(TEOS)、硼酸三正丁酯(Tributoxyboroane)及磷酸三丁酯(TBP)的用量,其他均與實(shí)施例4相同,所得生物玻璃溶膠中各組分的摩爾百分含量如表I所示:`表I
權(quán)利要求
1.一種生物活性干凝膠，其特征在于:所述生物活性干凝膠中分散有石墨烯；所述生物活性干凝膠包含如下摩爾百分含量的組分: CaO 25 80mol% SiO2 O 70mol% B2O3 O 70mol% P2O5 2 IOmol%。
2.如權(quán)利要求1所述的生物活性干凝膠，其特征在于，所述生物活性干凝膠中含有如下摩爾含量的組分: CaO 25 50mol% SiO2 20 70mol% B2O3 O 45mol% P2O5 2 IOmol%。
3.如權(quán)利要求1所述的生物活性干凝膠，其特征在于，所述生物活性干凝膠中含有如下摩爾含量的組分: CaO 25 80mol%SiO2 O 70mol% B2O3 大于O且小于等于70mol % P2O5 2 IOmol%。
4.如權(quán)利要求3所述的生物活性干凝膠，其特征在于，所述生物活性干凝膠中含有如下摩爾含量的組分: CaO 30 50mol% SiO2 20 60mol% B2O3 5 45mol% P2O5 2 IOmol%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的生物活性干凝膠，其特征在于，所述石墨烯的含量為0.0024-0.024wt%o
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的生物活性干凝膠的制備方法，包括如下步驟: 1)制備濃度為0.0lg/L-1.0g/L的石墨烯水溶液； 2)合成溶膠:按配比將CaO的前驅(qū)物、SiO2的前驅(qū)物、B2O3的前驅(qū)物、P2O5的前驅(qū)物以及分散劑和無(wú)水乙醇于30-90°C下混合均勻，然后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆?，調(diào)整pH值為2-9，繼續(xù)攪拌直至得到清澈透明和性能穩(wěn)定的溶膠； 3)在步驟2)所得的溶膠中加入分散劑，然后加入步驟I)制備的石墨烯水溶液，獲得石墨烯均勻分散的溶膠，最后陳化8-10小時(shí)，得到濕凝膠； 4)將步驟3)所得濕凝膠經(jīng)保溫干燥，最終獲得本發(fā)明的生物活性干凝膠。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯的厚度為1-20個(gè)碳原子層的總厚度，其橫向尺寸為100納米到100微米。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述CaO的前驅(qū)物為四水硝酸鈣；所述SiO2的前驅(qū)物為正硅酸乙酯；所述B2O3的前驅(qū)物為硼酸三正丁酯或硼酸；所述P2O5的前驅(qū)物為磷酸三丁酯。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述無(wú)水乙醇的摩爾量與前驅(qū)物中各種酯的總摩爾量之比為2 8: I 2 ;所述去離子水與前驅(qū)物中各種酯的總摩爾量之比為4 8: I 2。
10.如權(quán)利要求6-9任一所述的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟3)中，所述的分散劑選自聚乙烯醇、草酸、檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。
11.如權(quán)利要求1-5任一所述的生物活性干凝膠的用途，其特征在于，所述生物活性干凝膠用于制備生物體硬組織的修復(fù)或填充材料。
12.如權(quán)利要求11所述的用途，其特征在于，所述生物活性干凝膠用于制備人體骨修復(fù)或填充材料。
13.如權(quán)利要求3-5任一所述的生物活性干凝膠的用途，其特征在于，所述生物活性干凝膠用作藥 物緩釋材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨烯/生物活性干凝膠及其制備工藝與應(yīng)用。其組分包括石墨烯和生物活性干凝膠，所述生物活性干凝膠包含如下摩爾百分含量的組分CaO25~80mol%，SiO20~70mol%，B2O30~70mol%，P2O52~10mol%；所述石墨烯的含量為0.0024-0.024wt%。本發(fā)明將石墨烯引入生物活性干凝膠中，使其礦化時(shí)間從正常的7-30天縮短到0.5到5小時(shí)；所用的溶膠凝膠制備工藝可以徹底避免高溫合成過(guò)程，從而滿足了與藥物、細(xì)胞或生長(zhǎng)因子復(fù)合制成具有骨組織生長(zhǎng)促進(jìn)和治療功能的生物醫(yī)用修復(fù)或填充材料的要求。
文檔編號(hào)A61L27/12GK103143057SQ20111044877
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者丁古巧, 李亞?wèn)|, 王陳, 謝曉明, 江綿恒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所