《基于溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃原料》团体标准-编制说明

1、基于溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃原料团体标准编制说明1 工作简况1.1 任务来源本标准的制定任务来源于中国生物材料学会2021年度第I批团体标准立项项目。由科技部重点研发计划项目：基于微环境定向调控可抑制骨与皮肤肿瘤复发的生物活性材料研制（编号：2021YFC2400500）和纳米生物活性玻璃新型骨重建材料及产品研发（编号：2018YFC1106300）；国家自然科学基金联合重点项目：生物打印多级仿生骨修复体及微营养通道构建（编号：U2001221）；国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目：硼硅酸盐生物活性玻璃介导骨再生微环境及其抑制骨肿瘤机制研究（编号：32161160327）

2、。1.2 起草工作组单位本标准起草单位：同济大学，中国科学院深圳先进技术研究院，大博医疗科技股份有限公司，深圳市中科海世御生物科技有限公司。本标准主要起草人：王德平、潘浩波、崔旭、曾达。1.3 主要工作过程和团体标准主要起草人及其所做工作在确定标准制定任务后，标准起草单位立刻依照国家有关规定及中国生物材料学会团体标准管理办法，根据相关要求及进度安排组织实施。在标准草案编制工作过程中，标准制定工作组通过大量文献查阅，参考了相关国家标准、行业标准，以对实验室制备和市售的溶胶-凝胶法生物活性玻璃原料进行各项主要技术指标检测和试验方法验证为依据，并在与本团体标准有关的科研、生产、使用、管理单位进行充分

3、沟通的基础上，起草制定了本团体标准。2 确定学会团体标准主要技术内容（如技术指标、参数等）2.1 本标准编制原则坚持适用性和有效性为准则，标准的编制不低于目前国内相关行业标准规定的限量指标，严格遵循GB/T 1.1-2020的要求进行编制，并且结合当前行业发展现状与特点，提高标准贯彻实施的实用性和可操作性。2.2 本标准主要内容本标准技术内容主要涉及溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃原料的技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存等要求。本标准4.2规定了溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃应B2O3-SiO2-P2O5-CaO四元体系为主，其中B2O3含量应控制在10-80 mol

4、%，SiO2含量应控制在10-80 mol%，P2O5含量应控制在0-10 mol%，CaO含量应控制在5-40 mol%。在此基础上可以添加其他元素以改善材料的理化及生物学性能，如添加：Na（不超过5 mol%），Sr（不超过10.0 mol%），Cu（不超过10.0 mol%），Zn（不超过10.0 mol%）等，但也不仅仅局限于上述Na、Sr、Cu和Zn等。本标准4.3规定了X射线衍射图谱以弥散性较强的衍射峰为主：结合溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料的研究基础，参考现行国标和行标，规定了应按照JY/T 0587-2020 转靶多晶体X射线衍射方法通则规定的实验方法对溶胶-凝胶法生物活

5、性玻璃原料进行表征与分析。本标准4.4规定了溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃的比表面积：利用BET法测试溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃的比表面积，其值应控制在50-300 m2/g范围。本标准4.5规定了红外吸收光谱特征峰：在X射线衍射图谱的基础上，增加了对红外吸收光谱特征峰的界定，以佐证溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料物相的表征。本标准4.6规定了重金属含量限值：为保证溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料的生物安全性，应严格按照规定控制重金属元素的残留。本标准4.7对溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃的生物活性给出判断方法：规定应按照硼硅酸盐生物活性玻璃原料的体外矿化方法对原

6、料的生物活性进行判断，48小时内应在材料表面有碳酸羟基磷灰石生成，随着时间的延长，材料表面矿化形成的碳酸羟基磷灰石生成量逐渐增多。2.3 本标准制定参考的主要依据标准制定中参考引用了GB/T 6682-2008分析实验室用水规格和试验方法、JY/T 0584-2020扫描电子显微镜分析方法通则、JY/T 0587-2020转靶多晶体X射线衍射方法通则、GB/T 19587-2017气体吸附BET法测定固态物质比表面积、GB/T 6040-2019红外光谱分析方法通则、中华人民共和国药典2020版四部通则、GB/T 2828.1-2012计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批

7、检验抽样计划等相关国家或行业标准。3 主要实验（验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期经济效果3.1 主要结果分析对溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料技术要求进行了规范和量化，由于本标准的测试检验方法采用了GB/T 6682-2008、JY/T 0584-2020、JY/T 0587-2020、GB/T 19587-2017、GB/T 6040-2019和GB/T 2828.1-2012等国家标准及中华人民共和国药典和相关行业标准的规定，因此，对测试检验方法可不再进行验证。溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料的主要验证试验包括原料外观、化学组成、晶相、比表面积、红外特征峰、重金属含量及生

8、物活性。所用的主要检测手段有X射线衍射分析、红外光谱分析、BET比表面积检测法及体外矿化实验等。溶胶-凝胶法硼硅酸盐生物活性玻璃原料外观上为白色、无臭、无味的非晶态无机颗粒或粉末，组成应以B2O3-SiO2-P2O5-CaO四元体系为主，在此基础上可以添加少量其他元素以改善材料的理化及生物学性能，如添加：Mg，Sr，Cu，B，F，K，Al等。X射线衍射谱应以弥散性较强的衍射峰为主，峰宽较宽，具有无定形态无机材料的典型特征。红外吸收光谱应该在540440 cm-1有特征性Si-O-Si弯曲振动吸收峰，800600 cm-1处有B-O弯曲振动吸收峰，1100-900 cm-1处有P-O、B-O、S

9、i-O的伸缩振动吸收峰。此外，可以在1260-1050 cm-1处有C-O伸缩振动吸收峰，或在16001300 cm-1处有BO3三角体的不对称伸缩振动吸收峰。当硼硅酸盐生物活性玻璃在体外矿化液中浸泡一定时间后，材料样品的FTIR光谱将发生一定的变化，其中以代表P-O弯曲振动的610-600和560-550 cm-1处的双振动吸收峰出现最具有标志性。随着浸泡时间增加，HCA层厚度逐渐增大，此双峰高度也逐渐增加。同时代表Si-O弯曲振动的540-440 cm-1处的反射峰高度下降，表示原始的材料表面被HCA所覆盖。这些标志性特征峰高度的变化可以作为判断材料生物活性的基本数据。重金属含量（以g/g

10、表示）要求：砷（As）3 g/g，镉（Cd）5 g/g，汞（Hg）5 g/g，铅（Pb）30 g/g，重金属总含量（以Pb计）50 g/g。3.2. 综述报告随着现代医学的发展和人们对健康要求的不断增高，生物医用材料逐渐被赋予了更高的要求。人们不仅希望其具备足够的安全性、良好的功能性及对相关疾病的治疗能力，甚至希望实现材料微环境与组织再生微环境的相互匹配。因此，研发具有主动调控及干预病理微环境的再生材料是下一代组织再生修复的临床迫切需求，通过新理论、新概念、新方法是实现生物医用材料跨越式发展的必然。上世纪末美国密苏里大学Day院士和Rahaman教授尝试设计新型玻璃组成，融合了硼和硅元素，开发

11、了硼/氧和硅/氧双网络玻璃结构，通过双网络组成配比可有效调控材料降解速率，实现多组成离子掺杂和功能调控。近期国内相关研究团队针对硼展开了生物学机制研究，发现硼是细胞代谢重要营养元素，可促进细胞早期活化，通过抑制FOXO信号通路，实现细胞抗凋亡，这对材料植入体内初期细胞抗氧化应激至关重要。进而，通过合理组成设计，可以形成理想的碱性微环境，调控成骨相关细胞活性，促进了干细胞成骨分化和血管形成，材料降解与再生适配，满足临床对新型功能材料的需求。产业方面，目前全球玻璃行业发展迅猛，我国的福耀玻璃在行业内独树一帜，然而围绕高端生物医学应用，国内传统玻璃企业尚缺乏认识，相关产品在国内销售少，产业认知度不高

12、，尚无成型的产业规模。而国外企业近年来在高端医学产品布局具有高度前瞻性。以康宁、Mo-Sci等一批生物活性玻璃龙头企业垄断了生物活性玻璃行业发展。虽然生物活性玻璃供给量针对传统玻璃和特种玻璃来讲属于小众产业，但是产品精度及批次稳定性要求极高，经济效益可观。以Mo-Sci为例，由美国密苏里大学Day院士创建，是美国中部一家不起眼的家族性小企业，员工人数100人不到，但是成为全球硼硅酸盐最大生产基地，是当地首屈一指的高新技术企业，是当地纳税大户，超过很多有影响力的企业。所生产的硼硅酸盐纤维为糖尿病足病人提供了修复材料，远销欧美，而在中国尚无一家企业能认识到生物活性玻璃所带来的巨大经济效应，不仅为创

13、面，同时为骨组织修复可提供重要的医用原材料。且近年来生物活性玻璃已列入国家食药总局医疗器械原材料目录，因此，硼硅酸盐生物活性玻璃的发展将在新产品体系开发中得到巨大的生机！然而，目前硼硅酸盐生物活性玻璃在国内尚未建立起相关原料和产品标准体系，对产业研究仍然集中在高校和科研院所。为促进其产业发展，建立基于溶胶凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃相关标准，对其原料/产品的要求和测试技术进行规定，亟待必行。4 经济效果目前基于溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃在国内尚未建立起相关原料和产品标准体系，对产业研究仍然集中在高校和科研院所。为促进其产业发展，本标准拟建立溶胶-凝胶法制备的硼硅酸盐生物活性玻璃相关标准，对其原料/产品的要求和测试技术进行规定。而基于近年来生物活性玻璃已列入国家食药总局医疗器械原材料目录，因此，溶胶-凝胶法的硼硅酸盐生物活性玻璃的发展将在新产品体系开发中得到巨大的生机！5 采用国际标准的程度及水平的简要说明下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而成为本标准的条文。（1）GB/T 2828.1-2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划（2）GB/T 6040-2019 红外光谱分析方法通则（3）GB/T 6682-2008 分析实验室用水规格和试验方法（4）JY/T 0