《熔融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、基于熔融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2022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）。1.

2、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熔融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、管理单位进行充分沟通的基础上

3、，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熔融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规定了熔融法硼硅酸盐生物活性玻璃应其中R2O为Na或K的一种或多种，M为Ca、Mg的一种或多种。SiO2含量范围为10-54 mol%，B2O3含量范

4、围为10-54 mol%，作为硼硅酸盐生物活性玻璃网络外体的R2O含量应控制在2-22 mol%，MO含量则应控制在10-35 mol%，而P2O5含量应不高于10 mol%。在此基础上可以添加其他元素以改善材料的力学及生物学性能，如添加：Mg，Sr，Cu，B，F，K，Al，Zn等（但也不仅局限于上述离子）。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：结合熔融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熔融法生物活性玻璃原料进行表征与分析。本标准4.4规定了红外吸收光谱特征峰：在X

5、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，以佐证熔融法硼硅酸盐生物活性玻璃原料物相的表征。本标准4.5规定了重金属含量限值：为保证熔融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4.6对熔融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-

6、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 6040-2019红外光谱分析方法通则、中华人民共和国药典2020四部通则、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（1）外观硼硅酸盐生物活性玻璃宏观为白色粉末，无肉眼可见的杂色物（如图1）。硼硅酸盐生物活性玻璃原料的微观形貌为典型玻璃破碎后的无规则形貌，粒径范围为10-45微米。图1. 硼硅酸盐生物活性玻璃的微观形貌和粒径分

7、布（2）粒度在粒度范围内的产品应不小于90%，不允许有大于粒度上限值以上两个筛级的筛孔尺寸值的粉末颗粒存在。如图2为硼硅酸盐生物活性玻璃原料的粒径检测结果。其中：D10 2.336 m、D50 14.234 m、D90 33.847 m。基于硼硅酸盐生物活性玻璃原料的技术要求，粒径范围为40 m，且90%的硼硅酸盐生物活性玻璃粒径小于33.847 m。图2. 硼硅酸盐生物活性玻璃的粒径检测结果（3）结晶度和红外吸收光谱如图3为硼硅酸盐生物活性玻璃的XRD和红外结果。XRD结果表明，硼硅酸盐生物活性玻璃为典型的无定型的非结晶峰特征，在X射线衍射图谱中不存在明显的结晶峰。而分析红外的结果可知，47

8、0 cm-1处的小峰是Si-O-Si的弯曲振动（Si-O-SiBV）引起的，570 cm-1波数处的小峰是BO3三角体中B-O-B的对称弯曲振动（BO3BV）引起的，位于700 cm-1波数处的小峰被认为是五硼酸盐中B-O-B的对称弯曲振动（B-OBV）引起的，940 cm-1处的峰对应为SiO4四面体中每个Si连接着两个非桥氧键（Si2NBO）的红外振动峰，1080 cm-1处的峰是Si-O-Si的非对称伸缩振动峰（Si-O-SiSV），位于1300-1600 cm1波数区域内的红外峰也同样是BO3三角体的非对称伸缩振动引起的（BO3ASSV），1240 cm-1处的峰则与BO4的非对称伸缩

9、振动有关（BO4ASSV）。因此，硼硅酸盐生物活性玻璃包含有硅氧和硼氧形成基团的振动峰。 图3. 硼硅酸盐生物活性玻璃的XRD（a）和红外（b）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，

10、开发了硼/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

11、不高，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

12、为创面，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，建立熔融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，本标准拟建立熔融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，熔融法制备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 0584-2020 扫描电子显微镜