專利名稱：醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球膠原涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球(Chitosan nanospheres)的膠原涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
基于仿生觀念，以膠原為模板，在鈣-磷鹽溶液中調(diào)制礦化，得到磷酸鈣礦物相與膠原自組裝、礦化而成的具有仿天然骨分級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層由于其優(yōu)越的生物活性受到了廣泛關(guān)注(Michael Maas, et al.Nano Lett.2011, 11，1383 - 1388).目前，在金屬基體上制備礦化膠原涂層的方法主要有電化學(xué)沉積法、旋涂法、和仿生沉積法。這些方法都能得到均勻分布的礦化膠原涂層。其中，電化學(xué)沉積由于其設(shè)備及操作簡(jiǎn)單、制備過程高效而引起了研究者的關(guān)注。與仿生沉積相比，它只需要基體導(dǎo)電，而不需要對(duì)基體表面的生物活性或溶液的過飽和度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。同時(shí)，由于電解沉積時(shí)陰極周圍有PH梯度，可實(shí)現(xiàn)在保持整體溶液酸性的條件下使金屬基板附近達(dá)到高的PH，有利于只有在低pH下才能溶解的生物分子(如膠原、殼聚糖)的共沉積。通過該種方法制備的金屬植入體不僅具備金屬良好的機(jī)械性能，而且能利用礦化膠原改善材料的生物活性，從而加速術(shù)后的骨整合，減少術(shù)后康復(fù)所需時(shí)間。為了防止手術(shù)過程中引起的感染和進(jìn)一步減少術(shù)后康復(fù)時(shí)間，往往需要在植入體中加載生長因子、抗生素等藥物，使其在患處緩慢持續(xù)釋放，在一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮效用。而相對(duì)于塊體藥物載體材料而言，涂層一般較薄，對(duì)藥物/生物因子的容納能力相對(duì)較小，導(dǎo)致藥物在承載材料中的擴(kuò)散快，其有效濃度無法在足夠長時(shí)間內(nèi)維持在一定水平。為達(dá)到藥物/生物因子在涂層材料中的緩釋目的，要求藥物能充分進(jìn)入載體材料，并和載體材料有較好的結(jié)合性能。這可以通過在載體材料中加入對(duì)藥物/生物因子具有較好結(jié)合性能的多官能團(tuán) 的高聚物微球來實(shí)現(xiàn)。其中殼聚糖可以與膠原獲得良好的雜化，膠原的旁側(cè)基團(tuán)能與和殼聚糖中的-OH基團(tuán)和-NH2基團(tuán)的能形成氫鍵，膠原尾部的-COOH基團(tuán)和-NH2基團(tuán)也能和殼聚糖中的-OH和-NH2基團(tuán)形成氫鍵，因此可以顯示良好的結(jié)合特性。但盡管已有將殼聚糖分子嵌入到涂層中用以藥物緩釋的研究，但是將殼聚糖微球嵌入礦化膠原涂層中用以藥物/生物分子緩釋的研究未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、具有高生物學(xué)響應(yīng)性和高效緩釋藥物性能的醫(yī)用金屬植入體表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層的制備方法。本發(fā)明的嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層的制備方法，其過程如下:
包括以下步驟:
1)清潔金屬基板表面；
2)將殼聚糖溶于濃度為166.7mM醋酸溶液中，配制濃度為12.5g/L的殼聚糖醋酸溶液，調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液的PH值為5 6 ;
3)將三聚磷酸鈉溶于去離子水中，配制濃度為12.5g/L的三聚磷酸鈉溶液；
4)攪拌下，將上述三聚磷酸鈉溶液逐滴滴入殼聚糖醋酸溶液中，殼聚糖醋酸溶液與三聚磷酸鈉溶液的體積比為3:2，保持?jǐn)嚢鑜h，得到懸光液，離心，濾去上層液體，收集下層沉淀物，烘干，得到殼聚糖微球；
5)配制電解液:將含鈣化合物溶于水中，配制成鈣濃度為lOmlTlOOmM的含鈣水溶液，將含磷化合物溶于水中，配制成含磷濃度為KTlOOmM的含磷水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到A溶液，將I型膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為
0.5g/L的溶液，將該膠原溶液與A溶液混合后加入步驟4)制得的殼聚糖微球，使鈣、磷、膠原、殼聚糖的濃度分別為4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0.1 0.6g/L、0.01 0.24g/L,調(diào)整電解液pH值為4.3 4.6 ;
6)將電解液置于溫度為37°C的恒溫槽中，以金屬基板為陰極，鉬電極為陽極，陰極與陽極之間距離為I 2cm，采用恒壓模式進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積電壓為2.0 2.8V，沉積30 60min,取出金屬基板,用去離子水清洗，自然風(fēng)干,得到金屬植入體表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。本發(fā)明中，所述的殼聚糖的分子質(zhì)量為100(T100000。所述的I型膠原為倍菱液態(tài)
膠原。`本發(fā)明中，所述的含鈣化合物可以是Ca(NO3)2 *6H20或CaCl2。所述的含磷化合物可以是 NH4H2PO4 或 NaH2PO415本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用電化學(xué)制備獲得具有多孔結(jié)構(gòu)的礦化膠原涂層，利用其多孔結(jié)構(gòu)嵌入殼聚糖微球，從而顯著改善了涂層對(duì)藥物的緩釋行為，使其在具備高生物學(xué)響應(yīng)性的同時(shí)，可高效承載并緩慢釋放生長因子、抗生素、蛋白類藥物等，在硬骨組織修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是殼聚糖微球的形貌。圖2是嵌入殼聚糖微球量為0.01 g/L的礦化膠原涂層的形貌 圖3是嵌入殼聚糖微球量為0.04 g/L的礦化膠原涂層的形貌。圖4是嵌入殼聚糖微球量為0.24 g/L的礦化膠原涂層的形貌
圖5是殼聚糖微球加入量為0.0lg/L、0.04g/L、0.24g/L的藥物釋放曲線對(duì)比。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)例來說明本發(fā)明:
實(shí)施例1
將殼聚糖溶于166.7mM的醋酸溶液中，制備出12.5g/L的殼聚糖醋酸溶液，調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液的PH值為5.0 ;
將三聚磷酸鈉(TPP)溶于去離子水中，制備出12.5g/L的三聚磷酸鈉溶液。在磁力攪拌器攪拌下，使用注射器將三聚磷酸鈉溶液逐滴滴入殼聚糖醋酸溶液中，殼聚糖醋酸溶液與三聚磷酸鈉溶液的體積比為3:2，保持?jǐn)嚢鑜h，，得到懸光液。將懸光液在高速離心機(jī)下高速離心(3000r/min) 15min,濾去上層液體,收集下層沉淀物,在37°C烘箱內(nèi)烘干,制備得到的殼聚糖微球形貌如圖1所示。配制電解液:將Ca(NO3)2 6H20溶于水中，配制成鈣濃度為80mM的Ca(NO3)2水溶液，將NH4H2PO4溶于水中，配制成含磷濃度為80mM的NH4H2PO4水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到A溶液。將倍菱液態(tài)膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的溶液，將該膠原溶液與A溶液混合后加入殼聚糖微球，使鈣、磷、膠原、殼聚糖的濃度分別為8mmol/L、16 mmol/L、0.6g/L、0.01g/L，再用NaOH溶液調(diào)整電解液pH值為
4.3.以表面清潔處理后的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為1cm，取15ml電解液置于在37°C恒溫槽中，采用恒壓電化學(xué)沉積模式，電壓2V，沉積30min后取出鈦基板，去離子水清洗后自然風(fēng)干，得到鈦板表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。制備10mg/ml的鹽酸萬古霉素溶液，將該鹽酸萬古霉素藥物溶液40 ii L滴加到本例制備的鈦板表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層中，烘干，涂層形貌如圖2所示。該涂層在PBS溶液中的鹽酸萬古霉素釋放曲線如圖5所示。實(shí)施例2
將殼聚糖溶于166.7mM的醋酸溶液中，制備出12.5g/L的殼聚糖醋酸溶液。調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液的PH值為5.0 ;
將三聚磷酸鈉(TPP)溶于去離子水中，制備出12.5g/L的三聚磷酸鈉溶液。在磁力攪拌器攪拌下，使用注射器將三聚磷酸鈉溶液逐滴滴入殼聚糖醋酸溶液中，殼聚糖醋酸溶液與三聚磷酸鈉溶液的體積比為3:2，，保持?jǐn)嚢鑜h，得到懸光液。將懸光液在高速離心機(jī)下高速離心(3000r/min) 15min,濾去上層液體,收集下層沉淀物,在37°C烘箱內(nèi)烘干,得到殼聚糖微球；
配制電解液:將CaCl2溶于水中，配制成鈣濃度為80mM的CaCl2水溶液，將NaH2PO4溶于水中，配制成含磷濃度為80mM的NaH2PO4水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到A溶液。將倍菱液態(tài)膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的溶液，將該膠原溶液與A溶液混合后加入殼聚糖微球，使鈣、磷、膠原、殼聚糖的濃度分別為8mmol/L、16 mmol/L、 0.6g/L、0.04g/L,用 NaOH 溶液調(diào)整電解液 pH 值為 4.3.以表面清潔處理后的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為1cm，取15ml電解液置于在37°C恒溫槽中，采用恒壓電化學(xué)沉積模式，電壓2V，沉積30min后取出鈦基板，去離子水清洗后自然風(fēng)干，得到鈦板表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。制備10mg/ml的鹽酸萬古霉素溶液,將本發(fā)明制得的嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層滴加該藥物溶液40 yL，最后將涂層烘干。涂層形貌如圖3所示。該涂層在PBS溶液中的鹽酸萬古霉素釋放曲線如圖5所示
實(shí)施例3
將殼聚糖溶于166.7mM的醋酸溶液中，制備出12.5g/L的殼聚糖醋酸溶液。調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液的PH值為6.0 ;
將三聚磷酸鈉(TPP)溶于去離子水中，制備出12.5g/L的三聚磷酸鈉溶液。在磁力攪拌器攪拌下，使用注射器將三聚磷酸鈉溶液逐滴滴入殼聚糖醋酸溶液中，殼聚糖醋酸溶液與三聚磷酸鈉溶液的體積比為3:2，，保持?jǐn)嚢鑜h，得到懸光液。將懸光液在高速離心機(jī)下高速離心(3000r/min) 15min,濾去上層液體,收集下層沉淀物,在37°C烘箱內(nèi)烘干,得到殼聚糖微球；
配制電解液:將Ca (NO3) 2 *6H20溶于水中，配制成鈣濃度為80mM的Ca (NO3) 2水溶液，將NH4H2PO4溶于水中，配制成含磷濃度為80mM的NH4H2PO4水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到A溶液。將倍菱液態(tài)膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為
0.5g/L的溶液，將該膠原溶液與A溶液混合后加入殼聚糖微球，使鈣、磷、膠原、殼聚糖的濃度分別為8mmol/L、16 mmol/L、0.6g/L、0.24g/L，用NaOH溶液調(diào)整電解液pH值為4.3.將表面清潔處理后的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為1cm，取15ml電解液置于在37°C恒溫槽中，采用恒壓電化學(xué)沉積模式，電壓2V，沉積30min后取出鈦基板，去離子水清洗后自然風(fēng)干，得到鈦板表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。

制備10mg/ml的鹽酸萬古霉素溶液,將本發(fā)明制得的嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層滴加該藥物溶液40 yL，最后將涂層烘干。涂層形貌如圖4所示。該涂層在PBS溶液中的鹽酸萬古霉素釋放曲線如圖5所示。從圖5可見，通過調(diào)節(jié)殼聚糖微球的含量，可以調(diào)控涂層的釋藥性能。
權(quán)利要求
1.醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球膠原涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)清潔金屬基板表面； 2)將殼聚糖溶于濃度為166.7mM醋酸溶液中，配制濃度為12.5g/L的殼聚糖醋酸溶液，調(diào)節(jié)殼聚糖醋酸溶液的PH值為5 6 ; 3)將三聚磷酸鈉溶于去離子水中，配制濃度為12.5g/L的三聚磷酸鈉溶液； 4)攪拌下，將上述三聚磷酸鈉溶液逐滴滴入殼聚糖醋酸溶液中，殼聚糖醋酸溶液與三聚磷酸鈉溶液的體積比為3:2，保持?jǐn)嚢鑜h，得到懸光液，離心，濾去上層液體，收集下層沉淀物，烘干，得到殼聚糖微球； 5)配制電解液:將含鈣化合物溶于水中， 配制成鈣濃度為lOmlTlOOmM的含鈣水溶液，將含磷化合物溶于水中，配制成含磷濃度為KTlOOmM的含磷水溶液，將含鈣水溶液和含磷水溶液攪拌混合，得到A溶液，將I型膠原溶于0.005mol/L醋酸中，攪拌后形成膠原濃度為0.5g/L的溶液，將該膠原溶液與A溶液混合后加入步驟4)制得的殼聚糖微球，使鈣、磷、膠原、殼聚糖的濃度分別為4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0.1 0.6g/L、0.01 0.24g/L,調(diào)整電解液pH值為4.3 4.6 ; 6)將電解液置于溫度為37°C的恒溫槽中，以金屬基板為陰極，鉬電極為陽極，陰極與陽極之間距離為I 2cm，采用恒壓模式進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積電壓為2.0 2.8V，沉積30 60min,取出金屬基板,用去離子水清洗，自然風(fēng)干,得到金屬植入體表面嵌有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球膠原涂層的制備方法，其特征在于所述的殼聚糖的分子質(zhì)量為100(T100000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球膠原涂層的制備方法，其特征在于所述的I型膠原為倍菱液態(tài)膠原。
全文摘要
本發(fā)明公開的醫(yī)用金屬植入體表面嵌入殼聚糖微球膠原涂層的制備方法，是采用電化學(xué)沉積法，通過調(diào)整電解液pH值、加載電壓等參數(shù)，在基板上形成嵌入有殼聚糖微球的礦化膠原涂層。該法工藝簡(jiǎn)單，制得的涂層嵌入有殼聚糖微球，由于殼聚糖微球能有效控釋生物因子或抗生素等藥物的作用，使涂層在具備高生物學(xué)響應(yīng)性的同時(shí)，具有良好的藥物緩釋功能，在硬骨組織修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C25D9/08GK103074659SQ20131003347
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者翁文劍, 孔子強(qiáng), 程逵, 王慧明, 林軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)