具有PHA覆膜的TiO₂納米管藥物緩釋材料及其應用的制作方法

專利名稱：具有PHA覆膜的TiO₂納米管藥物緩釋材料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于骨科植入材料表面處理的技術領域，尤其是涉及一種具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料及其應用。
背景技術：
鈦及鈦合金由于其高的機械強度、生物惰性、良好的生物相容性及彈性模量接近于人體骨骼的特點，而被廣泛地應用于骨科植入領域，。但人工關節植入后最嚴重的并發癥之一是術后感染，感染難以治愈的根本原因在于假體表面生物膜的形成和假體/組織界面缺乏免疫能力，從而利于細菌(主要是表皮葡萄球菌)在假體上定植。為了預防植入物感染，研究人員大都在植入物表面加載抗菌涂層，如應用共沉淀技術可將大量的抗生素整合到擬生態的磷酸鈣涂層中Alt，V.，A.Bitschnau,et al.(2006).The effects of combined gentamicin-hydroxyapatite coating forcementless joint prostheses on the reduction of infection rates in a rabbitinfection prophylaxis model.Biomaterials27 (26):4627-4634.。但該方法存在在涂層表面難以加載抗生素較難的問題，僅僅依靠藥物在涂層表面的物理吸附導致抗生素的加載量非常有限。。近年來，在Ti假體表面原位生長TiO2納米管的方法得到了高度重視。TiO2納米管具有納米級的管狀結構，可作為藥物負載部位和成骨細胞的生長點，且管狀結構利于調控藥物的負載、釋放過程。由此有人提出了在TiO2納米管內加載藥物，以達到在植入假體原位釋放藥物的效果的方法。針對此方法藥物釋放速率不可控，且釋放速率過快的缺點，有人提出了對TiO2納米管進行表面改性的解決辦法Song Y Y, Schmidt-Stein F, Bauer S,et al.Amphiphilic Ti02nanotube arrays:an actively controllable drug deliverysystem[J] Jour nal of the American Chemical Society, 2009,131(12):4230-4232.，但此方法步驟繁雜，難以調控，且針對不同的負載藥物時需進行不同的表面改性。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種實現了對藥物釋放過程的速率調控，延長了藥物的釋放時間，且該方法具有工藝簡單、效果可靠、過程安全、成本低廉的優勢的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料及其應用。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，該藥物緩釋材料為在外表面覆有聚羥基脂肪酸脂高分子膜的TiO2納米管。所述的聚羥基脂肪酸脂選自聚羥基丁酸酯3-羥基丁酸和3-羥基戊酸的共聚物或聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯中的一種或幾種。所述的聚羥基脂肪酸脂高分子膜的厚度為I微米-10微米。所述的聚羥基脂肪酸脂高分子膜為致密高分子膜或帶有孔隙的高分子膜。
具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料可以用于藥物負載，首先在TiO2納米管表面進行藥物的負載，然后在載藥后的TiO2納米管表面構建PHA高分子膜覆層，具體包括以下步驟:⑴藥物負載a、TiO2納米管的堿液處理:將通過陽極氧化法或者水熱合成法或模板法制備的TiO2納米管樣品在蒸餾水中清洗，然后浸入NaOH溶液中使其表面形成鈦酸鈉；b、藥物加載:將待負載的藥物混合在模擬體液(SBF)溶液中，然后將TiO2納米管浸泡于上述溶液內，在細胞培養器內孵育；C、載藥后的處理:藥物加載完成后置于室溫中干燥，然后冷藏保存。(2) PHA覆膜構建將PHA溶解于有機溶劑后，將加載好藥物的TiO2納米管放入上述PHA溶液中保溫，待有機溶劑揮發后，PHA膜形成于TiO2納米管表面，即完成對藥物的負載。所述的NaOH溶液的濃度為2.0-8.0mol/L, TiO2納米管在模擬體液中的浸泡時間為0.5-2h，在細胞培養器內培養的時間為24-72h。所述的藥物為慶大霉素或萬古霉素。所述的有機溶劑選自氯仿、丙酮或環己烷中的一種或幾種，保溫的溫度為40-60。。。所述的PHA覆膜還可以通過蒸鍍聚 合方法構建。聚羥基脂肪酸酯(PHA)是一種新型生物高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在人體內可以降解為小分子或單體，最終被機體吸收或代謝，無需取出。本發明利用TiO2納米管負載慶大霉素，并在納米管表面制備PHA膜，具有以下優點:1、本發明通過在TiO2納米管表面覆PHA膜，通過對PHA膜的降解速率、厚度與孔隙率的控制，可以延長藥物的釋放時間，調控藥物的釋放速率。2、由于PHA材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，減少了人體對覆膜材料的排異反應，并避免了覆膜材料的后續處理問題。3、通過對TiO2納米管管徑、管深、管壁、管排列構型等微觀結構參量的調控，可以實現對多種藥物，如慶大霉素、萬古霉素等的載釋，具有良好的普適性。
具體實施例方式具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，采用的是在外表面覆有聚羥基脂肪酸脂高分子膜的TiO2納米管。可以使用的聚羥基脂肪酸脂選自聚羥基丁酸酯3-羥基丁酸和
3-羥基戊酸的共聚物或聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯中的一種或幾種，在TiO2納米管外敷設的聚羥基脂肪酸脂高分子膜的厚度為I微米-10微米，可以為致密高分子膜，也可以是帶有孔隙的高分子膜。具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料可以用于藥物負載，首先在TiO2納米管表面進行藥物的負載，然后在載藥后的TiO2納米管表面構建PHA高分子膜覆層，具體包括以下步驟:(I)藥物負載a、TiO2納米管的堿液處理:將通過陽極氧化法或者水熱合成法或模板法制備的TiO2納米管樣品在蒸餾水中清洗，然后浸入濃度為2.0-8.0mol/L的NaOH溶液使其表面形成鈦酸鈉；b、藥物加載:將待負載的藥物，例如慶大霉素或萬古霉素混合在模擬體液(SBF)溶液中，然后將TiO2納米管浸泡于上述溶液內0.5-2h，在細胞培養器內孵育24-72h ；C、載藥后的處理:藥物加載完成后置于室溫中干燥，然后冷藏保存。(2) PHA覆膜構建PHA覆膜可以通過溶劑揮發法、蒸鍍聚合等方法構建，該處介紹溶劑揮發法:將PHA溶解于有機溶劑后，可以使用的有機溶劑包括氯仿、丙酮或環己烷中的一種或幾種，將加載好藥物的TiO2納米管放入上述PHA溶液中于40-60°C保溫，待有機溶劑揮發后，PHA膜形成于TiO2納米管表面，即完成對藥物的負載。下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1(I)TiO2納米管的制備:通過陽極氧化法制備出TiO2納米管，納米管管長
0.8-2.5 ii m，管內徑 70-140nm,管壁厚 20_40nm。(2)樣品載藥前的預處理:對TiO2納米管進行熱處理:在真空馬弗爐中從室溫升至400°C，速率為1°C /min，保溫4h，然后隨爐降溫。對熱處理后的樣品進行堿處理，將樣品浸到2.0M的NaOH溶液中2h在其表面形成鈦酸鈉。(3)慶大霉素的加載:將經過熱處理和堿處理的樣品浸到慶大霉素與模擬體液(SBF)的混合液中，在細胞培養器中孵育48h，得到負載慶大霉素的納米管。
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(4)在納米管管口制備PHA高分子膜:將2g的PHB溶解在2ml的氯仿溶液中，然后將加載好慶大霉素的TiO2納米管樣品水平放入P3，4HB/氯仿溶液中，在40°C的溫度下保溫，待氯仿揮發后，在TiO2納米管表面形成一層P3，4HB高分子膜。此方法使藥物的緩釋時間延長了 5倍以上。實施例2(I)TiO2納米管的制備:通過水熱合成法制備出TiO2納米管，納米管管長為
0.5-2 u m,管徑為 30-50nm，管壁厚為 5-lOnm。(2)樣品載藥前的預處理:對TiO2納米管進行熱處理:在真空馬弗爐中從室溫升至500°C，速率為3°C /min，保溫3h，然后隨爐降溫。對熱處理后的樣品進行堿處理，將樣品浸到5.0M的NaOH溶液中Ih在其表面形成鈦酸鈉。(3)萬古霉素的加載:將經過熱處理和堿處理的樣品浸到萬古霉素與模擬體液(SBF)的混合液中，在細胞培養器中孵育24h，得到負載萬古霉素的納米管。(4)在納米管表面制備PLGA高分子膜:將Ig的PHBV溶解在3ml的氯仿溶液中，然后將加載好萬古霉素的TiO2納米管樣品水平放入PLGA/氯仿溶液中，在50°C的溫度下保溫，待氯仿揮發后，在TiO2納米管上方形成一層PLGA高分子膜。此方法使藥物的緩釋時間延長了 4倍以上。實施例3(I)TiO2納米管的制備:通過陽極氧化法制備出TiO2納米管，納米管管長
0.8-2.5 ii m，管內徑 70-140nm,管壁厚 20_40nm。(2)樣品載藥前的預處理:對TiO2納米管進行熱處理:在真空馬弗爐中從室溫升至600°C，速率為5°C /min，保溫2h，然后隨爐降溫。對熱處理后的樣品進行堿處理，將樣品浸到8.0M的NaOH溶液中0.5h在其表面形成鈦酸鈉。(3)慶大霉素的加載:將經過熱處理和堿處理的樣品浸到慶大霉素與模擬體液(SBF)的混合液中，在細胞培養器中孵育72h，得到負載慶大霉素的納米管。(4)在納米管管口制備PHA高分子膜:將Ig的PHBHHx溶解在2ml的氯仿溶液中，然后將加載好慶大霉素的TiO2納米管樣品水平放入P3HB/氯仿溶液中，在60°C的溫度下保溫，待氯仿揮發后，在TiO2納米管上方形成一層P3HB高分子膜。此方法使藥物的緩釋時間延長了 5倍以上 。
權利要求
1.具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，其特征在于，該藥物緩釋材料為在外表面覆有聚羥基脂肪酸脂高分子膜的TiO2納米管。
2.根據權利要求1所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，其特征在于，所述的聚羥基脂肪酸脂選自聚羥基丁酸酯3-羥基丁酸和3-羥基戊酸的共聚物或聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，其特征在于，所述的聚羥基脂肪酸脂高分子膜的厚度為I微米-10微米。
4.根據權利要求1所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料，其特征在于，所述的聚羥基脂肪酸脂高分子膜為致密高分子膜或帶有孔隙的高分子膜。
5.根據權利要求1-4中任一項所述具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料用于藥物負載，首先在TiO2納米管表面進行藥物的負載，然后在載藥后的TiO2納米管表面構建PHA高分子膜覆層。
6.根據權利要求5所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，該緩釋材料在負載藥物時具體包括以下步驟: (1)藥物負載 a、Ti02納米管的堿液處理:將通過陽極氧化法或者水熱合成法或模板法制備的TiO2納米管樣品在蒸餾水中清洗，然后浸入NaOH溶液中使其表面形成鈦酸鈉； b、藥物加載:將待負載的藥物混合在模擬體液(SBF)溶液中，然后將TiO2納米管浸泡于上述溶液內，在細胞培養器內孵育； C、載藥后的處理:藥物加載完成后置于室溫中干燥，然后冷藏保存。(2)PHA覆膜構建 將PHA溶解于有機溶劑后，將加載好藥物的TiO2納米管放入上述PHA溶液中保溫，待有機溶劑揮發后，PHA膜形成于TiO2納米管表面，即完成對藥物的負載。
7.根據權利要求6所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，所述的NaOH溶液的濃度為2.0-8.0mol/L, TiO2納米管在模擬體液中的浸泡時間為0.5-2h，在細胞培養器內培養的時間為24-72h。
8.根據權利要求6所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，所述的藥物為慶大霉素或萬古霉素。
9.根據權利要求6所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，所述的有機溶劑選自氯仿、丙酮或環己烷中的一種或幾種，保溫的溫度為40-60°C。
10.根據權利要求6所述的具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料的應用，其特征在于，所述的PHA覆膜還可以通過蒸鍍聚合方法構建。
全文摘要
本發明涉及具有PHA覆膜的TiO2納米管藥物緩釋材料及其應用，該藥物緩釋材料為在外表面覆有聚羥基脂肪酸脂高分子膜的TiO2納米管，可以用于藥物負載，首先在TiO2納米管表面進行藥物的負載，然后在載藥后的TiO2納米管表面構建PHA高分子膜覆層。與現有技術相比，本發明通過在載藥后的TiO2納米管表面覆蓋PHA高分子膜，實現了對藥物釋放過程的速率調控，延長了藥物的釋放時間，且該方法具有工藝簡單、效果可靠、過程安全、成本低廉的優勢。
文檔編號A61L31/10GK103143068SQ20131008692
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者李華, 王珮, 嚴怡峰, 劉忠堂, 劉河洲, 陶文燕 申請人:上海交通大學, 上海市第六人民醫院