一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜及其制備方法

專利名稱：一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜及其制備方法
技術領域：
本發明屬靜電紡藥物緩釋納米纖維膜及其制備領域，特別是涉及一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜及其制備方法。
背景技術：
牙周炎已被醫學界定論為口腔健康的“頭號殺手”，也被稱為繼癌癥、心腦血管疾病之后，威脅人類身體健康的第三大殺手。在我國口腔病的患病率已經高達97.6%，許多人忍受著口腔病的痛苦。據研究口腔病患主要是由牙周組織直接或間接感染導致的，因此牙周炎的治療對我國乃至全球都是刻不容緩的。牙周病是由牙菌斑引起的牙周組織的慢性破壞性疾病，如果得不到有效治療就會使牙齒松動脫落。牙周病治療分傳統治療法(刮牙、拔牙等)及抗菌藥物治療法(含全身及局部用藥)。雖然能夠不同程度上改善牙周炎的臨床癥狀，但是傳統治療法整體上療效低、根治難、復發率高；而全身用藥到達局部的藥物濃度不高，不僅造成大量藥物的浪費，還可引起如肝腎損害、口腔與消化道菌群失調或抗藥性增強等副作用。局部用藥藥量小，副作用小，能在牙周袋內短期達到高濃度，減少齦下菌斑，療效超過全身給藥的作用，且不影響口腔其他部位的正常菌群，安全性更大。但這些藥物不易維持，藥物易流失，一旦漱口或沖洗停止，易于復發。牙周引導組織再生技術是當今最新和最先進的牙周治療技術，在臨床工作中已得到廣泛的應用，且受到了良好的療效。目前臨床使用的牙周再生片是一種用于治療牙周炎的微孔膜片，植入后可達到物理性阻擋牙齦結締組織細胞和上皮細胞與牙根先接觸，保證根部殘余的牙周膜組織來源細胞和牙槽骨細胞優先占據面并在其上生長和向冠方爬行，以此來達到生理性修復。通常要求牙周再生片透氣性好，良好的保形性，需要具備良好的彈性和一定的力學性能，從而起到增強骨架的作用，并保證牙周再生片在臨床治療中不致坍塌。還具有一定的阻擋作用，并有利于抗菌消炎，避免引起細菌感染或炎癥。目前市場上的牙周再生片主要分為金屬和可降解兩類。但是金屬牙周再生片卻存在著二次手術去除牙周片、二次感染發炎、手術費用高等弊端。將生物降解材料引入牙周引導組織再生術，避免了二次手術取出材料的不便，無疑具有良好的應用前景。有些研究者已采用一些生物可降解聚合物為原料，通過一些編制或者靜電紡等工藝制備成牙周再生片(CN1775312A ； CN101607098A ；CN101791431A) 0如沈新元等人采用熔融紡絲法制備出生物可降解聚乳酸_羥基乙酸共聚物紗線，再通過編制和后涂層工藝制備牙周再生片骨架(CN1775312A)。 浙江大學胡巧玲等人結合流涎成膜法與靜電紡絲法在殼聚糖基質膜上電紡一層具有多孔結構的羥基磷灰石/殼聚糖/聚乙烯醇無紡布膜(CN101607098A)。同濟大學趙鵬等人通過靜電紡絲工藝以聚乳酸、聚己內酯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、膠原、改性殼聚糖等生物可降解材料為原料制備出薄膜材料，并通過超分子負載技術在該薄膜材料上負載多種生長因子(CN101791431A)。不足的是這類產品采用較為復雜的復合工藝制作，而采用涂覆載藥，產品抗菌殺菌效果時間偏短，容易產生二次感染等問題。為了解決上述問題，研究者將藥物直接載入生物可降解聚合物中制成片或膜等形狀，藥物的引入可以殺死病原體，當然最好希望材料具有藥物緩釋功能使得病患區存于抗菌的環境中，這有利于牙周組織細胞的再生。韓國東國制藥株式會社的鄭鐘平等將藥物與聚酯內酯熔融混合，再通過擠壓成膜(CN1083355A)。Zamani等人將甲硝唑苯甲酸和聚己內酯混合，再通過靜電紡將其制備成具有緩釋功能的納米纖維膜(Zamani M, Morshed M, Varshosaz J, Jannesari M. Controlled release of metronidazole benzoate from poly(ε-caprolactone)electrospun nanofibers for periodontal diseases. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 2010 ；75 179-185), Jit^j 己內酯基的載藥納米纖維膜的力學強度和親水性能都不夠理想，納米纖維膜很容易快速降解或者載體整體崩坍。最近，Bottino等人設計出了一種分級結構的牙周再生膜，主要由聚(乳酸_己內酯)共聚物(PLCL)納米纖維膜、羥基磷灰石與聚乳酸及蛋白質三元混合納米纖維膜、甲硝唑與蛋白質混合納米纖維膜三層組成(Bottino MC, Thomas V，Janowski GM.A novel spatially designed and functionally graded electrospun membrane for periodontal regeneration. Acta Biomaterialia 2011 :216_224)。貞^！！胃^！巾胃有大量親水性羥基的羥基磷灰石不僅可以誘導細胞生長，而且還可以顯著提高材料的力學性能，而膜層中的甲硝唑還可以抗菌殺菌。不足的是膜層中的羥基磷灰石降解困難，只是簡單提及甲硝唑的藥物緩釋功能。盡管生物可降解的牙周再生片得到了臨床應用，但是仍然有一些問題需要解決， 如純生物可降解聚合物普遍存在的力學性能差與疏水性強，容易導致材料崩塌與細胞黏附困難；若將藥物通過涂層工藝或采用疏水聚合物為載體，藥物往往富集在材料的表面，易出現藥物早期“突釋”現象，難以持續釋放。研究表明纖維素納米晶具有優良的生物可降解性、優異的生物與組織相容性、并帶有豐富親水性的羥基，其高強高模(楊氏模量高達150GPa)和較大的長徑比使得這種棒狀或橢圓狀的納米材料適合用作生物納米增強劑。此外，人體組織細胞可以在纖維素納米晶表面很好地黏附和生長(Khaled A. Mahmoud, Jimmy A. Mena, Keith B. Male, Sabahudin Hrapovic, Amine Kamen, and John H. Τ. Luong. Effect of surface charge on the cellular uptake and cytotoxicity of fluorescent labeled cellulose nanocrystals. ACS Appl Mater Interfaces2010 ；2 2924-2932)。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜及其制備方法，該纖維膜為全生物降解產品，生物相容性好，對牙周炎具有優良的治療效果，應用前景廣闊；該方法簡單快捷、廉價高效，適合于工業化批量生產。本發明的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，該納米纖維膜包括生物降解聚合物、纖維素納米晶CNCs和活性藥物，其中生物降解聚合物與CNCs的質量比為 4-99 1 ；該藥物緩釋納米纖維膜的活性藥物實際負載量為10-500 μ g/mg。所述的纖維素納米晶CNCs呈棒狀或橢圓狀，其直徑為10-500nm，長徑比為 10-200。所述的生物降解聚合物為聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯 (PCL)或聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)。
所述的活性藥物為鹽酸四環素、四環素堿類、鹽酸二甲胺四環素、甲硝唑、甲硝唑苯甲酸或布洛芬。所述的藥物緩釋納米纖維膜的尺寸為100-2000nm，膜厚為50nm-800 μ m ；其直徑隨納米晶含量的增加而減少，膜厚隨紡絲時間增大而增厚；其孔徑結構可通過紡絲液的濃度、溶劑體系和紡絲工藝進行調節。本發明的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜的制備方法，包括(1)攪拌下，將分散在有機溶劑A中的纖維素納米晶CNCs加入到生物降解聚合物的有機溶液B中，得到混合液，其中生物降解聚合物與CNCs在混合液中的質量分數之和為 7-25%，生物降解聚合物與CNCs的質量比為4-99 1，有機溶劑A與有機溶劑B的質量比為 1 1-9 ；(2)將上述混合液升溫到40-70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫，然后將活性藥物加入混合液中，得到穩定均一的靜電紡原液，其中活性藥物的質量為生物降解聚合物與CNCs的總質量的1-25% ；(3)對上述靜電紡原液進行靜電紡絲，然后將收集到的產物于室溫真空干燥 12-24h，即得。所述步驟(1)中的有機溶劑A為N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N_ 二甲基乙酰胺、四氫呋喃、乙醇或甲醇。所述步驟⑴中的有機溶劑B為二氯甲烷、1，2_氯乙烷、氯仿、丙酮、二乙二醇二甲醚或乙酸乙酯。所述步驟(3)中的靜電紡絲的工藝為針管內徑為0. 7mm,電壓為10_18kV，接受距離為10-20cm，流動速率為1.0-5mL/h，采用旋轉滾筒收集高度取向納米纖維或纖維膜，采用平板電極收集微孔結構的納米纖維或纖維膜。本發明所涉及的纖維素納米晶CNCs為自制，其制備方法見中國發明專利《一種窄分布纖維素納米晶的制備方法》，公開號CN 102040663A，
公開日2011年5月4日。本發明將纖維素納米晶引入生物可降解的牙周再生片，將生物降解聚合物、纖維素納米晶和活性藥物混合靜電紡絲，利用纖維素納米晶的高剛性與富含的親水性基團，可以有效改善現有牙周再生膜力學性能差與疏水性強、細胞不易生長等問題；尺寸小與比表面積較大的纖維素納米晶也可以很好地固定住活性藥物，使其均勻地嵌入純的生物降解聚合物中，有效地實現活性藥物緩釋、避免二次感染等問題。有益效果本發明與現有技術相比具有以下顯著特點(1)本發明所采用的原料聚合物和纖維素納米晶均為生物可降解材料，所需要的化學藥品種類少且成本低廉，制備過程簡單、可控、快捷、高效；納米纖維膜的制備是在常規靜電紡絲裝置上實施的，不需要特別的昂貴的設備，適合于納米纖維膜的大批量生產。(2)與一般牙周再生片相比，本發明制備可用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜為全生物降解產品，生物可降解與生物相容性好，具有較高的載藥量，活性藥物釋放可持續20天以上，這使得牙腔病患區始終處于一個殺菌抗菌的環境，有效避免了其他同類產品的二次感染等問題，而且本產品具有較好的力學性能和適宜的親水性能，其中抗拉強度最大可達8. 4Mpa，接觸角最低可達38°，這避免了納米膜在早期釋放易崩坍的問題，同時親水性表面利于正常牙周組織細胞的再生。(3)本發明所制備的藥物緩釋納米纖維膜可隨口腔部位進行任意的調節或裁剪， 其微孔結構、力學性能、親水性能與緩釋功能都可以可通過紡絲液的濃度、溶劑體系和紡絲工藝進行調節。特別是這種多功能性的納米纖維膜在多功能性牙周再生膜材料、新型納米藥物載體、濕性傷口敷料等等領域展示出了迷人的應用前景。


圖1藥物緩釋納米纖維膜的掃描電鏡圖(SEM)；圖2藥物緩釋納米纖維膜的抗拉強度與CNCs含量的函數關系圖；圖3藥物緩釋納米纖維膜的接觸角與CNCs含量的函數關系圖；圖4藥物緩釋納米纖維膜在不同的CNCs與活性藥物含量的活性藥物緩釋圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1(1)將分散在N，N- 二甲基甲酰中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的氯仿溶液中，其中PHBV與CNCs在混合液中的質量分數之和為9%，PHBV 與CNCs的質量比為9 1，N，N-二甲基甲酰胺與氯仿的質量比為1 8;(2)將混合液升溫到70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將鹽酸四環素加入混合液中，其中鹽酸四環素的質量為PHBV與CNCs的總質量的5%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為1. 8mL/h、電壓為15kV 和接收距離為16cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用平板電極收集，將上述產物室溫下真空干燥24h，得到載藥的PHBV/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡(SEM)觀察獲得其纖維直徑為200nm(見圖1)；納米纖維膜經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為6. SMpa(見圖2)，材料再經接觸角測試后得其接觸角為68° (見圖3)，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為 40μ g/mg，包封率為80%，活性藥物持續釋放時間能達到456小時。實施例2(1)將分散在N，N-二甲基乙酰胺中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚乳酸 (PLA)的氯仿溶液中，其中PLA與CNCs在混合液中的質量分數之和為16%，PLA與CNCs的質量比為5 1，N，N-二甲基乙酰胺與氯仿的質量比為1 7;(2)將混合液升溫到60°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將鹽酸二甲胺四環素加入混合液中，其中鹽酸二甲胺四環素的質量為PLA與CNCs的總質量的 10%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為1. 5mL/h、電壓為15kV和接收距離為18cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空干燥20h，得到載藥的PLA/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為128nm ；材料經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為6. IMPa，材料再經接觸角測試后得其接觸角為45°，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為92μ g/mg，包封率為92%，活性藥物持續釋放時間能達到336小時。實施例3(1)將分散在四氫呋喃中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚(乳酸_羥基乙酸)共聚物(PLGA)的丙酮溶液中，其中PLGA與CNCs在混合液中的質量分數之和為7%， PLGA與CNCs的質量比為49 1，四氫呋喃與丙酮的質量比為1 2;(2)將混合液升溫到58°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將甲硝唑苯甲酸加入混合液中，其中甲硝唑苯甲酸的質量為PLGA與CNCs的總質量的19%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為1. OmL/h、電壓為12kV 和接收距離為14cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空干燥15h，得到載藥的PLGA/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為875nm ；材料經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為3. IMpa，材料再經接觸角測試后得其接觸角為95°，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為160μ g/mg，包封率為84%，活性藥物持續釋放時間能達到528小時。實施例4(1)將分散在四氫呋喃中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚己內酯(PCL)的二氯甲烷溶液中，其中PCL與CNCs在混合液中的質量分數之和為12%，PCL與CNCs的質量比為18 1，四氫呋喃與二氯甲烷的質量比為1 3;(2)將混合液升溫到45°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將甲硝唑加入混合液中，其中甲硝唑的質量為PCL與CNCs的總質量的25%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為4. OmL/h、電壓為16kV 和接收距離為16cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空干燥12h，得到載藥的PCL/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為320nm ；材料經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為4. 9Mpa，材料再經接觸角測試后得其接觸角為90°，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為220μ g/mg，包封率為88%，活性藥物持續釋放時間能達到408小時。實施例5(1)將分散在N，N- 二甲基乙酰胺中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚己內酯 (PCL)的乙酸乙酯溶液中，其中PCL與CNCs在混合液中的質量分數之和為20%，PCL與CNCs 的質量比為90 1，N，N-二甲基乙酰胺與乙酸乙酯的質量比為1 8;(2)將混合液升溫到62°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將甲硝唑加入混合液中，其中甲硝唑的質量為PCL與CNCs的總質量的15%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為1. 8mL/h、電壓為15kV 和接收距離為17cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空干燥24h，得到載藥的PCL/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為52nm ；材料經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為2. 6Mpa，材料再經接觸角測試后得其接觸角為53°，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為180μ g/mg，包封率為90%，活性藥物持續釋放時間能達到384小時。實施例6(1)將分散在N，N- 二甲基甲酰胺中的纖維素納米晶邊攪拌邊緩慢加入聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的氯仿溶液中，其中PHBV與CNCs在混合液中的質量分數之和為10%， PHBV與CNCs的質量比為4 1，N，N-二甲基甲酰胺與氯仿的質量比為1 8. 5 ；(2)將混合液升溫到61°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫；隨后將布洛芬加入混合液中，其中布洛芬的質量為PHBV與CNCs的總質量的8%，得到穩定均一的靜電紡原液；(3)將上述配制的紡絲液，在針管內徑為0. 7mm、流動速率為1. 2mL/h、電壓為15kV 和接收距離為18cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，采用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空干燥20h，得到載藥的PHBV/CNC納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為122nm ；材料經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為8. 4Mpa，材料再經接觸角測試后得其接觸角為38°，產品再經紫外分光光度計測試得納米纖維膜的實際載藥量為48μ g/mg，包封率為96%，活性藥物持續釋放時間能達到480小時。
權利要求
1.一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，該納米纖維膜包括生物降解聚合物、纖維素納米晶CNCs和活性藥物，其中生物降解聚合物與CNCs的質量比為4-99 1 ；該藥物緩釋納米纖維膜的活性藥物實際負載量為10-500 μ g/mg。
2.根據權利要求1所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，其特征在于 所述的纖維素納米晶CNCs呈棒狀或橢圓狀，其直徑為10-500nm，長徑比為10-200。
3.根據權利要求1所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，其特征在于 所述的生物降解聚合物為聚羥基丁酸戊酸酯PHBV、聚乳酸PLA、聚己內酯PCL或聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物PLGA。
4.根據權利要求1所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，其特征在于 所述的活性藥物為鹽酸四環素、四環素堿類、鹽酸二甲胺四環素、甲硝唑、甲硝唑苯甲酸或布洛芬。
5.根據權利要求1所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜，其特征在于 所述的藥物緩釋納米纖維膜的尺寸為100-2000nm，膜厚為50 nm-800 μ m0
6.一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜的制備方法，包括(1)攪拌下，將分散在有機溶劑A中的纖維素納米晶CNCs加入到生物降解聚合物的有機溶液B中，得到混合液，其中生物降解聚合物與CNCs在混合液中的質量分數之和為 7-25%，生物降解聚合物與CNCs的質量比為4-99 1，有機溶劑A與有機溶劑B的質量比為 1 1-9 ；(2)將上述混合液升溫到40-70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻后降至室溫，然后將活性藥物加入混合液中，得到穩定均一的靜電紡原液，其中活性藥物的質量為生物降解聚合物與CNCs的總質量的1-25% ；(3)對上述靜電紡原液進行靜電紡絲，然后將收集到的產物于室溫真空干燥12-24h， 即得。
7.根據權利要求6所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的有機溶劑A為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、乙醇或甲醇。
8.根據權利要求6所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的有機溶劑B為二氯甲烷、1，2_氯乙烷、氯仿、丙酮、二乙二醇二甲醚或乙酸乙酯。
9.根據權利要求6所述的一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述步驟⑶中的靜電紡絲的工藝為針管內徑為0. 7mm,電壓為10_18kV，接受距離為10-20cm，流動速率為1.0-5mL/h，采用旋轉滾筒收集高度取向納米纖維或纖維膜， 采用平板電極收集微孔結構的納米纖維或纖維膜。
全文摘要
本發明涉及一種用于治療牙周炎的藥物緩釋納米纖維膜及其制備方法，該納米纖維膜包括生物降解聚合物、纖維素納米晶和活性藥物，其中生物降解聚合物與纖維素納米晶的質量比為4-99∶1；該納米纖維膜的活性藥物實際負載量為10-500μg/mg；其制備方法包括(1)攪拌下，將分散在有機溶劑A中的纖維素納米晶加入到生物降解聚合物的有機溶液B中，得到混合液；(2)將上述混合液中加入活性藥物，得到靜電紡原液；(3)對上述靜電紡原液進行靜電紡絲，將產物干燥，即得。本發明制備工藝簡單快捷、廉價高效，適合于工業化批量生產；所得的纖維膜生物相容性好、載藥量高、活性藥物緩釋緩慢、親水性能適宜，應用前景廣闊。
文檔編號D01D5/00GK102423506SQ20111040986
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者余厚詠, 田菲, 秦宗益 申請人:東華大學