Plga-peg-plga鑲嵌的礦化膠原塗層及製備方法

2023-06-01 16:34:51

專利名稱：Plga-peg-plga鑲嵌的礦化膠原塗層及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種同時具備高生物學響應性和可高效承載藥物的金屬植入體表面 PLGA-PEG-PLGA (PLGA 的英文全稱是 poly (lactic-co-glycolic acid)，中文標準命名是聚乳酸-羥基乙酸共聚物；PEG的英文全稱是polyethylene glycol)，中文標準命名是聚乙二醇)共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層及其製備方法。
背景技術：
礦化膠原由磷酸鈣鹽和膠原蛋白複合而成，與天然骨的結構和成分相似。研究表明(Dawson JI，et al. Biomaterials, 2009,29 (21): 3105-3116)，該複合材料具有優異的仿生性能，可有效促進骨整合過程，提高新骨形成能力。通過電化學沉積、旋塗法、仿生法等方式可使膠原分子及磷酸鹽組裝於金屬基板上，形成礦化膠原塗層。得到的金屬植入體不僅具備金屬良好的機械性能，而且能利用礦化膠原改善材料的生物活性。但另一方面，為了進一步提高骨修復手術的成功率，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釋放，在一定的時間內發揮效用。而相對於塊體藥物載體材料而言，塗層一般較薄，對藥物的容納能力相對較小，導致藥物在承載材料中的擴散快，其有效濃度無法在足夠長時間內維持在一定水平。為達到緩釋目的，要求藥物能大量進入載體材料，並能在體內緩慢持續釋放。這可通過在藥物控釋系統中加入可依據外部微環境變化作出響應而產生溶膠-凝膠相變化的高分子聚合物來實現。其中，PLGA-PEG-PLGA作為同時具備熱響應性和良好生物相容性的溫敏聚合物材料具有很大的應用前景。該材料在臨界溶解溫度(28°C左右)以下時為溶膠，溫度上升時由於疏水相互作用加強或氫鍵受到破壞而形成凝膠。在臨界溶解溫度以下將其與藥物共混，升高溫度後可使藥物分子包裹於凝膠體系中，減緩藥物在體內的釋放。有關研究 (Song ZM, et al. Journal of Colloid and Interface Science, 2011， 354:116-123) 報導了利用PLGA-PEG-PLGA的溫敏特性使其隨溫度進行原位結構變化達到有效載藥釋藥的目的，但一般在其塊狀水凝膠狀態下運用，未發現有將其與其他材料複合製成塗層的報導。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層及製備方法。該塗層沉積於金屬植入體表面，使其具備高生物學響應性和高效緩釋藥物的功能。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層，它包括一金屬基板，所述金屬基板表面沉積了多孔礦化膠原塗層，多孔礦化膠原塗層內鑲嵌 PLGA-PEG-PLGA。一種上述PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層的製備方法，它包含以下步驟 (1)金屬基板表面預處理包括對金屬基板表面進行清潔、控制粗糙度、處理氧化物層等；
(2)配製電解液，利用電化學沉積在金屬植入體表面得到多孔礦化膠原塗層配製的電解液中含有Ca2+、H2P04_、H202和膠原，它們的濃度分別為4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0. 1 0. 6g/L和15 20 mmol/L,電解液的pH為4. 3 4. 6 ；金屬基板為陰極，鉬電極為陽極，電解液置於溫度為37°C的水浴中，陰極與陽極之間距離為1 2cm，採用恆壓模式，沉積電壓範圍為2. 0 2. 5V，沉積時間為30 60min ；電化學沉積結束後將金屬基板用去離子水清洗，自然風乾；
(3)將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為3 6g/L的溶膠，將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於上述溶液中，在4 20°C下放置5 10h，然後在35 40°C下放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶膠轉變為凝膠，鑲嵌於多孔塗層中；最後取出金屬基板並烘乾，製得本發明PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。本發明的有益效果是，本發明採用電化學製備具有多孔結構的礦化膠原塗層，利用其多孔結構鑲嵌PLGA-PEG-PLGA溫敏聚合物，從而顯著改善了塗層對藥物的緩釋行為， 使其在具備高生物學響應性的同時，高效承載並緩慢釋放生長因子、抗生素、蛋白類藥物等，在硬骨組織修復領域具有廣泛的應用前景。


圖1是37°C下，PLGA-PEG-PLGA與鹽酸萬古黴素混合液中不同PLGA-PEG-PLGA濃度下藥物釋放曲線；
圖2是4°C和37°C下PLGA-PEG-PLGA濃度為3g/L時的藥物釋放曲線，混合液中鹽酸萬古黴素的濃度均為4g/L。
具體實施例方式本發明中的PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層，包括一金屬基板，金屬基板表面沉積了多孔礦化膠原塗層，多孔礦化膠原塗層內鑲嵌PLGA-PEG-PLGA。PLGA-PEG-PLGA為溫敏聚合物，溫度改變時可發生溶膠-凝膠轉變，轉變臨界溫度約為。藥物於低溫(U8°C )加載於塗層中，在體溫時(37 °C )釋放。本發明涉及的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層的製備方法包含以下步驟
1、金屬基板表面預處理包括對金屬基板表面進行清潔、控制粗糙度、處理氧化物層寸。2、配製電解液，利用電化學沉積在金屬植入體表面得到多孔礦化膠原塗層。本發明中，配製的電解液中含有Ca2+、H2POp H2O2和膠原，它們的濃度分別為4 8mmol/L、8 16 mmol/L、15 20 mmol/L 和 0. 1 0. 6g/L,電解液的 pH 為 4. 3 4. 6 (用 0. 25 lmol/L的NaOH溶液調節)。金屬基板為陰極，鉬電極為陽極，電解液置於溫度為37°C 的水浴中，陰極與陽極之間距離為1 2cm，採用恆壓模式，沉積電壓範圍為2. 0 2. 5V，沉積時間為30 60min。電化學沉積結束後將金屬基板用去離子水清洗，自然風乾，得到表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板。礦化膠原為膠原與磷酸鈣礦物的複合物，在未加載溫敏聚合物時該礦化膠原層為多孔準三維結構，為容納PLGA-PEG-PLGA提供合適的空間條件。3、將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為3 6g/L的溶膠，將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於溶膠中，在較低溫度下(4 20°C)放置5 10h，然後在較高溫度下(35 40°C )放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶膠轉變為凝膠，鑲嵌於多孔塗層中。最後取出金屬基板並烘乾，製得本發明PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。PLGA-PEG-PLGA為溫敏聚合物，溫度升高時可發生溶膠-凝膠轉變，轉變臨界溫度為左右，載藥時其為溶膠狀態，釋藥時為凝膠狀態。本發明的使用過程如下將本發明製備得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層浸於藥物溶液中10 12h，藥物溶液的溫度為4 20°C，使藥物充分載入該塗層， 然後藥物溶液的溫度升溫至35 40°C後繼續放置2 5h，最後將塗層烘乾。所述藥物為需承載的生長因子、抗生素等藥物，藥物濃度根據實際應用情況調節。根據體內溫度環境， 藥物緩釋在37 °C左右進行。體外釋放實驗在PBS溶液(pH為7. 0 7. 4)中進行，利用紫外分光光度計測量藥物釋放量。37°C下PLGA-PEG-PLGA為凝膠狀態，可減緩初期藥物的爆發性釋放，延長藥物作用時間。本發明的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層中，電沉積得到的礦化膠原塗層具有多孔結構，為容納PLGA-PEG-PLGA和藥物分子提供了一定的空間。同時，一定量的 PLGA-PEG-PLGA與礦化膠原結合，但未覆蓋整個礦化膠原層，使礦化膠原仍可發揮其高生物響應性的功能，有效促進骨整合過程。在小於PLGA-PEG-PLGA的臨界溶解溫度時，其為溶膠狀態，藥物分子可載入塗層，溫度升至37°C左右時，PLGA-PEG-PLGA轉變為凝膠，其緻密結構對藥物分子的擴散具有一定的阻擋作用，從而實現塗層緩釋效果，延長藥物的作用時間。以下結合具體實例來說明本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。實施例1
將膠原溶於0. 005mol/L醋酸中，攪拌後形成膠原濃度為0. 5g/L的溶液，將 Ca(NO3)2 · 6H20和NH4H2PO4溶解於去離子水中，與膠原溶液及少量雙氧水混合形成鈣、磷、 H2O2、膠原濃度分別為8 mmol/L、16 mmol/L、15 mmol/L、0. 6g/L的電解液，用NaOH溶液將電解液PH調節至4. 3。將表面預處理後的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為 lcm，取15ml電解液置於在37°C水浴中，採用恆壓沉積模式，電壓2. 5V。沉積30min後取出鈦基板，去離子水清洗後自然風乾獲得多孔礦化膠原梯度塗層。將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為3g/L的溶膠，於4°C貯存。將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於上述溶液中，在4°C下放置10h，然後在35°C下放置10h。最後取出金屬基板並烘乾，製得PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。將製備得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層浸於4g/L的鹽酸萬古黴素溶液中10h，藥物溶液的溫度為4°C，使藥物充分載入該塗層，然後將藥物溶液的溫度升溫至35°C後繼續放置2h，最後將塗層烘乾。體外藥物釋放實驗表明，藥物持續釋時間可達4天以上。實施例2
將膠原溶於0. 005mol/L醋酸中，攪拌後形成膠原濃度為0. 5g/L的溶液，將 Ca(NO3)2 · 6H20和NaH2PO4溶解於去離子水中，與膠原溶液及少量雙氧水混合形成鈣、磷、H2O2、膠原濃度分別為4 mmol/L、8 mmol/L、20 mmol/L、0. lg/L的電解液，用NaOH溶液將電解液PH調節至4. 6。將表面預處理後的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為2cm，取15ml電解液置於在37°C水浴中，採用恆壓沉積模式，電壓2. 5V。沉積45min後取出鈦基板，去離子水清洗後自然風乾獲得多孔礦化膠原梯度塗層。將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為6g/L的溶膠，於4°C貯存。將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於上述溶液中，在20°C下放置證，然後在40°C下放置證。最後取出金屬基板並烘乾，製得PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。將製備得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層浸於4g/L的鹽酸萬古黴素溶液中12h，藥物溶液的溫度為20°C， 使藥物充分載入該塗層，然後將藥物溶液的溫度升溫至40°C後繼續放置池，最後將塗層烘乾。體外藥物釋放實驗表明，藥物持續釋時間可達4天以上。實施例3
將膠原溶於0. 005mol/L醋酸中，攪拌後形成膠原濃度為0. 5g/L的溶液，將 Ca(NO3)2 · 6H20和NaH2PO4溶解於去離子水中，與膠原溶液及少量雙氧水混合形成鈣、磷、 H2O2、膠原濃度分別為6 mmol/L、12 mmol/L、18 mmol/L、0. 4g/L的電解液，用NaOH溶液將電解液PH調節至4. 5。將表面預處理後的鈦板作為陰極，鉬電極作為陽極，陰陽兩電極間距為 1. 5cm，取15ml電解液置於在37°C水浴中，採用恆壓沉積模式，電壓2. 0V。沉積60min後取出鈦基板，去離子水清洗後自然風乾獲得多孔礦化膠原梯度塗層。將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為6g/L的溶膠，於4°C貯存。將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於上述溶液中，在4°C下放置10h，然後在37°C下放置證。最後取出金屬基板並烘乾，製得PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。將製備得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層浸於4g/L的鹽酸萬古黴素溶液中10h，藥物溶液的溫度為4°C，使藥物充分載入該塗層，然後將藥物溶液的溫度升溫至40°C後繼續放置2h，最後將塗層烘乾。體外藥物釋放實驗表明，藥物持續釋時間可達4天以上。上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層，其特徵在於，它包括一金屬基板，所述金屬基板表面沉積了多孔礦化膠原塗層，多孔礦化膠原塗層內鑲嵌PLGA-PEG-PLGA。
2.—種權利要求1所述PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層的製備方法，其特徵在於， 它包含以下步驟(1)金屬基板表面預處理包括對金屬基板表面進行清潔、控制粗糙度、處理氧化物層等；(2)配製電解液，利用電化學沉積在金屬植入體表面得到多孔礦化膠原塗層配製的電解液中含有Ca2+、H2P04_、H202和膠原，它們的濃度分別為4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0. 1 0. 6g/L和15 20 mmol/L,電解液的pH為4. 3 4. 6 ；金屬基板為陰極，鉬電極為陽極，電解液置於溫度為37°C的水浴中，陰極與陽極之間距離為1 2cm，採用恆壓模式，沉積電壓範圍為2. 0 2. 5V，沉積時間為30 60min ；電化學沉積結束後將金屬基板用去離子水清洗，自然風乾；(3)將PLGA-PEG-PLGA加去離子水配製成濃度為3 6g/L的溶膠，將製得的表面具有多孔礦化膠原塗層的金屬基板浸於上述溶液中，在較低溫度下放置5 10h，然後在較高溫度下放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶膠轉變為凝膠，鑲嵌於多孔塗層中；最後取出金屬基板並烘乾，製得本發明PLGA-PEG-PLGA共聚物鑲嵌的礦化膠原塗層。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，所述較低溫度為 4 20°C，所述較高溫度為；35 40°C。
全文摘要
本發明公開了一種PLGA-PEG-PLGA鑲嵌的礦化膠原塗層及製備方法。本發明通過電化學沉積，調節沉積參數，在金屬植入體表面構建具有多孔結構的礦化膠原塗層，在該結構中鑲嵌溫敏聚合物PLGA-PEG-PLGA，使塗層成為優良的藥物緩釋系統，用於生物因子、抗生素等藥物的體內控釋。PLGA-PEG-PLGA隨溫度變化可發生溶膠-凝膠轉變。利用該特性，於其溶膠狀態將生物因子、抗生素等載入，並於其凝膠狀態將藥物釋放，可優化塗層的緩釋行為。該法製得的塗層可利用礦化膠原傳遞生物信號、溫敏聚合物有效控釋藥物，使塗層在具備高生物學響應性的同時，具有良好的藥物緩釋功能，在硬骨組織修復領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號B32B15/00GK102423927SQ20111027100
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月14日 優先權日2011年9月14日
發明者凌婷, 杜丕一, 程逵, 翁文劍, 韓高榮 申請人:浙江大學