明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層及其製備方法

2023-06-18 11:55:56 4

專利名稱：明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層及其製備方法，屬於生 物塗層材料領域。
背景技術：
藥物塗層在製藥工藝中有著廣泛的應用。大多數藥物塗層的製備是將活性 成分溶解或分散在塗層中來達到控制釋放的目的。在這些藥物塗層中，藥物的 釋放主要分為兩個階段首先是初期的藥物快速釋放階段，然後是長時間的藥 物緩慢釋放階段。眾所周知，持續低於最低抑菌濃度的釋放會使生物體產生抗 藥，因此最適宜的釋放方式為以藥物濃度高於最低抑菌濃度並使的藥物以穩定 的速率釋放。據報導當釋放的驅動力是滲透壓時，藥物釋放速率是恆定的[Wang, C. Y; Ho， H. O.; Lin, L. H.; Lin, Y K.; Sheu, M. T. /W. J i^arm. 2005， 297, 89-97]。
由於明膠和磷酸鈣鹽具有獨特的化學和生物性能，所以它們被廣泛地研究 作為塗層材料[Pang， L.; Hu, Y.; Yan, Y.; Liu, L.; Xiong, Z.; Wei, Y; Baj,丄<SW/ Cod 7fec/7wo/. 2007,201,9549-9557]。膠原質和磷灰石分別是骨組織中主要的無 機和有機成分。其中膠原質變性後形成明膠，明膠分子中含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列，據報導這種胺基酸序列能夠刺激造骨細胞的粘附從而改善 骨整合[Ruoslahti, E.; Pierschbacher， M. D. "z^ce. 1987， 238, 491-497]。.而磷酸鈣 鹽，包括羥基磷灰石(HAp)、磷酸三鈣(TCP)、磷酸八鈣(OCP)等等，能顯 著提高支架與周圍骨組織的結合性，不會在支架和活體組織界面處形成纖維組 織隔層從而使植入體發生鬆動[Ducheyne, P.; Qiu， Q.別omaferz'ak 1999， 20, 2287-2303]。但是，到目前為止，由於一般的明膠Z磷酸鈣鹽塗層達不到均一釋 放藥物的效果，因此，改善該塗層並使其保持恆定速率控制藥物釋放既具有重 大意義，又極富有應用價值。

發明內容
本發明的第一 目的在於提供一種明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備 方法。本發明的第二目的是提供一種明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層 本發明第一目的的方案如下
1、 基體的前處理
用醫用Ti合金或Co合金片(Ti合金主要包括Ti-6Al-4V、 Ti-15Mo、 Ti-Ni 和Ti-6Al-7Nb等；Co合金主要包括CoNiCrMo、 CoCrMo禾口 CoCrMoC等)作
為基體。在鍍膜之前，基體經碳化矽砂紙打磨，隨後在丙酮，乙醇和去離子水 中超聲清洗，接著浸泡在酸液中鈍化，水洗，乾燥。
2、 準備磷酸鈣鹽粉體(主要包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、磷酸八鈣三種類 型)，配置浸漬液。
上述磷酸鈣鹽主要有四種來源
(1) 通過固相反應法製得。根據配方將原料磨細混合，在高溫下進行合成製得。
(2) 通過水熱合成反應法製得。以CaCl2[或Ca(N03)2]與^112 04為原料， 以合金為陰極，以石墨為陽極，控制一定的pH和沉積時間，隨後經水蒸氣處理 製得。
(3) 通過化學共沉澱法製得。用CaCl2[或Ca(N03)2]與磷酸鹽[(NH4)3P04, (NH4)2HP04， NH4H2P04]溶液進行反應，沉澱經過濾，乾燥製得。
(4)市售購得。
上述方法所得的磷酸鈣鹽通常為粉末顆粒，顆粒大小不等。有長度在30nm 50nm之間，直徑在10nm 15nm之間的短棒狀晶體[Hu, X. J.; Liu, J. K.; Lu, y.; Mu,J.M"tedert. 2008, 62, 3824-3826];有尺寸為0. 8|im l. ,m，晶粒邊緣有 銳化現象的》-TCP相晶體[Yang， H.; Zhao, P. Z. / i/ewa" 7Voam^ Um'vem'^(2Va^ra/5We"ce;. 2007, 35, 122-124];也有長度在50jim 150nm之間， 直徑在lpm 2^im之間的纖維狀晶體[Wang, YB.; Lu, X.; Wang, J. X.; Qu, S. X., Weng， J. J. i^wcA ^fafer Dev. 2007, 13, 409-414]。
取濃度為10 80g/L所準備的磷酸鈣鹽粉末經超聲分散於去離子水中。接 著在20 9(TC的環境下，按明膠與磷酸鈣鹽的質量比為5 50將濃度為50 500g/L的明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬液中的所有氣泡。
3、 在醫用Ti合金或Co合金片基體上形成明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層。
在2(K90。C環境下，將醫用Ti合金或Co合金片(Ti合金主要包括Ti-6A1-4V、 Ti-15Mo、 Ti-Ni和Ti-6Al-7Nb等；Co合金主要包括CoNiCrMo、 CoCrMo和 CoCrMoC等)基體浸入浸漬液中，然後基體以l 50mm/min的速率提拉成塗層，反覆多次，控制塗層厚度在30 300微米之間。提拉所形成的塗層在空氣中幹 燥20 90分鐘，接著將其浸入到含有濃度為5 100mg/mL疏水性藥物(布洛 芬或萘普生)的無水乙醇中進行相分離，浸入時間為12小時 16S小時。浸泡 時間越長，孔隙率越大，載藥量越高。塗層接著浸入到含有體積分數為5 50% 戊二醛，濃度為5 100mg/mL疏水性藥物(布洛芬或萘普生)的乙醇中交聯1~8 天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗。最後，所形成的塗層 在20 90。C下乾燥到恆重。
本發明第二目的的實施方案如下-
在醫用Ti合金或Co合金片(Ti合金主要包括Ti-6A1-4V、 Ti-15Mo、 Ti-Ni 和Ti-6Al-7Nb等；Co合金主要包括CoNiCrMo、 CoCrMo和CoCrMoC等)基
體上製備得到的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層，塗層厚度在30 300微米之間，分 緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為3 30微米，多孔內層孔隙率 為20 80%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為5 50。
上述明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層的結構與浸入無水乙醇中的時間密切相關， 在無水乙醇中浸泡時間越長，塗層的孔隙率越高。明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層的 載藥量隨著浸入無水乙醇中時間的延長和無水乙醇中藥物濃度的上升而增加。
本發明塗層實驗結果測試及表徵如下
1、 體外藥物釋放實驗，具體步驟如下將樣品垂直浸入pH-7 8的SBF溶 液[Kokubo， T.; Miyaji， F.; Kim， H. M.; Nakamura, T. J爿w Ceram Soc 1996， 79, U27]中，溫度維持在37"C左右。相隔一定時間抽取樣品以供檢測藥物濃度，並 用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由紫外-可見吸收光譜儀檢測， 特徵吸收在200 400nm。
2、 理論計算塗層在體外誘導磷酸鈣鹽形成的能力，具體步驟如下將樣 品垂直浸入SBF溶液中，溶液的溫度維持在37。C左右。為了保證各種離子濃度 在實驗過程中的恆定，SBF溶液定期更換。體外生物活性實驗持續21天以上。
3、 結構表徵
利用超聲波細胞粉碎機，X-射線衍射儀(XRD)，和掃描電子顯微鏡(SEM)， 對所得到的產物進行表徵。 本發明塗層的效果特點
本發明利用提拉成膜和相分離法製備得到明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層，該塗 層在控制藥物釋放時，釋放驅動力為滲透壓。理論計算和體外釋放實驗均表明 藥物以恆定速率釋放且持續釋放21天以上，達到了理想釋控藥物的目的，可以有效地預防和治療術後感染，降低細菌感染率。
隨著明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層浸入SBF溶液中的時間延長，磷酸鈣鹽會逐
漸地沉積在塗層表面。當浸入超過14天後，磷酸鈣鹽全部覆蓋了原始表面。與 純明膠層和裸露的醫用Ti合金表面相比，明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層能更快地誘 導磷酸鈣鹽在其表面的沉積。


圖1明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層斷面的SEM圖片。圖中可以清楚地看到不對 稱塗層分為緻密外層和多孔內層。
圖2明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層緻密外層的SEM圖片。圖中可以看到緻密外 層的厚度為IO微米。
圖3明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層表面的SEM圖片。從圖上可以看到不對稱塗 層的孔分布均一。
圖4明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中的釋放曲線。釋放曲線表明藥 物以恆定速率釋放且可持續釋放達30天。
圖5明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡3天後的SEM圖片。圖 片顯示原始表面的局部區域有少量顆粒生成。
圖6明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡7天後的SEM圖片。圖 片顯示沉積物已經覆蓋了大部分表面。
圖7明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡14天後的SEM圖片。圖 片顯示沉積物完全覆蓋了原始表面。
圖8明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡21天後的SEM圖片。圖 片顯示粒徑為1 10微米的球形顆粒覆蓋原始表面，而這些球形顆粒是由針狀 納米顆粒所組成的。
圖9明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡不同時間後表面的鈣、磷 含量和鈣與磷的摩爾比的變化曲線。曲線表明隨著浸入時間的延長，鈣和磷的 含量逐漸上升。
圖10明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層浸入SBF溶液中不同時間後的XRD圖譜。 圖譜表明隨著浸入時間的延長，磷酸鈣會逐漸地沉積在塗層表面。
具體實施例方式
以下以實施例的方式說明本發明，但不止限制於下述實施例。實施例1
以Ti-6Al-4V合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經 碳化矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分 鍾。接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10 分鐘，水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液， 並用氨水將溶液的pH值調到10。配製0.5M(NH4)2HPO4的水溶液，並用氨水將 溶液的pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並 伴隨著劇烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。磷酸氫二銨溶液滴加完畢後，反應 液繼續陳化3小時。最後，產物經抽濾，水洗3次，乙醇洗2次，並在60。C下 乾燥至恆重。取l.OOg所製備的羥基磷灰石粉末經超聲分散於50 ml去離子水中。 接著在4(TC的環境下，將10.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬 液中的所有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬液中，然 後基體以7 mm/min的速率提拉成塗層，提拉5次。提拉所形成的塗層在空氣中 乾燥30分鐘，接著將其浸入到含有40 mg/ml疏水性藥物布洛芬的無水乙醇中進 行相分離。浸入4天後，塗層接著浸入含有10%戊二醛，40 mg/ml疏水性藥物 布洛芬的乙醇中交聯2天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗， 4(TC下乾燥到恆重。
在上述Ti-6Al-4V合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為130 微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為IO微米，多孔內層孔 徑為2微米，孔隙率為40%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為10。
將樣品垂直浸入20mlpJ^7.4的SBF溶液中，溫度維持在37。C左右。相隔 一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由紫 外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在264nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中，溶 液的溫度維持在37"C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續21天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
圖1為明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層斷面的SEM圖片。圖中可以清楚地看到 130微米厚的不對稱塗層分為IO微米厚的緻密外層和120微米厚的多孔內層(孔 徑大約2微米，孔隙率為40%)。圖2為明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層緻密外層的 SEM圖片。圖中可以看到緻密外層的厚度為IO微米。圖3為明膠/磷酸鈣鹽不 對稱塗層表面的SEM圖片。從圖上可以看到不對稱塗層的孔分布均一。圖4為明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中的釋放曲線。當不對稱塗層控制藥物的 釋放時，釋放驅動力為滲透壓。理論計算和體外釋放實驗均表明藥物以恆定速
率釋放且可持續釋放30天。圖5為明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸 泡3天後的SEM圖片。圖片顯示原始表面的局部區域有少量顆粒生成。圖6為 明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡7天後的SEM圖片。圖片顯示沉 積物已經覆蓋了大部分表面。圖7為明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸 泡14天後的SEM圖片。圖片顯示沉積物完全覆蓋了原始表面。圖8為明膠/磷 酸轉鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡21天後的SEM圖片。如圖所示，粒徑為 1 10微米的球形顆粒覆蓋原始表面，而這些球形顆粒是由針狀納米顆粒所組成 的。圖9為明J交/磷酸鈣鹽不對稱塗層在SBF溶液中浸泡不同時間後表面的鈣、 磷含量和鈣與磷的摩爾比的變化曲線。曲線表明隨著浸入時間的延長，鈣和磷 的含量逐漸上升，磷酸鈣逐漸地沉積在塗層的表面。圖10為明膠/磷酸鈣鹽不對 稱塗層浸入SBF溶液中不同時間後的XRD圖譜。從圖譜中，可以進一步看到隨 著明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層浸入SBF溶液中的時間延長，磷酸鈣會逐漸地沉積 在塗層表面。當浸入超過14天後，磷酸鈣全部覆蓋了原始表面。與純明膠層和 裸露的醫用Ti合金表面相比，明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層能更快地誘導磷酸鈣鹽 在其表面的沉積。
實施例2
Ti-6A1-4V合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳 化矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液，並用氨 水將溶液的pH值調到10。配製0.5M(NH4)2HPO4的水溶液，並用氨水將溶液的 pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並伴隨著劇 烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。滴加完畢後，產物經抽慮，水洗3次，乙醇 洗2次，濾餅置於表面皿中，放置於管式爐中，在80(TC的溫度下，煅燒2h， 空氣中冷卻至室溫。取l.OOg所製備的磷酸三鈣粉末經超聲分散於50 ml去離子 水中。接著在40。C的環境下，將15.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除 在浸漬液中的所有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬液 中，然後基體以6.5mm/min的速率提拉成塗層，提拉6次。提拉所形成的塗層 在空氣中乾燥30分鐘，接著將其浸入到含有40 mg/ml疏水性藥物萘普生的無水乙醇中進行相分離。浸入3天後，塗層接著浸入含有15%戊二醛，30mg/ml疏 水性藥物萘普生的乙醇中交聯3天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水 乙醇衝洗，4(TC下乾燥到恆重。
在上述Ti-6Al-4V合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為140 微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為14微米，多孔內層孔 徑為3微米，孔隙率為35%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為15。
將樣品垂直浸入20mlpI^7.4的SBF溶液中，溫度維持在37。C左右。相隔 一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由紫 外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在266nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中，溶 液的溫度維持在37"C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續21天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有140微米厚，分為14微米厚的緻密外層和 126微米厚的多孔內層(孔徑大約3微米，孔隙率為42%)，其它結果類似實施 例l。
實施例3
Ti-15Mo合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳化 矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液，並用氨 水將溶液的pH值調到10。配製0.5M(NH4)2HPO4的水溶液，並用氨水將溶液的 pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並伴隨著劇 烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。磷酸氫二銨溶液滴加完畢後，反應液繼續陳 化3小時。最後，產物經抽濾，水洗3次，乙醇洗2次，並在6(TC下乾燥至恆 重。取1.00g所製備的羥基磷灰石粉末經超聲分散於50ml去離子水中。接著在 4(TC的環境下，將10.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬液中的 所有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬液中，然後基體 以15mm/min的速率提拉成塗層，提拉12次。提拉所形成的塗層在空氣中乾燥 30分鐘，接著將其浸入到含有40 mg/ml疏水性藥物布洛芬的無水乙醇中進行相 分離。浸入3天後，塗層接著浸入含有25%戊二醛，55 mg/ml疏水性藥物布洛 芬的乙醇中交聯5天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗，40"下乾燥到恆重。
在上述Ti-15Mo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為160 微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為20微米，多孔內層孔 徑為6微米，孔隙率為50%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為10。
將樣品垂直浸入20mlpHN7.4的SBF溶液中，溫度維持在37。C左右。相隔 一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由紫 外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在264nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中，溶 液的溫度維持在37"C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續21天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有160微米厚，分為20微米厚的緻密外層和 140微米厚的多孔內層(孔徑大約6微米，孔隙率為50%)，其它結果類似實施
實施例4
Ti-15Mo合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳化 矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2mlHF、 4mlHN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液，並用氨 水將溶液的pH值調到10。配製0.5M (NH4)2HP04的水溶液，並用氨水將溶液的 pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並伴隨著劇 烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。磷酸氫二銨溶液滴加完畢後，反應液繼續陳 化3小時。最後，產物經抽濾，水洗3次，乙醇洗2次，並在6(TC下乾燥至恆 重。取1.00g所製備的羥基磷灰石粉末經超聲分散於50ml去離子水中。接著在 40。C的環境下，將8.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬液中的所 有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬液中，然後基體以 9mm/min的速率提拉成塗層，提拉8次。提拉所形成的塗層在空氣中乾燥30分 鍾，接著將其浸入到含有40 mg/ml疏水性藥物萘普生的無水乙醇中進行相分離。 浸入3天後，塗層接著浸入含有35°/。戊二醛，65mg/ml疏水性藥物萘普生的乙 醇中交聯3天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗，4(TC下幹 燥到恆重。
在上述Ti-15Mo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為143微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為15微米，多孔內層孔
徑為3.5微米，孔隙率為44%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為8。
將樣品垂直浸入20mlpH-7.4的SBF溶液中，溫度維持在37'C左右。相隔 一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由紫 外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在266nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中，溶 液的溫度維持在37"左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續21天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有140微米厚，分為14微米厚的緻密外層和 126微米厚的多孔內層(孔徑大約3.5微米，孔隙率為44%)，其它結果類似實 施例1 。
實施例5
CoNiCrMo合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳 化矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液，並用氨 水將溶液的pH值調到10。配製0.5M(NH4)2HPO4的水溶液，並用氨水將溶液的 pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並伴隨著劇 烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。滴加完畢後，產物經抽慮，水洗3次，乙醇 洗2次，濾餅置於表面皿中，放置於管式爐中，在80(TC的溫度下，煅燒2h， 空氣中冷卻至室溫。取1.00g上述製備的磷酸三鈣粉末，超聲分散於50mL去離 子水中，接著在6(TC的環境下，將7.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消 除在浸漬液中的所有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬 液中，然後基體以6mm/min的速率提拉成塗層，提拉8次。提拉所形成的塗層 在空氣中乾燥60分鐘，接著將其浸入到含有20 mg/ml疏水性藥物布洛芬的無水 乙醇中進行相分離。浸入4天後，塗層接著浸入含有20%戊二醛，50 mg/ml疏 水性藥物布洛芬的乙醇中交聯3天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水 乙醇衝洗。最後，所形成的塗層在40'C下乾燥到恆重。
在上述CoNiCrMo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為 154微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為16微米，多孔內 層孔徑為4微米，孔隙率為45%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為15。將樣品垂直浸入20 ml pH=7.6的SBF溶液中，溫度維持在37'C左右。相 隔一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由 紫外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在264nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中， 溶液的溫度維持在37'C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續23天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有154微米厚，分為16微米厚的緻密外層和 138微米厚的多孔內層(孔徑大約4微米，孔隙率為45%)，其它結果類似實施 例l。
實施例6
CoNiCrMo合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳 化矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配置含有Ca(N03)2.4H20為1.167mol/L, (NH4)2HP04為1 mol/L， [(NH2)2CO]為8mol/L的稀HN03混合溶液。用濃氨水調至PH=2.2，置於裝有溫 度計及冷凝管的三口瓶中，加熱回流並控制體系溫度恆定(8CTC)。反應結束後
分離，用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌，6crc下真空乾燥。取i.oog上述製備的
磷酸八鈣粉末，超聲分散於50mL去離子水中，接著在4(TC的環境下，將20. OOg 明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬液中的所有氣泡為止。將浸漬液 置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬液中，然後基體以6mm/min的速率提拉成 塗層，提拉4次。提拉所形成的塗層在空氣中乾燥40分鐘，接著將其浸入到含 有30mg/ml疏水性藥物布洛芬的無水乙醇中進行相分離。浸入2天後，塗層接 著浸入含有30%戊二醛，60mg/ml疏水性藥物布洛芬的乙醇中交聯2天。交聯 完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗。最後，所形成的塗層在4(TC下 乾燥到恆重。
在上述CoNiCrMo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為 120微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為11微米，多孔內 層孔徑為2微米，孔隙率為45%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為20。
將樣品垂直浸入20mlpI^7.5的SBF溶液中，溫度維持在37'C左右。相 隔一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由 紫外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在264nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中，溶液的溫度維持在37"C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續22天。結構表徵及性能評價利用X射 線衍射儀(XRD)、場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。 明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有120微米厚，分為11微米厚的緻密外層和 109微米厚的多孔內層(孔徑大約2微米，孔隙率為30%)，其它結果類似實施 例1 。
實施例7
CoCrMo合金片(50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體經碳化 矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘。 接著浸泡在含有2ml HF、 4ml HN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10分鐘， 水洗，乾燥。配製含有0.5M Ca(N03)2, 1% (W/W) PEG-2000的水溶液，並用氨 水將溶液的pH值調到10。配製0.5M(NH4)2HPO4的水溶液，並用氨水將溶液的 pH值調到10。隨後，將磷酸氫二銨溶液緩慢滴加到硝酸鈣溶液中，並伴隨著劇 烈攪拌，Ca/P摩爾比保持在1.67。滴加完畢後，產物經抽慮，水洗3次，乙醇 洗2次，濾餅置於表面皿中，放置於管式爐中，在80(TC的溫度下，煅燒2h， 空氣中冷卻至室溫。取1.00g上述製備的磷酸三鈣粉末，超聲分散於50mL去離 子水中，接著在60。C的環境下，將20.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消 除在浸漬液中的所有氣泡為止。將浸漬液置於4(TC的環境中。將基體浸入浸漬 液中，然後基體以10mm/min的速率提拉成塗層，提拉20次。提拉所形成的塗 層在空氣中乾燥60分鐘，接著將其浸入到含有20 mg/ml疏水性藥物萘普生的無 水乙醇中進行相分離。浸入4天後，塗層接著浸入含有35%戊二醛，40mg/ml 疏水性藥物萘普生的乙醇中交聯6天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無 水乙醇衝洗。最後，所形成的塗層在40。C下乾燥到恆重。
在上述CoCrMo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為175 微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為28微米，多孔內層孔 徑為7微米，孔隙率為60%。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為20。
將樣品垂直浸入20mlpH:7.6的SBF溶液中，溫度維持在37。C左右。相 隔一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由 紫外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在266nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中， 溶液的溫度維持在37"C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續23天。利用X射線衍射儀(XRD)、場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有175微米厚，分為28微米厚的緻密外層和 147微米厚的多孔內層(孔徑大約7微米，孔隙率為60%)，其它結果類似實施 例1 。
實施例8
CoCrMo合金片(3型，50mmX20mmXlmm)作為基體。在鍍膜之前，基體 經碳化矽砂紙(400 4000)打磨，並先後在丙酮，乙醇和去離子水中超聲清洗15 分鐘。接著浸泡在含有2mlHF、 4mlHN03和1000ml去離子水的溶液中鈍化10 分鐘，水洗，乾燥。配置含有Ca(N03)2.4H20為1.167mol/L, (NH4)2HP04為1 mol/L， [(NH2)2CO]為8mol/L的稀HN(V混合溶液。用濃氨水調至PH=2.2，置 於裝有溫度計及冷凝管的三口瓶中，加熱回流並控制體系溫度恆定(S(TC)。反
應結束後分離，用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌，6crc下真空乾燥。取i.oog上
述製備的磷酸八鈣粉末，超聲分散於50mL去離子水中，接著在4(TC的環境下， 將25.00g明膠溶於上述溶液中。最後，超聲消除在浸漬液中的所有氣泡為止。 將浸漬液置於40。C的環境中。將基體浸入浸漬液中，然後基體以10mm/min的 速率提拉成塗層，提拉30次。提拉所形成的塗層在空氣中乾燥40分鐘，接著 將其浸入到含有30 mg/ml疏水性藥物萘普生的無水乙醇中進行相分離。浸入5 天后，塗層接著浸入含有20%戊二醛，70 mg/ml疏水性藥物萘普生的乙醇中交 聯4天。交聯完成後，塗層反覆用去離子水和無水乙醇衝洗。最後，所形成的 塗層在4(TC下乾燥到恆重。
在上述CoCrMo合金片基體上製備的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層厚度為200 微米，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為40微米，多孔內層孔 徑為8微米，孔隙率為65%。 ^膠與磷酸鈣鹽的質量比為25。
將樣品垂直浸入20mlpH-7.5的SBF溶液中，溫度維持在37。C左右。相 隔一定時間抽取樣品，並用相同體積的新鮮SBF溶液補充。疏水性藥物濃度由 紫外-可見吸收光譜儀檢測，特徵吸收在266nm。將樣品垂直浸入SBF溶液中， 溶液的溫度維持在37'C左右。為了保證各種離子濃度在實驗過程中的恆定，SBF 溶液定期更換。體外生物活性實驗持續22天。利用X射線衍射儀(XRD)、場 發射掃描電子顯微鏡(FESEM)對所得到的產物進行表徵。
明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層大約有200微米厚，分為40微米厚的緻密外層和 160微米厚的多孔內層(孔徑大約8微米，孔隙率為65%)，其它結果類似實施例1 。
權利要求
1、明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層，其特徵在於在Ti合金或Co合金表面有明膠/磷酸鈣鹽塗層，塗層厚度在30～300微米之間，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為3～30微米，多孔內層孔隙率為20～80％，明膠與磷酸鈣鹽的質量比為5～50。
2、 按權利要求1所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層，其特徵在於 所述的Ti合金包括Ti-6A1-4V、 Ti-15Mo、 Ti-Ni和Ti-6Al-7Nb。
3、 按權利要求1所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層，其特徵在於 所述的Co合金包括CoNiCrMo、 CoCrMo和CoCrMoC。
4、 明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法，包括下述步驟(1) Ti合金或C0合金片經打磨、清洗、酸洗、乾燥；(2) 取濃度為10 80g/L磷酸鈣鹽粉末分散於去離子水中，按明膠與磷酸 鈣鹽的質量比為5 50將濃度為50 500g/L的明膠溶於上述溶液；(3) 將Ti合金或Co合金片基體浸入浸漬液中，然後提拉基體形成成塗層， 反覆多次，控制塗層厚度在30 300微米之間，然後乾燥，再浸入到含有疏水 性藥物的無水乙醇中進行相分離，浸入時間為12小時 168小時；(4) 接著浸入到含有體積分數為5 50%戊二醛和疏水性藥物的乙醇中交聯 1~8天，衝洗、乾燥到。
5、 按權利要求4所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的疏水性藥物為布洛芬或萘普生，濃度為5 100mg/mL。
6、 按權利要求4所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的Ti合金包括Ti-6Al-4V、 Ti-15Mo、 Ti-M和Ti-6Al-7Nb。
7、 按權利要求4所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的Co合金包括CoNiCrMo、 CoCrMo和CoCrMoC。
8、 按權利要求4所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的基體提拉速率為1 50mm/min。
9、 按權利要求4所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的主要磷酸鈣鹽包括羥基磷灰石、磷酸三鈣或磷酸八鈣。
10、 按權利要求9所述的明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層的製備方法， 其特徵在於所述的上述磷酸鈣鹽製備方法包括固相反應法、水熱合成反應法、 化學共沉澱法。
全文摘要
本發明涉及一種明膠/磷酸鈣鹽不對稱藥物釋放塗層及其製備方法，屬於生物塗層材料領域。本發明以醫用Ti合金或Co合金片作為基體、明膠和磷酸鈣鹽作為原料，通過提拉成塗層和相分離的方法在基體上形成不對稱塗層。本發明製備得到的明膠/磷酸鈣鹽不對稱塗層，塗層厚度在30～300微米之間，分緻密外層和多孔內層兩層，其中緻密外層厚度為3～30微米，多孔內層孔隙率為20～80％。明膠與磷酸鈣鹽的質量比為5～50。該塗層能控制疏水性藥物以恆定的速率釋放，達到了理想釋控藥物的目的，可以有效地預防和治療術後感染，降低細菌感染率。與純明膠層和裸露的醫用Ti合金表面相比，該塗層能更快地誘導磷酸鈣鹽在其表面的沉積。
文檔編號A61L27/54GK101417147SQ200810203918
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月3日 優先權日2008年12月3日
發明者芳 李, 祝迎春, 肖軍武, 趙東輝 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所