專利名稱：一種具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微球、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微 球、制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
骨髓炎、骨結(jié)核、感染性骨缺損等骨科疾病是對(duì)人類健康危害嚴(yán)重的一種常見的 頑固性疾病，一直是骨科臨床上的難題。臨床治療常采用手術(shù)清除病灶，消滅死骨腔，徹底 引流，全身應(yīng)用抗生素等。但由于骨髓炎發(fā)生發(fā)展過(guò)程中死骨和竇道的形成，髓腔滋養(yǎng)血管 被破壞，密質(zhì)骨的血供僅依靠外骨膜血管，以及長(zhǎng)期應(yīng)用抗生素引發(fā)耐藥等等原因，骨髓炎 常常難以治愈并且反復(fù)發(fā)作。隨著研究的不斷深入，醫(yī)學(xué)界逐漸意識(shí)到徹底清除病灶并輔 以局部抗生素才是解決骨髓炎治療難題的行之有效的辦法。病灶局部給藥可使病灶內(nèi)抗生 素濃度比全身用藥高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍，血清濃度很低，可避免某些抗生素引起的全身不 良反應(yīng)的發(fā)生。在病灶局部給藥的研究中，抗生素類藥物載體的選擇至關(guān)重要。目前應(yīng)用于藥物載體的材料多種多樣，其中PMMA骨水泥是應(yīng)用最早和最多的載 體，在使用過(guò)程中，可根據(jù)要求任意塑成所需的形狀，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，可用于承重骨 的修補(bǔ)與填塞。但是，研究發(fā)現(xiàn)PMMA聚合過(guò)程中釋放出大量熱能，對(duì)所載藥物的活性影響 較大，需篩選耐高溫的粉劑藥物作為緩釋藥品。此外，此類材料無(wú)骨引導(dǎo)及骨誘導(dǎo)作用，且 在體內(nèi)不能降解，因此須經(jīng)二次手術(shù)取出，上述問(wèn)題使其應(yīng)用受到限制。在無(wú)機(jī)系載體材料中，硫酸鈣作為一種具有骨傳導(dǎo)性的材料，因其很好的降解性 能而無(wú)需二次手術(shù)取出。但該材料會(huì)在骨填充部位產(chǎn)生短暫的炎癥反應(yīng)，在體內(nèi)降解速率 過(guò)快，藥物呈爆發(fā)式釋出，且其生物活性也不及磷酸鈣類材料。與上述材料相比，磷酸鈣具 有良好的生物相容性和骨引導(dǎo)性，且在體內(nèi)可被逐步降解，因而被視為一種理想的骨修復(fù) 和藥物載體材料。目前使用較多的是磷酸鈣骨水泥(CPC)材料，與其它載體材料相比，CPC 除具有高度的生物相容性外，可臨時(shí)塑形及自固化，且具有降解性、成骨活性和固化過(guò)程等 溫性等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了國(guó)際材料界和醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)今生物材料的研究熱點(diǎn) 之一，并逐步試用于臨床(文獻(xiàn)M. P. Ginebra，Τ. Traykova, J. A. Planell, J. Control 1. Rel.，2006，113 =102-110) 0然而現(xiàn)有的CPC多由磷酸鈣顆粒在固化液的作用下，壓制成一 定形狀后用于骨缺損部位的填充，如專利CN1446589、CN1193614、CN1307908、CN1446590等 公開了具有藥物緩釋功能的磷酸鈣骨水泥，該材料的固相部分均是由磷酸三鈣、磷酸四鈣 等的粉末混合而成。由于所采用的磷酸鈣粉末由無(wú)規(guī)則的顆粒堆積組成，骨水泥的塑性和 流動(dòng)性受到限制，對(duì)于不規(guī)則的骨缺損部位，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全填充。另外，骨水泥密實(shí)的表面 結(jié)構(gòu)也不利于新生骨組織的長(zhǎng)入。針對(duì)以上局限性，本發(fā)明提出一種多孔磷酸鈣微球及其制備方法，該微球不僅具 有規(guī)則的外形，且尺寸分布均勻。另外，微球的表面存在微孔，而內(nèi)部含有大量大孔，這樣的 結(jié)構(gòu)不僅有利于藥物的加載和控制釋放，還可促進(jìn)新生骨組織的長(zhǎng)入。因此若將其單獨(dú)使用，或制成骨水泥填充到骨缺損部位，可真正達(dá)到藥物治療和骨缺損修復(fù)的雙重功效，具有良好的臨床應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前骨水泥藥物載體的不足，提供一種用于硬組織修復(fù)并具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微球、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)熔制不同配比的Li2O-CaO-B2O3系統(tǒng)玻璃，通過(guò) 火焰漂浮法制備成一定尺寸的玻璃微球，將玻璃微球浸泡于合適濃度的磷酸鹽溶液中，反 應(yīng)完全后，將所得樣品于一定溫度下煅燒即可獲得不同尺寸的多孔磷酸鈣微球。本發(fā)明提出的多孔磷酸鈣微球，主要成分為磷酸三鈣，同時(shí)含有少量羥基磷灰石， 該微球?yàn)橐?guī)則的球形，尺寸分布均勻，微球的尺寸為100-150 μ m，表面和內(nèi)部存在微孔，表 面微孔的孔徑為20-60nm，內(nèi)部微孔的平均孔徑為0. 9-1. 5 μ m。微球在煅燒過(guò)程中，會(huì)發(fā)生 從羥基磷灰石到磷酸三鈣的相變，因此組成中的少量羥基磷灰石是由于相變不完全所致。 但由于這部分羥基磷灰石的數(shù)量很少，無(wú)法定量計(jì)算。羥基磷灰石是一種生物相容性良好 的生物材料，是磷酸鈣生物陶瓷材料的一種，已在臨床上得以應(yīng)用，因此少量的羥基磷灰石 的存在并不會(huì)響應(yīng)所得微球的生物性能。本發(fā)明提出的具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微球的制備方法，具體步驟為采用高溫熔制法制備硼酸鹽玻璃，將硼酸鹽玻璃粉碎后過(guò)篩，獲得尺寸為 100-150 μ m的玻璃粉，然后采用火焰漂浮法制備硼酸鹽玻璃微球(如圖1所示)；將所得到 的硼酸鹽玻璃微球浸泡于濃度為0. 05-0. 25mol/L的磷酸鹽溶液中，在25_100°C下反應(yīng)5小 時(shí)-14天后，將所得產(chǎn)物過(guò)濾、洗滌和煅燒，即得所需產(chǎn)品；其中，硼酸鹽玻璃微球的組成為 CaO :5-40wt%, Li2O 7. 5-12wt%, B2O3 52. 5_83wt%，其總重量滿足 100%。本發(fā)明中，所述磷酸鹽為含有磷酸根的可溶性鹽類，如K2HP04、Na2HPO4，或者生理 模擬體液等，磷酸鹽的PH值> 9。本發(fā)明中，所述煅燒溫度為600-8000C，煅燒時(shí)間為2-3小時(shí)。本發(fā)明所述的多孔磷酸鈣微球可應(yīng)用于硬組織修復(fù)或藥物緩釋領(lǐng)域。本發(fā)明所涉及的多孔磷酸鈣微球的優(yōu)點(diǎn)是(1)微球具有規(guī)則的外形，且尺寸分 布均勻，既可作為骨缺損部位的填充材料單獨(dú)使用，亦可與固化液混合制成骨水泥，因具有 良好的流動(dòng)性，因此可以用于不規(guī)則骨缺損部位的填充。(2)微球表面和內(nèi)部存在大量孔 隙，與現(xiàn)有的骨水泥材料相比，這樣的結(jié)構(gòu)不僅有利于藥物加載量的提高，而且可控制藥物 的釋放速度、延長(zhǎng)釋放時(shí)間。(3)微球結(jié)構(gòu)中的微孔有利于新生骨組織的長(zhǎng)入，從而更好地 促進(jìn)骨缺損的修復(fù)。根據(jù)以上特性，本發(fā)明所涉及的多孔磷酸鈣微球可作為較理想的骨修 復(fù)材料。


圖1為火焰漂浮法所制備的硼酸鹽玻璃微球，說(shuō)明所制備的玻璃微球尺寸為 100-150 μm。圖2為多孔磷酸鈣微球的XRD圖譜，說(shuō)明微球的主要成分為磷酸三鈣，并含有少量 羥基磷灰石微球。
圖3為多孔磷酸鈣微球表面和斷面的掃描電鏡(SEM)照片，說(shuō)明微球的表面和內(nèi) 部含有大量孔隙。其中(a)為表面的掃描電鏡照片，(b)為斷面的電鏡照片。圖4為利福平體外釋放曲線，說(shuō)明微球具有藥物緩釋功能。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 組成為10Li20-10Ca0-80B203 (wt% )的多孔磷酸鈣微球的制備。采用高溫熔融法制備組成為10Li20-10Ca0-80B203 (wt% )的硼酸鹽玻璃，將玻璃 破碎后過(guò)篩，獲得97 μ m-154 μ m間的玻璃顆粒。采用火焰噴球法對(duì)玻璃顆粒進(jìn)行反復(fù)球化 后，將得到的硼酸鹽玻璃微球收集。配制濃度為0. lmol/L的K2HPO4溶液作為反應(yīng)浸泡液，pH計(jì)調(diào)節(jié)溶液的pH值大 于9.0。將Ig上述獲得的硼酸鹽玻璃微球浸泡于IOOmL K2HPO4溶液中，靜置于37°C恒溫箱 中，浸泡7d后取出。移去浸泡液，用去離子水漂洗三次后，置于90°C烘箱中干燥24h。將干 燥后的微球于600°C下煅燒2h，后隨爐冷卻。本實(shí)施例所制備的多孔磷酸鈣微球的組成為 CaO :10wt%, Li2O :10wt%, B2O3 :80wt%，微球表面微孔的平均孔徑為40nm，內(nèi)部大孔的平 均孔徑為1.2口!11(如圖3所示)。實(shí)施例2 組成為7. 5Li20-40Ca0-52. 5B203 (wt% )的多孔磷酸鈣微球的制備。采用高溫熔融法制備組成為7. 5Li20-40Ca0-52. 5B203 (wt% )的硼酸鹽玻璃，將玻 璃破碎后過(guò)篩，獲得97 μ m-154 μ m間的玻璃顆粒。采用火焰噴球法對(duì)玻璃顆粒進(jìn)行反復(fù)球 化后，將得到的硼酸鹽玻璃微球收集。配制濃度為0. 25mol/L的K2HPO4溶液作為反應(yīng)浸泡液，pH計(jì)調(diào)節(jié)溶液的pH值大 于9.0。將Ig上述獲得的硼酸鹽玻璃微球浸泡于IOOmL K2HPO4溶液中，靜置于60°C恒溫箱 中，浸泡7d后取出。移去浸泡液，用去離子水漂洗三次后，置于90°C烘箱中干燥24h。將干 燥后的微球于800°C下煅燒2h，后隨爐冷卻。本實(shí)施例所制備的多孔磷酸鈣微球的組成為 CaO :40wt%, Li2O 7. 5wt%, B2O3 52. 5wt%，微球表面微孔的平均孔徑為20nm，內(nèi)部大孔的 平均孔徑為0. 9 μ m。實(shí)施例3 利福平藥物在組成為10Li20-10Ca0-80B203 (wt% )的多孔磷酸鈣微球中 的加載及釋放。通過(guò)壓力滲透作用將利福平裝載到多孔磷酸鈣微球中。稱取50mg多孔微球，放入 干凈的稱量瓶(或小試管)中，倒入飽和利福平溶液10ml。把它置入真空干燥箱內(nèi)，保持真 空度< 0. 085MPa,以排除微球孔隙中的氣體，并使藥物利福平在壓力作用下，通過(guò)濃度擴(kuò)散 機(jī)理，擴(kuò)散進(jìn)微球內(nèi)部的孔隙中，5min后取出樣品。藥物釋放在塑料瓶中倒入50mL的PBS液(0. 01mol/L,pH = 7. 4)，將裝載了藥物 的微球加入到PBS液中。把塑料瓶放進(jìn)37°C的恒溫水浴箱，保持振動(dòng)的情況下使藥物緩慢 釋放。在放置 2h、5h、12h，18h，24h，36h，48h，3d，5d，7d，IOd, 14d，21d 直到 30d 時(shí)，測(cè)量溶液 對(duì)利福平特征光波波長(zhǎng)的吸光度。通過(guò)利福平溶液濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，獲得藥 物的釋放速率，結(jié)果如圖4所示。
權(quán)利要求
一種具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微球，其特征在于微球的主要成分為磷酸三鈣，同時(shí)含有少量羥基磷灰石，微球?yàn)橐?guī)則的球形，尺寸分布均勻，尺寸為100-150μm；微球的表面和內(nèi)部存在微孔，表面微孔的孔徑為20-60nm，內(nèi)部微孔的孔徑為0.9-1.5μm。
2.一種如權(quán)利要求1所述的具有藥物控釋功能的多孔磷酸鈣微球的制備方法，其特征 在于具體步驟為采用高溫熔制法制備硼酸鹽玻璃，將硼酸鹽玻璃粉碎后過(guò)篩，獲得尺寸為100-150 μ m 的玻璃粉，然后采用火焰漂浮法制備硼酸鹽玻璃微球；將所得到的硼酸鹽玻璃微球浸泡于 濃度為0. 05-0. 25mol/L的磷酸鹽溶液中，在25_100°C下反應(yīng)5小時(shí)-14天后，將所得產(chǎn) 物過(guò)濾、洗滌和煅燒，即得所需產(chǎn)品；其中，硼酸鹽玻璃微球的組成為CaO :5-40wt%, Li2O 7. 5-12wt%, B2O3 52. 5_83wt%，其總重量滿足 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述磷酸鹽為含有磷酸根的可溶性鹽 類或者生理模擬體液，磷酸鹽的PH值> 9。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述煅燒溫度為600-800°C，煅燒時(shí)間 為2-3小時(shí)。
5.一種如權(quán)利要求1所述多孔磷酸鈣微球在硬組織修復(fù)或藥物緩釋領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有藥物緩釋功能的多孔磷酸鈣微球、制備方法及其應(yīng)用。該微球的主要成分為磷酸三鈣，同時(shí)含有少量羥基磷灰石。微球的表面和內(nèi)部存在大量孔隙，不僅有利于藥物的加載和控制釋放，而且能夠促進(jìn)新生骨組織的長(zhǎng)入，從而實(shí)現(xiàn)藥物治療和骨缺損修復(fù)的雙重功效。其制備方法為硼酸鹽玻璃原位轉(zhuǎn)化法，將不同配比的Li2O-CaO-B2O3系統(tǒng)的玻璃微球浸泡于磷酸鹽溶液中，在低溫(＜100℃)下制備多孔磷酸鈣微球。所采用的方法簡(jiǎn)單易行，制備溫度低，制備過(guò)程不會(huì)對(duì)微球的形貌和性能產(chǎn)生影響。
文檔編號(hào)A61L27/12GK101804206SQ201010138068
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者姚愛華, 徐為, 王德平, 艾凡榮, 黃文旵 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)