一种包含多载药缓释系统骨修复材料的制备方法技术方案

本发明专利技术涉及一种包含多载药缓释系统骨修复材料的制备方法，属于生物材料领域。它以具有生物相容性的可降解脂肪族聚酯及天然高分子为主要原材料并加入抗菌药物和以腔内负载和管外接枝两种方法负载有促成骨药物的埃洛石纳米管，静电纺丝方法制备骨修复材料。本发明专利技术材料具有优异生物相容性、可控且长期药物释放性能，可以促进骨缺损修复，不必二次手术，还可抑制缺损发生后易发生的细菌性感染及炎症。

Method for preparing bone repairing material containing multiple drug delivery system

The invention relates to a preparation method of a bone repair material containing a multiple drug delivery system, belonging to the field of biological materials. It has the biocompatibility of biodegradable aliphatic polyester and natural polymer as the main raw materials and adding antibacterial drugs and to load and cavity tube graft two methods supported osteogenic drug halloysite nanotubes, electrospinning method for preparation of bone repair materials. The material of the invention has excellent biocompatibility, controllable and long term drug release performance, can promote the repair of bone defects, does not need two operations, and can also inhibit bacterial infection and inflammation which are easy to occur after the defect occurs.

【技术实现步骤摘要】
一种包含多载药缓释系统骨修复材料的制备方法
本专利技术涉及一种包含多载药缓释系统骨修复材料的制备方法，属于生物材料领域，具体涉及一种以可降解脂肪族聚酯所形成的纤维作为主要基体材料并加载抗菌药物和以表面接枝与内部吸附方式载有促成骨药物的纳米载体的骨修复材料及其制备方法。技术背景骨缺损是临床上非常常见的创伤，骨的修复过程是非常漫长的，它主要包括血肿和炎症期、初始骨痂反应期、软骨形成期以及骨形成及改建期。在骨修复过程中细胞分泌多种生长因子以不同时序发挥作用，保证骨缺损的修复。在临床上，当骨缺损发生时，最好的办法是进行骨移植，主要包括自体骨移植，同种异体骨移植以及非组织修补术等，其中对骨缺损修复效果最好的是自体骨移植。但是，自体骨取用过多会给患者带来新的创伤及并发症；同种异体骨移植可以克服部分自体骨移植带来的问题，但是会受到供体来源、移植时组织状况以及免疫原性等的限制；非组织修补术通常用于关节替代手术，主要问题就是不能跟周围的组织整合进而形成感染的病灶。对于骨缺损或者组织缺损，理想的解决办法就是要克服以上三个方面的问题。生物材料领域为解决这一问题提供了潜在的选择。作为一个理想的骨修复支架材料，需要满足以下四个方面的要求：(1)具有生物相容性、骨传导性、骨诱导性，能够为正常的细胞活动提供支持；(2)可生物降解性，能够为新组织的长入提供空间并逐渐被新组织取代；(3)一定的力学性能，能承受手术操作过程以及骨生长过程中的应力；(4)连贯多孔结构，为新组织的生成运输营养物质和废物。同轴静电纺丝技术是一种制备纳米纤维的简单通用方法，由于其药物加载方式简单易行，在静电纺丝过程中不同的药物及生物大分子很容易加载到纤维核层和壳层，另外，药物在载入纤维中后不会发生性能变化，仍能保持其性能，可以用来预防术后感染。因此，同轴静电纺丝制备的纳米纤维载药膜具有良好的临床应用前景。同时骨缺损处多种生长因子缺乏或是活性不足是影响骨再生的重要原因，因此，研究一种既可以抗菌消炎又可以促进骨修复的生物材料是十分重要的。在通过同轴静电纺丝制备具有核壳结构的骨修复材料时，抗菌药物通过共混的方式加入到纤维核层和壳层，纤维壳层药物释放速率比较快，存在突释现象，材料植到人体的5-7天后，药物释放基本上已达80-90％；纤维核层药物释放速率相比壳层有所减缓。通过同轴静电纺丝制备的骨修复材料植入人体10-14天后，药物释放达80％-90％，组织修复过程中感染情况的发生要持续至少2周，因此能够在一定程度上满足要求。埃洛石纳米管是一种管状的铝硅酸盐，它的外径约为50-80nm，内径约为10-15nm，长度大约是1000nm，负载率大约是15％-20％；并且埃洛石纳米管表面具有硅羟基，可以作为表面接枝的化学反应基团。埃洛石纳米管的长径比为20-50，在聚合物纤维中取向会显著增强纤维的力学性能。埃洛石纳米管具有天然来源，不会对环境造成污染，并且具有良好的生物相容性。作为管状容器，埃洛石纳米管在化妆品、药物释放、医用移植(如牙齿填料)等方面得到广泛应用。在静电纺丝制备的具有核壳结构的纳米纤维中加入抗菌药物和以腔内负载及管外接枝两种方式载有促成骨药物的埃洛石纳米管，通过静电纺丝技术，制备抗菌抗炎促成骨性生物材料，若对制得的引导组织再生膜的降解速率或者力学性能以及耐水性有更高的要求，还可以对聚合物基体中的天然高分子进行交联。本材料的载药共分为两部分，一部分是直接存在于纤维核层及壳层的抗菌药物，另一部分药物则存在于纤维核层的埃洛石纳米管腔中及表面。直接存在于纤维核层及壳层的抗菌药物扩散至纤维表面然后再转移至损伤部位；纤维内部埃洛石纳米管中的促成骨药物首先要从埃洛石纳米管扩散进入纤维内部，然后再从纤维内部扩散至纤维表面，最后再从纤维表面扩散至损伤部位；埃洛石纳米管表面以化学键接枝的促成骨药物主要通过酯键水解断裂得以释放进入纤维核层，然后从纤维核层进入纤维壳层最后从纤维壳层扩散至纤维表面至骨缺损部位，从而减缓了药物释放的速率，延长药物释放时间，实现两种药物的顺序释放。本设计可以提高纳米纤维膜的载药量，减缓药物释放速率，缓解突释现象，实现两种药物的顺序释放；同时，纤维核层和壳层负载药物可以不同，和埃洛石纳米管腔内和表面接枝药物可以不同，以起到同时杀灭厌氧菌及需氧菌、促成骨及成血管的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含有多载药缓释系统骨修复材料的制备方法，实现抗菌药物和促成骨药物的可控的长期的顺序释放，可以促进骨缺损修复，不必二次手术，还可抑制缺损发生后易发生的细菌性感染及炎症。根据权利要求1所述的含多种载药缓释系统骨修复材料制备方法有如下步骤：(1)取一定量的埃洛石纳米管，加入甲苯溶剂中超声分散均匀，120℃下甲苯回流条件下将埃洛石纳米管表面用KH550进行改性，KH550的用量为1-5mL/g埃洛石纳米管，反应进行12-24h后得到改性后的埃洛石纳米管A；(2)取一定量的促成骨药物1与丙烯酰氯反应，促成骨药物与丙烯酰氯的摩尔比为1-1.5，反应在冰水浴条件下进行12-24h后，将反应产物提纯，干燥得到C；(3)将A和C在一定条件下反应得到表面接枝有促成骨药物的埃洛石纳米管D，其中A与C的摩尔比为0.5-1.5，接枝到埃洛石纳米管表面的粗成骨药物约为埃洛石纳米管质量的1％-5％。(4)取促成骨药物1加入到其良溶剂中，充分搅拌超声使其溶解以得到其饱和溶液；(5)取埃洛石纳米管D与促成骨药物1的饱和溶液混合，超声分散得到埃洛石纳米管的悬浮液，其中埃洛石纳米管的质量与促成骨药物1的质量比为0.2-1；将悬浮溶液抽真空直至液体表面不再有气泡出现，离心后取出上清液，用促成骨药物1的良溶剂清洗沉淀；重复抽真空步骤至少三次，即可得到腔内负载和表面接枝有促成骨药物的埃洛石纳米管E；(6)将上述负载有促成骨药物1的埃洛石纳米管干燥，研磨；(7)将可降解脂肪族聚酯溶于有机溶剂中，室温磁力搅拌6-24h，得到可降解脂肪族聚酯质量浓度为0.04-0.2g/mL的溶液F；(8)向F溶液中加入抗菌药物2，室温磁力搅拌6-12h后加入载有促成骨药物1的埃洛石纳米管，磁力搅拌6-12h，得到可降解脂肪族聚酯质量浓度为0.04-0.2g/mL的溶液G，溶液G中载有促成骨药物1的埃洛石纳米管与可降解脂肪族聚酯的质量比1/100-40/100，抗菌药物2与可降解脂肪族聚酯的的质量比为5/100-20/100；(9)将可降解天然高分子溶于有机溶剂中，室温磁力搅拌6-24h，得到可降解天然高分子质量浓度为0.04-0.2g/mL的溶液H；(10)向溶液H中加入抗菌药物2，室温磁力搅拌6-12h，得到可降解天然高分子浓度为0.04-0.2g/mL的溶液I，溶液I中抗菌药物2与可降解天然高分子的质量比为5/100-10/100；(11)以溶液I作为内层，溶液G作为壳层，进行同轴静电纺丝，内外层进样速率比为1/3-1，以不锈钢滚筒为接收装置，滚筒转动速率为100-600rpm，纺丝液流动速率为0.5-10mL/h，电压7-20kV，接收距离8-30cm，纺丝0.5-30h，得到厚度50-500μm的电纺丝纤维膜；(12)静电纺丝结束后，将纺丝膜在通风橱中室温放置2-7天，包装消毒。本专利技术使用埃洛石纳米管作为纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有多载药缓释系统骨修复材料，其特征是：以可降解脂肪族聚酯及可降解天然高分子的混合物作为基体材料，并添加抗菌药物和以腔内负载和管外接枝两种方式负载促成骨药物的纳米载体；可降解脂肪族聚酯与可降解天然高分子的质量比为10/90‑90/10，载有促成骨药物的纳米载体质量与可降解脂肪族聚酯和可降解天然高分子总质量的比为1/100‑40/100，其中载有促成骨药物的纳米载体的质量是纯纳米载体与负载药物的总质量，以下所指载有药物的纳米载体的质量均为纯纳米载体与载入药物的总质量；直接载入基体材料中的药物质量与可降解脂肪族聚酯和可降解天然高分子总质量的比为5/100‑50/100；含有多载药缓释系统骨修复材料的结构特征为具有多孔结构，平均搭桥孔径为2‑6μm；

【技术特征摘要】
1.含有多载药缓释系统骨修复材料，其特征是：以可降解脂肪族聚酯及可降解天然高分子的混合物作为基体材料，并添加抗菌药物和以腔内负载和管外接枝两种方式负载促成骨药物的纳米载体；可降解脂肪族聚酯与可降解天然高分子的质量比为10/90-90/10，载有促成骨药物的纳米载体质量与可降解脂肪族聚酯和可降解天然高分子总质量的比为1/100-40/100，其中载有促成骨药物的纳米载体的质量是纯纳米载体与负载药物的总质量，以下所指载有药物的纳米载体的质量均为纯纳米载体与载入药物的总质量；直接载入基体材料中的药物质量与可降解脂肪族聚酯和可降解天然高分子总质量的比为5/100-50/100；含有多载药缓释系统骨修复材料的结构特征为具有多孔结构，平均搭桥孔径为2-6μm；2.根据权利要求1所述的含有多种载药缓释系统的骨修复材料，其特征在于，可降解合成高分子包括：聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、聚乳酸-羟基乙酸-己内酯共聚物其中的一种或两种以上的混合物；可降解天然高分子材料包括：Ⅰ型胶原、明胶、壳聚糖、淀粉、纤维素、弹性蛋白中的一种或两种以上的混合物。3.根据权利要求1所述的含有多种载药缓释系统的骨修复材料，其特征在于，药物一部分以共价键接枝的方式负载到埃洛石纳米管的表面，另一部分负载到埃洛石纳米管腔内，再将载药的埃洛石纳米管通过共混方式加入到基体中，同时为了提高载药量，在纤维中直接加入另一部分药物，直接加入基体中的该部分药物与载入埃洛石管内的药物相同或者不同；通过共价键接枝到纳米载体表面的药物含有羟基。4.根据权利要求1所述的含有多种载药缓释系统的骨修复材料，其特征在于，载入基体和纳米管内部的药物A包含青霉素类、头孢霉素类、四环素类、氯霉素类、大环内脂类、林可霉素、氟喹诺酮类、硝基咪唑类、多肽类抗菌药以及骨生长因子B包括骨形态发生蛋白(BMP)、成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子(TGF-Β)、血小板衍生生长因子(PDGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)和胰岛素样生长因子(IGF)。5.制备如权利要求1所述材料的方法，其特征在于如下步骤：(1)取一定量的埃洛石...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，宫敏，石锐，池骋，吴新宝，田伟，
申请(专利权)人：北京化工大学，北京积水潭医院，
类型：发明
国别省市：北京,11