專利名稱：有序介孔微球藥物載體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有生物活性的介孔微球藥物載體及其制備方法，屬于介孔材料與組織工程用材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，關(guān)于介孔材料在醫(yī)藥領(lǐng)域潛在應(yīng)用的研究不斷增加。介孔材料具有均一的孔道、大的孔容和比表面積以及帶有硅醇鍵、易于化學(xué)改性的孔道表面等優(yōu)異的特性，使得介孔材料儲(chǔ)藏藥物分子，控制藥物分子的釋放成為可能(M. Vallet-Regi, A. Ra' mila, J. Pe' rez-Pariente, Chem. Mater. 13，2001，308)。文獻(xiàn)表明，二氧化硅基的介孔材料由于具有較大的比表面積，表現(xiàn)出輕微的生物活性，從而開辟了其在骨組織再生和牙齒修復(fù)方面的應(yīng)用前景。但是，常見(jiàn)的傳統(tǒng)介孔二氧化硅材料SBA-15，MCM-41, MCM-48等，生物活性較差，沉積羥基磷灰石的速率很慢，且降解性較差，并不適合臨床應(yīng)用(Izquierdo-BarbEi, Vallet-Regi . M. Solid State Sci. 2005，7，983)。因此，含有Si02-Ca0-P205的一系列高生物活性介孔材料被合成出來(lái) (Yan, Χ. X·，Zhao, D. Y. Angew. Chem. , Int. Ed. 2004，43，5980)。目前，介孔生物活性玻璃在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開始研究，主要包括大孔-介孔的多級(jí)孔支架的制備和作為藥物載體的檢測(cè)，并得到了令人滿意的結(jié)果。作為藥物傳輸載體，具有可控的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常重要。當(dāng)前大部分制備介孔生物玻璃的方法，主要包括溶膠凝膠和溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，得到的產(chǎn)物都是不規(guī)則形狀的顆粒，而從臨床的角度來(lái)說(shuō)，球形顆粒被最廣泛接受，因?yàn)槲⑶蚩梢孕纬奢^為穩(wěn)定的懸浮液，可以直接注射到組織缺損部位，可以分散到骨水泥或多孔支架上。所以，介孔生物活性玻璃微球的制備有一定的意義。目前僅有的制備介孔生物活性玻璃微球的報(bào)道(D. Arcos, M. Vallet-Regi, Chem. Mater. (2009) 21，1000)，是采用了噴霧與揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝結(jié)合的方法。該方法對(duì)設(shè)備要求較高，成本較大，過(guò)程復(fù)雜，且由于時(shí)間過(guò)短難以控制較好有序介觀結(jié)構(gòu)的形成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制備介孔生物活性玻璃微球的新方法。該方法工藝簡(jiǎn)單易行， 實(shí)驗(yàn)參數(shù)易于控制。得到的介孔生物玻璃為規(guī)則的球形顆粒，玻璃的組分通過(guò)改變前驅(qū)體含量進(jìn)行調(diào)控，介孔孔道在一定程度上呈現(xiàn)二維六方的有序結(jié)構(gòu)，且具有較大的比表面積和孔容，可以裝載較大劑量的藥物分子；通過(guò)表面改性，進(jìn)一步改善藥物釋放過(guò)程中的圖示問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)藥物緩釋。制備介孔生物活性玻璃微球的方法包括以下步驟 (1)分散相介孔生物玻璃前驅(qū)體溶液的配制
(a)硅源正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸鈉等，加入到0. OlM (pH=2)的鹽酸和無(wú)水乙醇中，室溫?cái)嚢杷?0-30min后，根據(jù)所需產(chǎn)物玻璃組分，依次添加鈣源Ca(NO3)2 · 4H20、 CaCl2、泛酸鈣、醋酸鈣等和磷源磷酸三乙酯TEP、磷酸二乙酯DEP等。繼續(xù)攪拌水解
320-30min。(b) 0. 8-3. 2g 非離子表面活性劑 P123、P105、P104、P103、P85、P84、P75、P65、P38、 F127、F108、F98、F88、F87、F77、F68、F38、L122、L121、L101、L92、L81、L72、L65、L64、L63、 L62、L61、L44、L43、L42、L35、L31 和 FC-4，其中優(yōu)選 P123、P104 和 F127，加入到 3_12g 無(wú)水乙醇中，室溫?cái)嚢枞芙狻?c)將非離子表面活性劑的乙醇溶液倒入無(wú)機(jī)前驅(qū)體溶液中，攪拌lOmin。(2)連續(xù)相溶液的配制稱取礦物油、十六烷、十四烷或液體石蠟，加入乳化劑 Arlacel P135、Arlacel 85、Arlacel 83、Arlacel 65、Arlacel C、Span_85、Span_80、 Span-65、Span-60、Atlas G-1706、Atlas G-1704、Atlas G-1050 或 Solsperse 3000，其中優(yōu)選Arlacel P135，使得油相與乳化劑質(zhì)量比在1000-20之間室溫?cái)嚢柚敝镣耆芙狻?
(3)在攪拌條件下，將步驟(1)中的溶液加入到步驟(2)的溶液中，歷時(shí)30s-aiiin， 形成穩(wěn)定的乳液。(4)新鮮的乳液立即裝入圓底燒瓶，浸沒(méi)到10-20°C水浴中真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)以除去乙醇和水，在揮發(fā)的過(guò)程中自組裝形成介觀結(jié)構(gòu)。(5)乳液繼續(xù)陳化12_24h后，離心分離，乙醇洗滌，室溫干燥，500-600°C煅燒 4-6h0(6)介孔生物玻璃微球的表面進(jìn)一步進(jìn)行氨基改性。將介孔生物玻璃微球加入到無(wú)水甲苯中，加入APTES (氨丙基-三乙基硅烷)，120°C回流12-Mh，離心分離后，無(wú)水甲苯洗滌3次，水洗3次，干燥。(7)稱取介孔生物玻璃微球及氨基改性后的微球各0. lg，浸泡在30mg/ml的布洛芬正己烷溶液中，37°C攪拌1天。儲(chǔ)藏了藥物分子的粉體10000轉(zhuǎn)/min離心，吸取上清液 anl，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試布洛芬在特征波長(zhǎng)(263 nm)下的吸收值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定支架的布洛芬載藥量。粉體用PH=LO的鹽酸溶液洗滌后，60°C真空干燥。載藥后的粉體在3Mp壓力下壓制成的圓片，放入到新鮮配制的模擬體液SBF (pH=7.4)中，放在搖床中于 37°C和100 r/min的條件下釋放。選取不同的時(shí)間點(diǎn)吸取2 mL上層清液進(jìn)行紫外可見(jiàn)吸收的測(cè)試，并向釋放液中補(bǔ)充同體積的2 mL新鮮SBF介質(zhì)。累計(jì)釋放量根據(jù)溶液中藥物濃度確定，濃度由以下方程計(jì)算=Ctcorr (mol/L) =Ct+(v/V) SCt，其中Ctcorr是指某一時(shí)間釋放介質(zhì)中慶大霉素的真實(shí)濃度，Ct是指某一時(shí)間的測(cè)量濃度，ν和V分別是指抽取的釋放介質(zhì)和總釋放介質(zhì)的體積。運(yùn)用上述步驟制備的介孔生物玻璃微球具有優(yōu)良的特性
(1)結(jié)構(gòu)上，該材料具有規(guī)則的球形形貌，微球尺寸在0.2-5 μ m左右；具有大的比表面積G00-600m2/g)和孔容(0. 5-3cm3/g)，可調(diào)的孔徑分布(3-15nm)，孔道呈現(xiàn)一定程度的
二維六方有序性。性能上，有序介孔生物玻璃微球具有可調(diào)控的生物活性，能夠裝載大量的小分子藥物(100-500mg/g)，并達(dá)到緩慢釋放的目的，c持續(xù)釋放時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)2周-3個(gè)月。
圖1為實(shí)施例2的掃描電鏡照片，說(shuō)明制備產(chǎn)物為具有規(guī)則外形的微球，微球直徑 0. 2-5 μ m0
圖2為實(shí)施例2的透射電鏡照片，與圖3表征吻合的是介孔生物玻璃微球的孔道呈現(xiàn)一定程度上的有序性，為二維六方結(jié)構(gòu)。圖3為實(shí)施例1，2，3，5的廣角XRD和小角XRD圖譜，說(shuō)明四種樣品均為無(wú)定形結(jié)構(gòu)，而孔道的有序性隨著鈣源的增加逐漸降低。圖4為實(shí)施例1，2，3，5的氮吸附脫附等溫曲線及孔徑分布曲線。說(shuō)明該法制備的介孔生物玻璃微球具有較大的比表面積和孔徑。圖5為實(shí)施例3樣品在模擬體液中浸泡3天后的掃描電鏡圖片，說(shuō)明具有良好的生物活性。圖6為實(shí)施例3樣品在模擬體液中浸泡3天前(左)后(右)的紅外光譜，說(shuō)明微球浸泡后有明顯的碳酸型羥基磷灰石形成，具有良好的生物活性。圖7為實(shí)施例3樣品在模擬體液中浸泡3天后的廣角XRD圖譜，顯示羥基磷灰石衍射峰出現(xiàn)，表明具有良好的生物活性。圖8為實(shí)施例3、4樣品裝載消炎藥布洛芬后的藥物緩釋曲線，說(shuō)明介孔結(jié)構(gòu)可使得藥物保持釋放長(zhǎng)達(dá)數(shù)周，經(jīng)過(guò)表面改性后還可以進(jìn)一步調(diào)控釋放的速度。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將非離子表面活性劑P123加入到無(wú)水乙醇中，室溫?cái)嚢枞芙?。再將TEOS 加入到0. OlM的鹽酸和無(wú)水乙醇中，室溫?cái)嚢杷?0-30min后，與表面活性劑溶液混合，繼續(xù)攪拌lOmin。得到分散相前驅(qū)體溶液。將上述前驅(qū)體溶液加入到含lwt% Arlacel P135的礦物油中，600轉(zhuǎn)/min攪拌，形成穩(wěn)定乳液后，轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在真空且循環(huán)水冷卻的條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min。陳化12_24h后，離心分離，乙醇洗滌，室溫干燥，500-600°C煅燒釙。得到的介孔微球，如圖3所示，廣角X-Ray衍射說(shuō)明其呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)，小角 X-Ray衍射說(shuō)明孔道排布表現(xiàn)為二維六方結(jié)構(gòu)。如圖4所示，介孔孔徑為3. 90nm,比表面積 571. 39m2g-1，孔容 0. 60cm3g-1。實(shí)施例2 按照實(shí)施例1的步驟，添加硅源后，繼續(xù)添加鈣源Ca (NO3) 2 ·4Η20和磷源 ΤΕΡ，摩爾比Si =Ca :P=90:5:5o得到的介孔微球如圖3所示，廣角X-Ray衍射說(shuō)明其呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)，小角X-Ray衍射說(shuō)明孔道排布表現(xiàn)為二維六方結(jié)構(gòu)，與圖2的透射電鏡表征結(jié)果一致。但與實(shí)施例1比較，有序性有所降低。如圖4所示，介孔最可幾孔徑為4. 20nm/5. 18nm, 比表面積 497. 83m2g4，孔容 0. SOcmY1。實(shí)施例3 按照實(shí)施例1的步驟，添加硅源后，繼續(xù)添加鈣源Ca(NO3)2 · 4H20和磷源TEP，摩爾比Si =Ca :P=80:15:5。得到的介孔微球如圖3所示，廣角X-Ray衍射說(shuō)明其呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)，小角X-Ray衍射說(shuō)明孔道排布一定程度上表現(xiàn)為二維六方結(jié)構(gòu)。但與實(shí)施例1,2比較，有序性有所降低。如圖4所示，介孔最可幾孔徑為4. 35nm/6. 25nm,比表面積 554. 42m2g-1，孔容 0. 89cm3g_1
稱取介孔生物玻璃微球粉體，浸泡在新鮮配制的37°C模擬體液SBF中，3天后離心分離，干燥。如圖5所示，觀察到大量片狀羥基磷灰石顆粒的形成，展現(xiàn)出極好的生物活性。另外，紅外吸收光譜和廣角XRD圖譜輔助說(shuō)明磷灰石的生成，如圖6，7所示。實(shí)施例4 將介孔生物玻璃微球粉體加入到無(wú)水甲苯中，加入APTES (氨丙基-三
5乙基硅烷)進(jìn)行氨基改性，120°C回流12-Mh，離心分離后，無(wú)水甲苯洗滌3次，水洗3次，干燥。其中微球粉體、甲苯與APTES三者質(zhì)量比為1 :100 1.
稱取氨基改性前后的介孔生物玻璃微球各0. lg，浸泡在30mg/ml的布洛芬正己烷溶液中，37°C攪拌1天。儲(chǔ)藏了藥物分子的粉體10000轉(zhuǎn)/min離心，吸取上清液aiil，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試布洛芬在特征波長(zhǎng)(263 nm)下的吸收值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定支架的布洛芬載藥量。粉體用PH=LO的鹽酸溶液洗滌后，60°C真空干燥。載藥后的粉體在3Mp壓力下壓制成小圓片，放入到新鮮配制的模擬體液SBF(pH=7. 4)中，放在搖床中于37°C和100_200r/ min的條件下釋放。選取不同的時(shí)間點(diǎn)吸取2 mL上層清液進(jìn)行紫外可見(jiàn)吸收的測(cè)試，并向釋放液中補(bǔ)充同體積的2 mL新鮮SBF介質(zhì)。經(jīng)分析表明BMS-80S微球可裝載藥物量達(dá)到 298. 14mg/g, BMS_80S_NH2微球載藥量達(dá)到314. llmg/g.如圖6所示，說(shuō)明介孔結(jié)構(gòu)可使得藥物保持釋放長(zhǎng)達(dá)3天-3個(gè)月，經(jīng)過(guò)表面改性后還可以進(jìn)一步調(diào)控釋放的速度。實(shí)施例5 按照實(shí)施例1的步驟，添加硅源后，繼續(xù)添加鈣源Ca (NO3) 2 ·4Η20和磷源 ΤΕΡ，摩爾比 Si :Ca :P=70:25:5。得到的介孔微球如圖3所示，廣角X-Ray衍射說(shuō)明其呈現(xiàn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)，小角X-Ray 衍射說(shuō)明孔道排布與實(shí)施例1，2，3比較，有序性有極大的降低。如圖4所示，介孔最可幾孔徑為 4. 35nm/15. 70nm,比表面積 556. 30m2g-1，孔容 1. 53cm3g_1
實(shí)施例6 按照實(shí)施例3的步驟，改變介孔模板劑種類為非離子表面活性劑F127。得到的介孔微球具有規(guī)則的外形，介孔最可幾孔徑為4. 03nm,比表面積453. 2 "1,孔容 0. 49011 :實(shí)施例7 按照實(shí)施例3的步驟，改變連續(xù)相種類為液體石蠟。得到的介孔微球具有規(guī)則的外形，介孔最可幾孔徑為3. 97nm,比表面積498. (^m2g-1,孔容0. 8301 .1。實(shí)施例8 按照實(shí)施例3的步驟，改變?nèi)榛瘎┓N類為Span-80。得到的介孔微球具有規(guī)則的外形，介孔最可幾孔徑為4. 08nm,比表面積531. Oln^g—1，孔容0. 76501 :
權(quán)利要求
1.一種制備具有生物活性的介孔玻璃微球的方法，其特征在于包括以下步驟配制好作為分散相得介孔生物玻璃SiO2-CaO-P2O3前驅(qū)體溶液以后，將其倒入到作為連續(xù)相的油溶液中，已形成均勻的油包水和乙醇的乳液，油相中事先加入乳化劑。新鮮的乳液運(yùn)用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀出去水分和乙醇。陳化后，離心分離并洗滌干燥。最后在500-600°C煅燒除去介孔模板劑。
2.按照權(quán)利要求書1所述的一種具有生物活性的介孔玻璃微球的制備方法，其特征在于所使用的介孔模板劑可以是非離子表面活性劑P123、P105、P104、P103、P85、P84、P75、 P65、P38、F127、F108、F98、F88、F87、F77、F68、F38、L122、L121、L101、L92、L81、L72、L65、 L64、L63、L62、L61、L44、L43、L42、L35、L31 和 FC-4。
3.按照權(quán)利要求書1所述的一種具有生物活性的介孔玻璃微球的制備方法，其特征在于所使用的連續(xù)相可以是礦物油、十六烷、十四烷或液體石蠟。
4.按照權(quán)利要求書1所述的一種具有生物活性的介孔玻璃微球的制備方法，其特征在于所使用的乳化劑可以是 Arlacel P135、Arlacel 85、Arlacel 83、Arlacel 65、Arlacel C、Span-85、Span_80、Span_65、Span_60、Atlas G-1706、Atlas G-1704、Atlas G-1050 或 Solsperse 3000。
5.按照權(quán)利要求書1所述的一種具有生物活性的介孔玻璃微球的制備方法，其特征在于可以裝載藥物分子布洛芬，慶大霉素，四環(huán)素，地塞米松，阿倫磷酸鈉等。藥物裝載量可達(dá)到150-300mg/g.表面化學(xué)改性后增大載藥量至300-400mg/g。
6.按照權(quán)利要求書1所述的一種具有生物活性的介孔玻璃微球的制備方法，其特征在于調(diào)控其中鈣元素的摩爾含量從1%_30%，介孔孔道有序性隨鈣含量增加降低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有生物活性的有序介孔微球藥物載體及其制備方法。運(yùn)用乳液技術(shù)，制備含有氧化物SiO2，CaO，P2O3的油包乙醇-水的乳液。經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乳液中的水和乙醇，陳化后煅燒除去模板劑即可得到具有生物活性的介孔微球。制得的介孔生物玻璃微球具有可控的規(guī)則外形，一定的孔道有序性，可以調(diào)節(jié)的孔徑和比表面積，表面可以進(jìn)行化學(xué)改性，提高藥物裝載量，達(dá)到更好的藥物緩釋效果。微球中鈣和磷元素的引入使得介孔二氧化硅的生物活性大大提高，符合骨組織工程的應(yīng)用要求。該發(fā)明結(jié)合了乳液和揮發(fā)自組裝的方法，通過(guò)控制水和乙醇在分散相中的比例，得到一定程度上有序的介孔結(jié)構(gòu)。此方法簡(jiǎn)單易行，工藝設(shè)備要求較低，實(shí)驗(yàn)參數(shù)易于調(diào)控。
文檔編號(hào)A61K31/663GK102190428SQ201010121750
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者施劍林, 朱敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所