放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法

放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其中，采用放射性同位素對介孔生物玻璃多孔支架進行標記，所述放射性同位素為31Si、32P、45Ca中的任意一種或幾種的組合。該放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，能有效地對介孔生物玻璃多孔支架進行標記，可定量和直觀的檢測介孔生物玻璃多孔支架的體內降解情況，可以用于生物玻璃支架的體內吸收和生物分布的研究。
【專利說明】放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種介孔生物玻璃多孔支架，尤其涉及一種放射性同位素標記的介孔 生物玻璃多孔支架。

【背景技術】
[0002] 生物玻璃能實現特定的生物、生理功能的玻璃，具有良好的生物相容性、生物 降解性和力學性能。1971年Hench等利用熔融法首先制備具有骨修復性能的生物玻璃 (bioactive glass,BG)材料以來，經過30多年的研究與發展，生物玻璃已被應用于骨組織 置換、骨缺損修復、骨充填材料和生物涂層等領域。
[0003] 但研究發現致密型生物玻璃存在降解速度慢、生物活性不足、不利于成骨等問題。 于是，人們試圖通過設計多孔支架并在生物玻璃中引入介孔結構以提高生物玻璃的生物活 性和降解性能。基于介孔結構的生物玻璃多孔支架即介孔生物玻璃多孔支架具有高的比 表面積和可調節的介孔通道，其在生物礦化和藥物載體等方面具有重要的應用潛能。例如 CN102188749A公開了一種具有介孔生物玻璃涂層的三維多孔支架，通過介孔生物玻璃涂層 引入到三維聚合物支架的大孔表面，有效地增加支架的親水性能，改善支架的細胞親和性 及力學性能，并且同時具備有效擔載與傳輸抗炎藥物的功能，實現支架與藥物載體的雙效 作用。又如CN102190428A公開了一種有序介孔微球藥物載體，運用乳液技術，制備含有氧 化物CaO、Si0 2和P205的油包乙醇-水乳液，經過旋轉蒸發除去溶劑，陳化后煅燒除去模板 劑得到具有生物活性的介孔微球。制得的介孔玻璃微球具有可控的規則外形，一定的孔道 有序性，額可以調節的孔徑和比表面積，表面可以進行化學改性，提高藥物裝載量，達到更 好的藥物緩釋效果。
[0004] 然而，有關介孔生物玻璃多孔支架在體內的降解特性、代謝轉歸、以及對機體局部 和全身組織器官的影響等一系列問題目前尚不清楚。要回答這些問題，首先必須解決支架 進入生物體內發生降解以及降解產物的示蹤問題，而示蹤的前提則需確定該介孔生物玻璃 多孔支架能否被有效的標記？標記物是否適合支架的降解時間？標記物本身的穩定性如 何？等等，迄今為止，還沒有一種標記介孔生物玻璃多孔支架的有效方法。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于克服上述不足，提供一種放射性同位素標記的介孔生物玻璃多 孔支架，能有效地對介孔生物玻璃多孔支架進行標記，可定量和直觀的檢測介孔生物玻璃 多孔支架的體內降解情況。
[0006] 本發明提供了一種放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其中，采用放射 性同位素對介孔生物玻璃多孔支架進行標記，所述放射性同位素為 31Si、32P、45Ca中的任意 一種或幾種的組合。
[0007] 優選地，所述放射性同位素為45Ca。
[0008] 優選地，所述的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架的組成成份包括CaO、 Si0jPP205，其中，Ca、Si 和 P 的摩爾比為（1-30) : (50-100) : (1-10)。
[0009] 優選地，Ca、Si和P的摩爾比為15 : 80 : 2. 5。
[0010] 其中，放射性同位素45Ca標記的介孔生物玻璃多孔支架的平均放射強度為 185kBq。 toon] 優選地，所述介孔生物玻璃多孔支架具有介孔結構及大孔通聯結構。
[0012] 優選地，所述大孔通聯結構中的大孔孔徑為200-500 μ m。
[0013] 本發明還提供了一種上述放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架的制備方 法，包括以下步驟：
[0014] 步驟1，制備前驅體溶膠液：將硅源、鈣源、磷源和表面活性劑溶解在溶劑中， 酸性條件下攪拌8-48小時，其中，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為 (1-30) : (50-100) : (1-10)，所述表面活性劑與鈣源的質量比為（0.5-4) : (0.2-1.4)， 所述溶劑與鈣源的質量比為30 : (0.2-1. 4)，其中：
[0015] 所述硅源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的硅源，和/或
[0016] 所述鈣源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的鈣源，和/或
[0017] 所述磷源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的磷源；
[0018] 步驟2,將支架模板浸入到步驟1制得的前驅體溶膠液中，然后取出干燥，重復操 作；
[0019] 步驟3,將步驟2處理后的支架模板500-900° C溫度下燒結3-12小時，得到所述 放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架。
[0020] 優選地，所述硅源為正硅酸酯類。
[0021] 優選地，所述硅源選自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和正硅酸丙酯中的至少一種；
[0022] 優選地，所述鈣源為無機鈣。
[0023] 優選地，所述鈣源選自硝酸鈣、醋酸鈣和其水合物中的至少一種。
[0024] 優選地，所述磷源為有機磷酸酯類。
[0025] 優選地，所述磷源選自磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少一種。
[0026] 優選地，所述表面活性劑為嵌段共聚物非離子表面活性劑。
[0027] 優選地，所述嵌段共聚物非離子表面活性劑選自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 中的至少一種；；
[0028] 更優選地，所述硅源為正硅酸乙酯（TEP)，所述鈣源為四水合硝酸鈣，所述磷源為 磷酸三乙酯（TE0S)，所述嵌段共聚物非離子表面活性劑為P123。
[0029] 優選地，所述放射性同位素為31Si、32P或45Ca。
[0030] 更優選地，所述放射性同位素為45Ca。
[0031] 進一步優選地，所述鈣源為四水合硝酸鈣，含有至少示蹤量的45Ca(N0 3)2 · 4H20。
[0032] 優選地，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的氯化鈣轉變為含有示蹤量 45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，既得所述鈣源。
[0033] 優選地，步驟1中，酸性條件為通過加入使用濃度為0. 05-5mmol/L的鹽酸調節pH 值至 pH=l-6。
[0034] 優選地，使用濃度為0· 1-lmmol/L的鹽酸調節pH值至pH=2-5。
[0035] 優選地，使用濃度為0. 5mmol/L的鹽酸調節pH值至pH=3-4。
[0036] 其中，優選地，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為15 : 80 : 5。
[0037] 優選地，步驟2中，支架模板浸入到步驟1制得的前驅體溶膠液中至少5min。
[0038] 優選地，步驟2中，重復操作3-20次。
[0039] 優選地，步驟3中，燒結溫度為700° C，燒結時間為6小時，燒結升溫速度為5° C/ min〇
[0040] 其中，步驟1中所述溶劑可以為有機溶劑、無機溶劑或二者的混合物。
[0041] 所述無機溶劑優選為水。
[0042] 所述有機溶劑優選為脂肪烴、芳香烴、氯代烴、醇、酮、醛、酯、腈、羧酸、亞砜、酰胺 類溶劑。
[0043] 所述脂肪烴的例子包括：戊烷、己烷、辛烷、環己烷等。
[0044] 所述芳香烴的例子包括：苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等。
[0045] 所述氯代烴的例子包括：二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、溴仿、氯苯、二氯苯(對二氯 苯、鄰二氯苯)、四氯乙烷等。
[0046] 所述醇的例子包括：甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、丙二醇、叔丁醇、甘油、丁二 醇、戊二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等。
[0047] 所述酮的例子包括：丙酮、丁酮、甲基丁基酮、環己酮等。
[0048] 所述醛的例子包括：乙醛、丙醛、戊二醛、乙二醛等。
[0049] 所述酯的例子包括：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲酸甲 酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸戊酯等。
[0050] 所述腈的例子如：乙腈等。
[0051] 所述羧酸的例子包括：甲酸、乙酸等。
[0052] 所述亞砜的例子包括：二甲基亞砜、氯化亞砜、二苯基亞砜等。
[0053] 所述酰胺的例子包括：N，N-二甲基甲酰胺、N，N_二乙基甲酰胺等。
[0054] 優選地，步驟1中所述溶劑包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、六氟異丙醇、丙 二醇、叔丁醇、甘油、丁二醇、戊二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等中的至 少一種。
[0055] 優選地，步驟1中所述溶劑還包括水。
[0056] 本發明還提供了上述放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架在骨組織置換、 骨缺損修復、骨充填材料和/或生物涂層中的應用。
[0057] 本發明提供的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，能有效地對介孔生物 玻璃多孔支架進行標記，可定量和直觀的檢測介孔生物玻璃多孔支架的體內降解情況，可 以用于生物玻璃支架的體內吸收和生物分布的研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058] 圖1為實施例所得介孔生物玻璃多孔支架的小角度X射線衍射圖；
[0059] 圖2為實施例所得介孔生物玻璃多孔支架的掃描電鏡（SEM)圖；
[0060] 圖3為實施例所得介孔生物玻璃多孔支架的透射電鏡（TEM)圖；
[0061] 圖4為實施例所得45Ca標記的介孔生物玻璃多孔支架的45Ca體外的釋放結果圖。

【具體實施方式】
[0062] 放射性核素標記示蹤技術是利用放射性核素或其標記的化合物作為示蹤劑，應用 射線來檢測示蹤劑的分布，并結合放射自顯影、顯微鏡觀察計數、液體閃爍計數儀等進行定 性定量觀察分析的方法，具有靈敏度高、方法簡便、定位定量準確的特點，因此，采用放射性 核素標記示蹤技術來標記介孔生物玻璃多孔支架，可以為體內支架材料的生物分布和材料 轉歸的研究提供重要的技術手段。
[0063] 介孔生物玻璃多孔支架是以Ca0-Si02-P20 5為基礎組成成分，體外研究證明該支架 在模擬體液中浸泡不同時間后，可檢測到大量的Ca、Si和P元素，由此表明支架的降解產物 主要是這三種元素，通過分別分析它們所對應的放射性同位素標記物后發現，常用31Si的 半衰期為170分鐘， 32P的半衰期為14. 3天，而45Ca的半衰期則為163天。根據介孔生物玻 璃多孔支架的體外降解時間(大約90天)，顯然最優選地選擇 45Ca作為放射性核素對介孔生 物玻璃多孔支架進行原位標記，來達到揭示支架體內降解特性和生物分布的預期目的。 [0064] 下面參照附圖，結合實施例對本發明進一步詳細說明，以更好地理解本發明。
[0065] ( 1)含放射性同位素 45Ca的溶膠液制備
[0066] 首先利用硝酸鈉，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的氯化鈣轉變為含有示蹤 量 45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，使四水合硝酸鈣的總量為 〇· 7g。然后分別加入 0· 365g TEP，3. 35g TE0S，0· 5g 的 0· 5mol/L HC1 和 2. 0g 的 P123,攪拌 溶解于30g的乙醇中（溶液中，Si、Ca和P的摩爾比為80 : 15 : 5)，室溫下攪拌一天后，得 到含放射性核素45Ca的溶膠液。
[0067] 其中，試劑四水合硝酸鈣、TE0S、TEP及P123 (MW=5800)均購于Sigma。
[0068] (2)含放射性同位素45Ca的介孔生物玻璃多孔支架制備
[0069] 用無水乙醇將直徑3mm、高3mm的小圓柱體聚氨酯海綿浸洗3次，干燥后備用。取 一定量小圓柱體聚氨酯海綿浸入到所得含放射性核素45Ca的溶膠液中，室溫下保持15分 鐘，期間不斷擠壓小圓柱體聚氨酯海綿，以確保溶膠液滲透到整個海綿結構中；取出小圓柱 體聚氨酯海綿到玻璃皿，并將其置于通風櫥于室溫下干燥24小時。為保證支架的孔隙開放 和涂層均勻，取出小圓柱體聚氨酯海綿到玻璃皿后，要將多余的溶膠液擠出。重復上述過程 8次。
[0070] 將上述處理后的聚氨酯海綿在空氣環境下進行燒結，燒結溫度為700° C，燒結時 間為6小時，燒結升溫速率為5° C min-1。冷卻后，既得帶有45Ca標記的介孔生物玻璃多 孔支架。
[0071] 對所得介孔生物玻璃多孔支架進行X射線衍射觀察，結果如圖1所示，圖中具有明 顯的衍射峰，表明介孔生物玻璃多孔支架具有有序介孔結構；掃描電鏡下觀察所得介孔生 物玻璃多孔支架，結果如圖2所示，可見大孔通聯結構；透射電鏡下觀察介孔生物玻璃多孔 支架，結果如圖3所示，可見有序的納米通道結構。
[0072] 測量45Ca標記的介孔生物玻璃多孔支架的放射性強度：將45Ca標記的介孔生物玻 璃多孔支架經HF消化后，再用液體閃爍測量儀測量每個 45Ca標記的介孔生物玻璃多孔支架 的放射性量（DPM，每分鐘的放射性衰變次數)，計算其平均放射性強度為185kBq。
[0073] 對所得45Ca標記的介孔生物玻璃多孔支架進行體外釋放實驗：取8個所得 45Ca標 記的介孔生物玻璃多孔支架，分別放入各個小塑料管中，再分別加入2mlSBF溶液到每個管 子中。間隔一定時間后（1、3、6、24和48小時等），取出lml溶液，0. 22um濾膜過濾，再用 lml SBF溶液洗過濾器后，合并過濾液，用液體閃爍測量儀測量所得液體的放射性量，結果 如圖4所示，45Ca在體外24天的平均累計釋放率為19. 52%。
[0074] 本實施例選用放射性同位素45Ca，它具有合適的半衰期，為163天，可以用于介孔 生物玻璃多孔支架在體內吸收和生物分布的研究。放射性污染易于控制和處理。通過放射 性同位素 45Ca可以定量和直觀的檢測介孔生物玻璃多孔支架的體內降解情況。利用45Ca的 特性，可以通過組織消化，用液體閃爍技術對介孔生物玻璃支架進行體內生物學分布研究。
[0075] 通過含有45Ca的CaCl2在合成過程中對介孔生物玻璃多孔支架進行直接的原位標 記，通過這種標記方法所得到的標記產物 45Ca穩定，可以用于介孔生物玻璃支架的體內吸 收和生物分布的研究。
[0076] 以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限 制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和 替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。
【權利要求】
1. 一種放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于，采用放射性同位素 對介孔生物玻璃多孔支架進行標記，所述放射性同位素為 31Si、32P、45Ca中的任意一種或幾 種的組合。
2. 根據權利要求1所述的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述放射性同位素為45Ca。
3. 根據權利要求1所述的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架的組成成份包括CaO、Si0 2和P205，其 中，Ca、Si 和 P 的摩爾比為（1-30): (50-100): (1-10)。
4. 根據權利要求1所述的放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述介孔生物玻璃多孔支架具有介孔結構及大孔通聯結構。
5. -種權利要求1所述放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架的制備方法，其特 征在于，包括以下步驟： 步驟1，制備前驅體溶膠液：將硅源、鈣源、磷源和表面活性劑溶解在溶劑中，酸性條件 下攪拌8-48小時，其中，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為（1-30): (50-100): (1-10)，所述表面活性劑與鈣源的質量比為（0.5-4) : (0.2-1. 4)，所述溶劑與鈣源的質量 比為 30: (0· 2-1. 4)，其中： 所述硅源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的硅源，和/或 所述鈣源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的鈣源，和/或 所述磷源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的磷源； 步驟2,將支架模板浸入到步驟1制得的前驅體溶膠液中，然后取出干燥，重復操作； 步驟3,將步驟2處理后的支架模板500-900°C溫度下燒結3-12小時，得到所述放射性 同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架。
6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述硅源為正硅酸酯類； 所述鈣源為無機鈣；所述磷源為有機磷酸酯類。
7. 根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述硅源選自正硅酸乙酯、正硅酸 甲酯和正硅酸丙酯中的至少一種；所述鈣源選自硝酸鈣、醋酸鈣和其水合物中的至少一種； 所述磷源選自磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少一種。
8. 根據權利要求5、6或7所述的制備方法，其特征在于，所述鈣源為四水合硝酸鈣，含 有至少示蹤量的45Ca(N0 3)2 · 4H20。
9. 根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的 氯化鈣轉變為含有示蹤量 45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，既 得所述鈣源。
10. 權利要求1所述放射性同位素標記的介孔生物玻璃多孔支架在骨組織置換、骨缺 損修復、骨充填材料和/或生物涂層中的應用。
【文檔編號】A61L27/56GK104117090SQ201310143666
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月24日 優先權日:2013年4月24日
【發明者】孫皎, 隋佰延, 鐘高仁 申請人:上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院