一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座及其制備方法。該義眼座具有全貫穿的多孔結構，孔隙率為60～92%，孔道孔徑為100～800μm；孔道壁上的介孔生物玻璃改性層由CaO、SiO2、P2O5、CuO組成，介孔孔徑為4～10nm，是將其凝膠前軀體通過灌注、酒精蒸發自組裝和低溫煅燒使得介孔生物玻璃均勻涂布孔道壁上；義眼座植入眼窩后組織液浸入義眼座的孔道并促使介孔生物玻璃層降解，緩慢釋放的銅、硅、鈣離子協同促進與新生血管密切相關的細胞遷移、長入，并實現孔道內快速血管化，從而避免義眼座移位或脫出。本發明的義眼座生物活性優良，在眼座重建中具有良好應用價值。
【專利說明】一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫用生物材料，特別是涉及一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座及其制備方法。
【背景技術】
[0002]眼球摘除術是目前治療絕對期青光眼、眼球嚴重破裂傷、眼內惡性腫瘤最終的手術治療方案，但術后眼球缺失所致的上瞼塌陷、眼瞼睜閉不能和眼窩凹陷，給患者帶來沉重的精神和心理負擔。選擇行義眼座植入手術彌補眶內容物缺失并配戴合適的義眼片，是修復眼球缺失、恢復面部外觀較為理想的治療方案。目前，臨床使用的眼座主要為分為兩類，一類是以硅膠為代表的實心球體，另一類是以珊瑚羥基磷灰石(cHA)為代表的多孔義眼座(Perry,美國專利.N0.4976731)。第一類硅膠義眼座植入眼窩后在球體周圍形成纖維膜包裹，眼座在眼窩肌錐內容易移位，而引起上框凹陷，下瞼松弛，義眼片配制困難等問題，同時免疫排斥反應難以避免，導致植入物擠出。第二類cHA義眼座具有多孔性結構，如果新生血管及纖維結締組織長入其多孔孔道，則有利于該類義眼座在眼窩內固定，同時完全血管化后增加了義眼座抗感染和自我修復能力。雖然cHA具有良好的生物相容性，但是珊瑚來源有限，并嚴重破壞自然生態，其孔徑尺度不能再調控，該類義眼座價格也極為高昂。一旦血管化延遲就可能會引起cHA義眼座暴露。此外，多孔性義眼座一旦暴露感染，術后施加的抗菌藥物很難有效滲透 到細微孔道中，使得控制感染的難度大大增加，將被迫再取出植入物，進一步增加患者的痛苦和經濟負擔。
[0003]一般情況下，義眼座植入眼眶后新生血管及纖維結締組織沿微孔緩慢從外周向中央生長，此過程即為眼座血管化；Bdolah發現，血管再生是在原有的毛細血管上通過血管內皮細胞的增殖和遷移，從先前存在的血管處以芽生或非芽生的形式，在各種細胞因子、細胞外基質(ECM)及蛋白水解酶調節下生成新生血管(Bdolah Y, et al.Semin Nephrol2004; 24: 548 - 556)。在血管形成過程中，血漿內的一系列蛋白和因子如纖維連接蛋白(Fibronectin, FN)、血管內皮細胞生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、喊性成纖維細胞生長因子(Basic fibroblast growth factor, bFGF)等吸附發揮重要調節作用。長期以來，cHA義眼座血管化的研究多見于進行表面修飾促血管生長的因子，達到植入物快速血管化的目的。Bigham等發現將cHA義眼座經bFGF修飾后完全纖維血管化時間大大縮短(Bigham WJ, et al.0phthalmic Plast Reconstr Surg 1999; 15:317 - 325)。張虹等的研究顯示10-100 ng/mL VEGF引入cHA眼座內能促進新生血管長入(Hong Zhang, et al.J Huazhong Univer Sci Techn 2004; 24: 286 - 288)。但是，生長因子等對所處環境尤為敏感，同時半衰期短、消毒運輸條件嚴苛、價格昂貴。
[0004]介孔生物活性玻璃(MBG)，作為一種生物活性材料，近年來引起了極大的關注。介孔生物活性玻璃較非介孔型生物活性玻璃(NBG) —個顯著的特點在于:它具有高比表面積和納米孔體積，具有更為優良的類骨磷灰石沉積礦化的能力。復旦大學趙東元教授和中科院上硅所吳成鐵博士等研究表明，CaO-P2O5-SiO2系MBG較NBG具有更高的體內外生物活性、降解性和載藥率(Xiaoxia Yan, et al.Biomaterials 2006; 27: 3396 - 3403;Chengtie ffu, et al.Biomaterials 2009; 30: 2199 - 2208)，預示著MBG 在組織工程和
載藥緩釋中顯出巨大潛力。
[0005]銅是人體必需微量元素之一，是機體內蛋白質和酶的重要組成部分，如銅藍蛋白、細胞色素、C氧化酶等，參與多種關鍵酶活化，在人體的新陳代謝過程中起著重要的作用。研究顯示銅能有效刺激血管內皮細胞遷移和促進相關血管生成因子釋放(Sen CK, etal.Am J Physiol Heart Circ Physiol 2002; 282: H1821 - 1827.)，促進新生血管生成(Barralet J, et al.Tissue Eng Part A 2009; 15: 1601 - 1609)。因此，摻銅生物活性材料的研究在促進血管化及創面愈合中顯示出良好的發展前景。
【發明內容】
[0006]為了克服【背景技術】中硅膠、單純磷灰石生物陶瓷等義眼座中存在的問題，本發明的目的在于提供一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座及其制備方法，是不依賴于生長因子、而是經介孔生物活性玻璃修飾改性nHA多孔陶瓷球的義眼座，能有效促進新血管內生長和快速纖維血管化。[0007]本發明采用的技術方案是:
一、一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座:
本發明是一種由介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，義眼座的形狀為圓球形，直徑為12~24 mm，義眼座內部具有相互貫穿的多孔網絡結構，孔隙率為60%~92%，孔道孔徑在100~800 μ m,孔道壁上介孔生物玻璃的介孔孔徑為4~10 nm。
[0008]所述的多孔陶瓷球是由顆粒度為20~500 nm的羥基磷灰石構成；所述的介孔生物玻璃成分為 SiO2-CaO-P2O5-CuOt5
[0009]所述的介孔生物玻璃中硅與磷的摩爾數之和為90%，鈣與銅的摩爾數之和為10%。
[0010]二、一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座的制備方法，包括以下步驟:
1)將鈣鹽水溶液滴加到機械攪拌的磷酸鹽水溶液中，同時用氨水控制溶液的pH為10.0~10.8，所述兩種溶液中鈣離子和磷酸根的摩爾比為10:6，滴加完畢后再持續攪拌6~24小時,將白色沉淀過濾,用去離子水和無水乙醇分別洗漆2~3次,干燥后經900°C煅燒2~5小時，得到納米羥基磷灰石粉體；用質量比為3%的聚乙烯醇(PVA)水溶液調制成質量比為12%的納米羥基磷灰石粉體漿料，備用；
2)以直徑為100~800μ m的單分散石蠟微球為造孔劑，在球形過濾漏斗內堆積形成多孔球形模板，在37~45°C下靜置2~8分鐘，相鄰微球顆粒之間形成粘結，將步驟I)合成的納米羥基磷灰石粉體漿料滴加到所述模板內，并通過負壓抽濾將納米羥基磷灰石粉體漿料填充到所述模板的孔隙內，干燥后，在1150~1250°C下煅燒2~4小時，得到孔道完全貫通的納米羥基磷灰石多孔陶瓷球義眼座；
3)將正硅酸乙酯、鈣鹽、磷酸鹽、銅鹽依次溶解于水-乙醇混合介質中，其中硅、鈣、磷、銅的摩爾比為80: (10-X): 10:X，O < X≤5，再加入介孔模板劑，模板劑按照與鈣鹽、磷酸鹽、正硅酸乙酯、銅鹽總量的重量比1:2~4添加；常溫下攪拌12~48小時，混合溶液轉化為凝膠，將步驟2)制備的納米羥基磷灰石多孔陶瓷球義眼座放置入該凝膠中，負壓抽吸浸潰，并在靜置10~60分鐘后取出多孔陶瓷球義眼座，再用真空抽濾2~10分鐘吸出孔道內多余凝膠，在納米羥基磷灰石多孔陶瓷義眼座的孔道壁表面形成一層均勻的介孔生物玻璃前驅體，常溫干燥后65(T85(TC煅燒51小時，自然冷卻后得到介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座。
[0011]所述的鈣鹽是硝酸鈣、乙酸鈣或兩者的任意組合；所述的磷酸鹽是磷酸三乙酯、磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨或者幾者任意的組合；所述的銅鹽是乙酸銅、硝酸銅或兩者的任意組合。
[0012]所述的介孔模板劑為E020P070E020、E0106P070E0106 或 E039B047E039 的非極性的三嵌段共聚體模板劑，其中EO表示聚環氧乙烷，PO表示聚環氧丙烷，BO表示聚丁烯氧化。
[0013]所述的孔道壁上的介孔生物玻璃中硅與磷的摩爾數之和為90%，鈣與銅的摩爾數之和為10%。
[0014]本發明具有的有益效果是:
I)在組成上，以經高溫煅燒處理的nHA多孔陶瓷球為主體，有利于義眼座在眼窩內保持長期穩定的體積，以摻銅介孔生物活性玻璃(Cu-MBG)作為nHA多孔陶瓷球孔道壁的修飾改性物質，具有優異的生物活性和促進血管化特性，并且成本顯著低于用生長因子修飾的義眼座。
[0015]2)在微結構上，以微球緊密堆積體為模板并經低熱處理，有利于調節義眼座多孔孔道及其貫通孔的孔徑，微球緊密堆積體模板去除后形成的相互貫通的多孔網絡，有利于細胞遷移、血管內生長；按具有規則形態的有機微球顆粒為造孔劑設計的多孔性義眼座，可避免不規則尖銳棱角損傷造成強烈的急性或者慢性炎癥反應。
[0016]3)在生物學效應上，以具有顯著促進血管化的介孔生物活性玻璃修飾改性義眼座的孔道壁，有利于實現快速血管化并且材料整體上極為穩定，符合理想義眼座的生物學效應需求。同時，介孔生物活性玻璃的介孔內還可以預裝抗炎性藥物以進一步增加義眼座抗炎抗感染能力，進一步避免義眼座`暴露等并發癥。
[0017]4)在可操作性上，制備中可直接形成球形材料，可以減少切割加工等處理，方便直接用于填充眼球摘除術后患者。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座示意圖。
[0019]圖2是掃描電鏡拍攝的本發明實施例3制備的樣本放大50倍的顯微形貌圖。
[0020]圖3是掃描電鏡拍攝的本發明實施例3制備的樣本放大1000倍的顯微形貌圖。可見貫通孔孔壁上的介孔生物玻璃。
[0021]圖4是實施例4所述義眼座斷面的EDX能譜圖。
[0022]圖5是實施例2、3、4所述義眼座以及單純羥基磷灰石義眼座(HA)放入細胞培養液(a-MEM)中浸泡48小時過程中硅的釋放濃度變化圖。
[0023]圖6是實施例2、3、4所述義眼座以及單純羥基磷灰石義眼座(HA)放入細胞培養液(a-MEM)中浸泡48小時過程中銅的釋放濃度變化圖。
[0024]圖7是實施例2、3、4所述義眼座以及單純羥基磷灰石義眼座(HA)放入細胞培養液(a-MEM)中浸泡48小時過程中鈣的釋放濃度變化圖。[0025]圖8是實施例2、3、4所述義眼座以及單純羥基磷灰石義眼座(HA)放入細胞培養液(a-MEM)中浸泡48小時過程中磷的釋放濃度變化圖。
[0026]圖9是實施例1所述義眼座植入SD大鼠背部深筋膜，包埋3周后義眼座表面血管生成情況。
[0027]圖中:1、多孔孔道，2、貫通孔，3、孔道壁上的介孔生物玻璃。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例對做本發明進一步說明。
[0029]如圖1所示，本發明是一種由介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，義眼座的形狀為圓球形，直徑為12~24_，義眼座內部具有相互貫穿的多孔網絡結構，孔隙率為60%~92%，孔道孔徑在100~800 μ m,孔道壁上介孔生物玻璃的介孔孔徑為4~10 nm。
[0030] 所述的多孔陶瓷球是由顆粒度為20~500 nm的羥基磷灰石構成；所述的介孔生物玻璃成分為 SiO2-CaO-P2O5-CuOt5
[0031]所述的介孔生物玻璃中硅與磷的摩爾數之和為90%，鈣與銅的摩爾數之和為10%。
[0032]實施例1:1)將0.3 mol/L硝酸鈣水溶液緩慢滴加到機械攪拌的等體積0.18 mol/L磷酸銨水溶液中，用氣水將憐Ife按溶液的pH穩定在10.5,滴加完畢后再持續攬祥12小時，將反應沉淀過濾，用去離子水和無水乙醇分別洗滌2次，干燥，經900°C煅燒處理2小時，得到粒度在20~500 nm的nHA粉體。
[0033]2)以直徑為500 μ m的單分散石蠟微球為造孔劑，在內直徑為12mm的球形過濾漏斗內緊密堆積形成多孔模板，在40°C下靜置2分鐘后冷卻至室溫，再將步驟I)合成的nHA用質量比為3%的PVA水溶液制成固化物質量比為12%的漿料并滴加到以上多孔模板內，通過負壓抽濾將nHA漿料完全緊密填充到多孔模板的孔隙內，常溫干燥后，1250°C煅燒處理4小時，從而得到孔道直徑在470 μ m左右的nHA多孔陶瓷球體。
[0034]3)將正硅酸乙酯、乙酸鈣、磷酸三乙酯、硝酸銅按其硅、鈣、磷、銅的摩爾比為80:8:10:2，依次溶解于6倍于以上溶質總重量的95%乙醇-水混合溶液中，模板劑E020P070E020添加量以前述溶質總重量的1/2加入，在常溫條件下攪拌12小時。將步驟
2)制備的nHA多孔陶瓷球置入該凝膠中，負壓抽吸浸潰，并靜置15分鐘后取出nHA多孔球體，再真空抽濾5分鐘吸出孔道內多余凝膠，常溫干燥后將該多孔球體置入馬弗爐中并以
0.5°C/分鐘從室溫升至650°C，保溫5小時后自然冷卻，從而得到介孔生物玻璃改性的nHA多孔陶瓷球義眼座(圖2，圖3)。
[0035]實施例2:
制備方法同實施例1，區別在于:將步驟3)中的乙酸鈣替換為硝酸鈣，硅、鈣、磷、銅的摩爾比改為80:10:10:0 ;將步驟2)制備的nHA多孔陶瓷球置入該凝膠中，負壓抽吸浸潰，并靜置15分鐘后取出nHA多孔球體，真空抽濾5分鐘吸出孔道內多余凝膠，常溫干燥。此過程重復2次，用以獲得較厚的介孔生物玻璃涂層；所得的是不含銅介孔生物玻璃改性多孔陶瓷球義眼座(對照組)，記為OCu-MBG-HA。
[0036]實施例3:
制備方法同實施例1，區別在于:將步驟2)制備的nHA多孔陶瓷球置入該凝膠中，負壓抽吸浸潰，并靜置15分鐘后取出nHA多孔球體，真空抽濾5分鐘吸出孔道內多余凝膠，常溫干燥。此過程重復2次，用以獲得較厚的介孔生物玻璃涂層，圖2顯示本實施例的放大50倍的顯微形貌圖，I為多孔孔道，2為貫通孔；圖3中3為義眼座孔道壁上的介孔生物玻璃。所得義眼座記為2Cu- MBG-HA。
[0037]實施例4:
制備方法同實施例2，區別在于:將步驟3)中的硅、鈣、磷、銅的摩爾比改為80:5:10:5，以獲得含銅量較高的介孔生物玻璃涂層(圖4)。所得義眼座記為5CU-MBG-HA。
[0038]實施例5:
將實施例2 (對照組)、實施例3、實施例4所得義眼座分別放入20ml細胞培養液(a-MEM)中，37 °C條件下，用ICP檢測0_48小時內硅、銅、鈣和磷的放情況，并與同條件制備的未進行介孔生物玻璃改性的義眼座(HA)和不摻銅介孔生物玻璃改性的義眼座(OCu-MBG-HA)對比。HA代表未進行介孔生物玻璃改性的義眼座；0Cu-MBG_HA代表實施例2 (對照組);2Cu-MBG-HA代表實施例3 ；5Cu-MBG-HA代表實施例4。結果顯示，在a_MEM中，硅，銅的濃度隨著時間的增加而增加(圖5，圖6)，而鈣和磷的濃度隨著時間的增加而減少(圖7，圖8)。
[0039]實施例6:
制備方法同實施例1，區別在于:將步驟2)造孔劑改為直徑200 μ m的單分散石蠟微球，40°C下靜置2分鐘改為38°C下靜置8分鐘，通過改變造孔劑大小、靜置溫度和放置時間，調控多孔義眼座內孔道孔徑大小和貫通孔大小及通孔率。將步驟3)中的燒結溫度改為850°C，保溫2小時。
[0040]實施例7:` 取雄性SD大鼠，重約260 g ;按`10%水合氯醛0.3 ml/100 g的用量實施腹腔麻醉后，背部備皮，常規消毒鋪單。取背部正中縱行切口，長約3 cm，游離皮下，顯露腰背筋膜，在離正中線約0.5 cm處縱向切開腰背筋膜，深至肌層表面，切開約長2.5 cm，切口外側腰背筋膜與肌層表面之間做鈍性分離，形成一個袋裝結構，將實施例1制備的義眼座滅菌后植入該袋裝結構中。縫合腰背筋膜切口。仔細止血，清洗傷口后逐層關閉創口，縫合皮膚。術后青霉素40萬單位肌肉注射。正常喂食。3周后處死大鼠，觀察義眼座與周圍組織情況。發現義眼座周圍組織和血管長入孔道中，無纖維包膜和炎癥反應；筋膜面可見清晰的血管長入情況(圖9)。
[0041]上述具體實施例用來解釋說明本發明，但不應理解為對本發明的限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，其特征在于:是一種由介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，義眼座的形狀為圓球形，直徑為12~24 _，義眼座內部具有相互貫穿的多孔網絡結構，孔隙率為60%~92%，孔道孔徑在100~800 μ m,孔道壁上介孔生物玻璃的介孔孔徑為4~10 nm。
2.根據權利要求1所述的一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，其特征在于:所述的多孔陶瓷球是由顆粒度為20~500 nm的羥基磷灰石構成；所述的介孔生物玻璃成分為 SiO2-CaO-P2O5-CuOt5
3.根據權利要求2所述的一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座，其特征在于:所述的介孔生物玻璃中硅與磷的摩爾數之和為90%，鈣與銅的摩爾數之和為10%。
4.根據權利要求1所述的一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將鈣鹽水溶液滴加到機械攪拌的磷酸鹽水溶液中，同時用氨水控制溶液的pH為10.0~10.8，所述兩種溶液中鈣離子和磷酸根的摩爾比為10:6，滴加完畢后再持續攪拌6~24小時,將白色沉淀過濾,用去離子水和無水乙醇分別洗漆2~3次,干燥后經900°C煅燒2~5小時，得到納米羥基磷灰石粉體；用質量比為3%的聚乙烯醇(PVA)水溶液調制成質量比為12%的納米羥基磷灰石粉體漿料，備用； 2)以直徑為100~800μ m的單分散石蠟微球為造孔劑，在球形過濾漏斗內堆積形成多孔球形模板，在37~45°C下靜置2~8分鐘，相鄰微球顆粒之間形成粘結，將步驟I)合成的納米羥基磷灰石粉體漿料滴加到所述模板內，并通過負壓抽濾將納米羥基磷灰石粉體漿料填充到所述模板的孔隙內，干燥后，在1150~1250°C下煅燒2~4小時，得到孔道完全貫通的納米羥基磷灰石多孔陶瓷球義眼座； 3)將正硅酸乙酯、鈣鹽、磷酸鹽、銅鹽依次溶解于水-乙醇混合介質中，其中硅、鈣、磷、銅的摩爾比為80: (10-X): 10:X，O < X≤5，再加入介孔模板劑，模板劑按照與鈣鹽、磷酸鹽、正硅酸乙酯、銅鹽總量的質量比1:2~4添加；常溫下攪拌12~48小時，混合溶液轉化為凝膠，將步驟2)制備的納米羥基磷灰石多孔陶瓷球義眼座放置入該凝膠中，負壓抽吸浸潰，并在靜置10~60分鐘后取出多孔陶瓷球義眼座，再用真空抽濾2~10分鐘吸出孔道內多余凝膠，在納米羥基磷灰石多孔陶瓷義眼座的孔道壁表面形成一層均勻的介孔生物玻璃前驅體，常溫干燥后65(T85(TC煅燒51小時，自然冷卻后得到介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座。
5.根據權利要求4所述的促進血管化的多孔陶瓷球義眼座的制備方法，其特征在于:所述的鈣鹽是硝酸鈣、乙酸鈣或者兩者的任意組合；所述的磷酸鹽是磷酸三乙酯、磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨或者幾者任意的組合；所述的銅鹽是乙酸銅、硝酸銅或者兩者的任意組合。
6.根據權利要求4所述的一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座的制備方法，其特征在于:所述的介孔模板劑為E020P070E020，E0106P070E0106或E039B047E039的非極性的三嵌段共聚體模板劑，其中EO表示聚環氧乙烷，PO表示聚環氧丙烷，BO表示聚丁烯氧化。
7.根據權利要求4所述的一種介孔生物玻璃改性的多孔陶瓷球義眼座的制備方法，其特征在于:所述的孔道壁上的介孔生物玻璃中硅與磷的摩爾數之和為90%，鈣與銅的摩爾數之和為10 %。
【文檔編號】A61L27/10GK103566411SQ201310554897
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】葉娟, 賀金晶, 茍中入, 解佳雋, 王嫦君 申請人:浙江大學