CN101804206A

CN101804206A - 一种具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN101804206A
Application number: CN 201010138068
Authority: CN
Inventors: 姚爱华; 黄文旵; 王德平; 艾凡荣; 徐为
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种具有药物缓释功能的多孔磷酸钙微球、制备方法及其应用。该微球的主要成分为磷酸三钙，同时含有少量羟基磷灰石。微球的表面和内部存在大量孔隙，不仅有利于药物的加载和控制释放，而且能够促进新生骨组织的长入，从而实现药物治疗和骨缺损修复的双重功效。其制备方法为硼酸盐玻璃原位转化法，将不同配比的Li₂O-CaO-B₂O₃***的玻璃微球浸泡于磷酸盐溶液中，在低温(＜100℃)下制备多孔磷酸钙微球。所采用的方法简单易行，制备温度低，制备过程不会对微球的形貌和性能产生影响。

Description

一种具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球、制备方法及其应用。

背景技术

骨髓炎、骨结核、感染性骨缺损等骨科疾病是对人类健康危害严重的一种常见的顽固性疾病，一直是骨科临床上的难题。临床治疗常采用手术清除病灶，消灭死骨腔，彻底引流，全身应用抗生素等。但由于骨髓炎发生发展过程中死骨和窦道的形成，髓腔滋养血管被破坏，密质骨的血供仅依靠外骨膜血管，以及长期应用抗生素引发耐药等等原因，骨髓炎常常难以治愈并且反复发作。随着研究的不断深入，医学界逐渐意识到彻底清除病灶并辅以局部抗生素才是解决骨髓炎治疗难题的行之有效的办法。病灶局部给药可使病灶内抗生素浓度比全身用药高出数倍甚至数十倍，血清浓度很低，可避免某些抗生素引起的全身不良反应的发生。在病灶局部给药的研究中，抗生素类药物载体的选择至关重要。

目前应用于药物载体的材料多种多样，其中PMMA骨水泥是应用最早和最多的载体，在使用过程中，可根据要求任意塑成所需的形状，具有良好的机械强度，可用于承重骨的修补与填塞。但是，研究发现PMMA聚合过程中释放出大量热能，对所载药物的活性影响较大，需筛选耐高温的粉剂药物作为缓释药品。此外，此类材料无骨引导及骨诱导作用，且在体内不能降解，因此须经二次手术取出，上述问题使其应用受到限制。

在无机系载体材料中，硫酸钙作为一种具有骨传导性的材料，因其很好的降解性能而无需二次手术取出。但该材料会在骨填充部位产生短暂的炎症反应，在体内降解速率过快，药物呈爆发式释出，且其生物活性也不及磷酸钙类材料。与上述材料相比，磷酸钙具有良好的生物相容性和骨引导性，且在体内可被逐步降解，因而被视为一种理想的骨修复和药物载体材料。目前使用较多的是磷酸钙骨水泥(CPC)材料，与其它载体材料相比，CPC除具有高度的生物相容性外，可临时塑形及自固化，且具有降解性、成骨活性和固化过程等温性等优点，因此得到了国际材料界和医学界的广泛关注，成为当今生物材料的研究热点之一，并逐步试用于临床(文献：M.P.Ginebra，T.Traykova，J.A.Planell，J.Controll.Rel.，2006，113：102-110)。然而现有的CPC多由磷酸钙颗粒在固化液的作用下，压制成一定形状后用于骨缺损部位的填充，如专利CN1446589、CN1193614、CN1307908、CN1446590等公开了具有药物缓释功能的磷酸钙骨水泥，该材料的固相部分均是由磷酸三钙、磷酸四钙等的粉末混合而成。由于所采用的磷酸钙粉末由无规则的颗粒堆积组成，骨水泥的塑性和流动性受到限制，对于不规则的骨缺损部位，无法实现完全填充。另外，骨水泥密实的表面结构也不利于新生骨组织的长入。

针对以上局限性，本发明提出一种多孔磷酸钙微球及其制备方法，该微球不仅具有规则的外形，且尺寸分布均匀。另外，微球的表面存在微孔，而内部含有大量大孔，这样的结构不仅有利于药物的加载和控制释放，还可促进新生骨组织的长入。因此若将其单独使用，或制成骨水泥填充到骨缺损部位，可真正达到药物治疗和骨缺损修复的双重功效，具有良好的临床应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对目前骨水泥药物载体的不足，提供一种用于硬组织修复并具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球、制备方法及其应用。

本发明采用以下技术方案来实现：熔制不同配比的Li₂O-CaO-B₂O₃***玻璃，通过火焰漂浮法制备成一定尺寸的玻璃微球，将玻璃微球浸泡于合适浓度的磷酸盐溶液中，反应完全后，将所得样品于一定温度下煅烧即可获得不同尺寸的多孔磷酸钙微球。

本发明提出的多孔磷酸钙微球，主要成分为磷酸三钙，同时含有少量羟基磷灰石，该微球为规则的球形，尺寸分布均匀，微球的尺寸为100-150μm，表面和内部存在微孔，表面微孔的孔径为20-60nm，内部微孔的平均孔径为0.9-1.5μm。微球在煅烧过程中，会发生从羟基磷灰石到磷酸三钙的相变，因此组成中的少量羟基磷灰石是由于相变不完全所致。但由于这部分羟基磷灰石的数量很少，无法定量计算。羟基磷灰石是一种生物相容性良好的生物材料，是磷酸钙生物陶瓷材料的一种，已在临床上得以应用，因此少量的羟基磷灰石的存在并不会响应所得微球的生物性能。

本发明提出的具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球的制备方法，具体步骤为：

采用高温熔制法制备硼酸盐玻璃，将硼酸盐玻璃粉碎后过筛，获得尺寸为100-150μm的玻璃粉，然后采用火焰漂浮法制备硼酸盐玻璃微球(如图1所示)；将所得到的硼酸盐玻璃微球浸泡于浓度为0.05-0.25mol/L的磷酸盐溶液中，在25-100℃下反应5小时-14天后，将所得产物过滤、洗涤和煅烧，即得所需产品；其中，硼酸盐玻璃微球的组成为CaO：5-40wt％，Li₂O：7.5-12wt％，B₂O₃：52.5-83wt％，其总重量满足100％。

本发明中，所述磷酸盐为含有磷酸根的可溶性盐类，如K₂HPO₄、Na₂HPO₄，或者生理模拟体液等，磷酸盐的pH值＞9。

本发明中，所述煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为2-3小时。

本发明所述的多孔磷酸钙微球可应用于硬组织修复或药物缓释领域。

本发明所涉及的多孔磷酸钙微球的优点是：(1)微球具有规则的外形，且尺寸分布均匀，既可作为骨缺损部位的填充材料单独使用，亦可与固化液混合制成骨水泥，因具有良好的流动性，因此可以用于不规则骨缺损部位的填充。(2)微球表面和内部存在大量孔隙，与现有的骨水泥材料相比，这样的结构不仅有利于药物加载量的提高，而且可控制药物的释放速度、延长释放时间。(3)微球结构中的微孔有利于新生骨组织的长入，从而更好地促进骨缺损的修复。根据以上特性，本发明所涉及的多孔磷酸钙微球可作为较理想的骨修复材料。

附图说明

图1为火焰漂浮法所制备的硼酸盐玻璃微球，说明所制备的玻璃微球尺寸为100-150μm。

图2为多孔磷酸钙微球的XRD图谱，说明微球的主要成分为磷酸三钙，并含有少量羟基磷灰石微球。

图3为多孔磷酸钙微球表面和断面的扫描电镜(SEM)照片，说明微球的表面和内部含有大量孔隙。其中：(a)为表面的扫描电镜照片，(b)为断面的电镜照片。

图4为利福平体外释放曲线，说明微球具有药物缓释功能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：组成为10Li₂O-10CaO-80B₂O₃(wt％)的多孔磷酸钙微球的制备。

采用高温熔融法制备组成为10Li₂O-10CaO-80B₂O₃(wt％)的硼酸盐玻璃，将玻璃破碎后过筛，获得97μm-154μm间的玻璃颗粒。采用火焰喷球法对玻璃颗粒进行反复球化后，将得到的硼酸盐玻璃微球收集。

配制浓度为0.1mol/L的K₂HPO₄溶液作为反应浸泡液，pH计调节溶液的pH值大于9.0。将1g上述获得的硼酸盐玻璃微球浸泡于100mL K₂HPO₄溶液中，静置于37℃恒温箱中，浸泡7d后取出。移去浸泡液，用去离子水漂洗三次后，置于90℃烘箱中干燥24h。将干燥后的微球于600℃下煅烧2h，后随炉冷却。本实施例所制备的多孔磷酸钙微球的组成为CaO：10wt％，Li₂O：10wt％，B₂O₃：80wt％，微球表面微孔的平均孔径为40nm，内部大孔的平均孔径为1.2μm(如图3所示)。

实施例2：组成为7.5Li₂O-40CaO-52.5B₂O₃(wt％)的多孔磷酸钙微球的制备。

采用高温熔融法制备组成为7.5Li₂O-40CaO-52.5B₂O₃(wt％)的硼酸盐玻璃，将玻璃破碎后过筛，获得97μm-154μm间的玻璃颗粒。采用火焰喷球法对玻璃颗粒进行反复球化后，将得到的硼酸盐玻璃微球收集。

配制浓度为0.25mol/L的K₂HPO₄溶液作为反应浸泡液，pH计调节溶液的pH值大于9.0。将1g上述获得的硼酸盐玻璃微球浸泡于100mL K₂HPO₄溶液中，静置于60℃恒温箱中，浸泡7d后取出。移去浸泡液，用去离子水漂洗三次后，置于90℃烘箱中干燥24h。将干燥后的微球于800℃下煅烧2h，后随炉冷却。本实施例所制备的多孔磷酸钙微球的组成为CaO：40wt％，Li₂O：7.5wt％，B₂O₃：52.5wt％，微球表面微孔的平均孔径为20nm，内部大孔的平均孔径为0.9μm。

实施例3：利福平药物在组成为10Li₂O-10CaO-80B₂O₃(wt％)的多孔磷酸钙微球中的加载及释放。

通过压力渗透作用将利福平装载到多孔磷酸钙微球中。称取50mg多孔微球，放入干净的称量瓶(或小试管)中，倒入饱和利福平溶液10ml。把它置入真空干燥箱内，保持真空度＜0.085MPa，以排除微球孔隙中的气体，并使药物利福平在压力作用下，通过浓度扩散机理，扩散进微球内部的孔隙中，5min后取出样品。

药物释放：在塑料瓶中倒入50mL的PBS液(0.01mol/L，pH＝7.4)，将装载了药物的微球加入到PBS液中。把塑料瓶放进37℃的恒温水浴箱，保持振动的情况下使药物缓慢释放。在放置2h、5h、12h，18h，24h，36h，48h，3d，5d，7d，10d，14d，21d直到30d时，测量溶液对利福平特征光波波长的吸光度。通过利福平溶液浓度与吸光度的标准工作曲线，获得药物的释放速率，结果如图4所示。

Claims

1.一种具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球，其特征在于：微球的主要成分为磷酸三钙，同时含有少量羟基磷灰石，微球为规则的球形，尺寸分布均匀，尺寸为100-150μm；微球的表面和内部存在微孔，表面微孔的孔径为20-60nm，内部微孔的孔径为0.9-1.5μm。

2.一种如权利要求1所述的具有药物控释功能的多孔磷酸钙微球的制备方法，其特征在于具体步骤为：

采用高温熔制法制备硼酸盐玻璃，将硼酸盐玻璃粉碎后过筛，获得尺寸为100-150μm的玻璃粉，然后采用火焰漂浮法制备硼酸盐玻璃微球；将所得到的硼酸盐玻璃微球浸泡于浓度为0.05-0.25mol/L的磷酸盐溶液中，在25-100℃下反应5小时-14天后，将所得产物过滤、洗涤和煅烧，即得所需产品；其中，硼酸盐玻璃微球的组成为CaO：5-40wt％，Li₂O：7.5-12wt％，B₂O₃：52.5-83wt％，其总重量满足100％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述磷酸盐为含有磷酸根的可溶性盐类或者生理模拟体液，磷酸盐的pH值＞9。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为2-3小时。

5.一种如权利要求1所述多孔磷酸钙微球在硬组织修复或药物缓释领域中的应用。