CN103467756A

CN103467756A - 一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法

Info

Publication number: CN103467756A
Application number: CN2013104338239A
Authority: CN
Inventors: 滕淑华; 丁翠翠; 王鹏
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2013-12-25

Abstract

一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，属于生物医学材料的制备技术。以壳聚糖、硝酸钙和磷酸氢二钠为原料，采用原位合成技术制备壳聚糖/羟基磷灰石（HA）复合微球的方法。方法包括：将配制的硝酸钙/壳聚糖溶液滴加到含有Span85的油相中，形成油包水型乳液；加入磷酸氢二钠溶液，搅拌均匀；滴加戊二醛水溶液进行交联；最后通过氢氧化钠调节体系的pH值；经脱水、离心、洗涤、干燥得到复合微球产品。本发明方法制备的壳聚糖/HA复合微球的球形规则、粒径分布窄、分散性高，且有效避免了传统乳化法制备过程中纳米HA粒子团聚的问题，可作为一种药物载体或注射型骨组织修复材料来使用。

Description

一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法

技术领域

本发明涉及一种生物医学材料的制备技术，具体是一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法。

背景技术

复合材料是生物材料研究中最为活跃的一个领域。到目前为止，已有包括多孔支架、膜、纤维、涂层及微球等多种形式的复合材料被成功地制备出来并用于骨缺损的修复研究。其中，微球材料具有颗粒度小、比表面积大、流动性好等独特的优点。由微球制成的注射型人工骨修复材料具有很强的临床可操作性，使用时不受骨缺损范围的限制，且有望改变传统的开刀植骨模式，安全性好，创伤小，因而表现出比其他形式复合材料更诱人的应用前景。另外，微球在药物释放方面具有低毒、高效、缓释、长效等特性，目前已成为生长因子、抗生素、抗癌等药物的理想载体。

壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性及抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等生物特性，因而被广泛应用于人造皮肤、伤口包扎、骨组织修复以及药物缓释等生物医学领域。但是研究表明，单纯的壳聚糖材料缺乏生物活性，不能与骨组织形成生物性结合，无法实现与骨的长久固定。若将壳聚糖与纳米HA材料通过物理或化学的方法进行有效的结合，则既可以赋予壳聚糖良好的生物活性及骨连接性，又可有效提高HA材料的强度、韧性和机械加工性能，从而使壳聚糖/HA复合材料成为一种具有多种功能且理想的骨组织修复材料。

分散乳化法是制备壳聚糖/HA复合微球的传统方法，即将已制得的微米或纳米HA粉末与壳聚糖溶液直接混合后再进行乳化。例如，专利羟基磷灰石/聚乳酸/壳聚糖复合微球的制备方法（专利号 CN 102489231 A）以及文献报道“纳米羟基磷灰石/壳聚糖载药微球的制备及性能”（李湘南等，中南大学学报(自然科学版) 2001, 42(5): 1232-1237）和Preparation, characterization and in-vitro release of gentamicin from coralline hydroxyapatite-chitosan composite microspheres （Sivakumar M.等，Carbohydrate Polymers 2002, 49(3): 281-288）。然而，在该法制备过程中，由于纳米HA颗粒的团聚使其很难均匀地分散到壳聚糖基质中，因此无法达到两种组分之间的纳米复合。另外，这种通过简单混合制成的复合物微球中，壳聚糖只是作为HA颗粒的粘结成型剂，两相之间缺乏有效的化学键合。这些制备方法上的缺陷势必会影响到材料的性能和应用。

原位合成法是指在一定条件下，通过化学反应使无机颗粒在有机基体内原位生成，从而达到均匀复合的效果。与分散乳化法相比，原位合成法在制备复合物微球方面具有其独特的优势。首先，HA的生成过程和复合物微球的制备过程在同一反应体系中完成，制备过程一步完成，能耗低，操作简单，适合大批量生产。其次，纳米HA晶体在壳聚糖基体中均匀地成核和生长，可以有效地避免HA颗粒的团聚，有利于制备界面结合强度高、结构均匀且性能优异的复合微球。然而，目前国内外还很少有人采用原位合成技术来制备壳聚糖/HA复合物微球。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足而提供一种制备结构均匀、性能优良的壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法。

本发明的实现过程如下：在油包水（W/O）型反相乳液体系中，以壳聚糖、硝酸钙和磷酸氢二钠为原料，通过调节反应体系中的pH值，使HA纳米粒子原位生成于壳聚糖的基体中，从而制得球形规则、粒径分布窄、分散性高且结构均匀的壳聚糖/HA复合微球；

上述壳聚糖/HA复合微球的制备方法包括如下步骤：

（1）将壳聚糖和钙盐溶解于2%的醋酸溶液中，得到含有钙离子的壳聚糖溶液；

（2）将上述溶液加入到含有乳化剂的油相中，室温下搅拌0.5 h后，再向其中加入磷酸盐溶液，并在室温下搅拌，使之混合均匀；

（3）向上述乳液体系中加入戊二醛溶液进行交联；

（4）在不断搅拌下将NaOH溶液缓慢滴加到乳液体系中，调节溶液的pH值至碱性，并长时间搅拌，使壳聚糖和HA同时沉积；

（5）加入丙酮并搅拌后，将所得产物离心，用丙酮和水反复洗涤，并置于室温下晾干，最终得到壳聚糖/HA复合微球。

步骤（1）和（2）中所用钙盐为硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙或醋酸钙；所用磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二胺或磷酸。

步骤（2）中所用油相为植物油或液体石蜡，油相体积为水相体积的5-20倍。

步骤（2）中所用乳化剂为Span-80, Span-85或山梨酸钾；乳化剂用量为油相体积的0.1%~3% (w/v)。

步骤（2）中加入磷酸盐的量按HA的Ca/P理论摩尔比1.67来计算。

步骤（3）中，向含有0.1 g壳聚糖的反应体系中加入1 mL戊二醛水溶液的浓度为1~20 wt%。

步骤（4）中，向含有0.1 g壳聚糖的反应体系中加入NaOH的量为0.01~0.3 g。

所得壳聚糖/HA复合微球中壳聚糖与HA的理论质量比为1/1~20/1。

所得壳聚糖/HA复合微球的粒径大小可以通过调节搅拌速度来控制，其粒径范围在1~500微米之间。

所得壳聚糖/HA复合微球的形态规则，分散度高，粒径尺寸均一，且纳米HA粒子在壳聚糖基体中无团聚现象。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明相对于现有技术具有许多独特的优点：

(1) 微球的制备过程采用一步法完成，也就是说，HA纳米颗粒的生成过程与复合物微球的制备过程是在同一反应体系中完成的，这样可以大大降低能耗、简化工艺流程和操作步骤。而且，整个制备工艺对设备要求不高，易于实施和推广，对环境无污染，便于工业化生产。

(2) 在原位合成过程中，壳聚糖大分子通过与无机离子在界面处的相互作用, 可以从分子水平控制HA无机相的成核和生长，并使其最终均匀地沉积到聚合物基质中，从而有效地避免了纳米颗粒在微球内部的团聚。

(3) 从合成原理和过程来看，原位合成类似于生物矿化过程，因此有望得到结构和性能更接近于人体骨组织的壳聚糖/HA复合微球。

(4) 原位合成法可以获得球形规则、分散度高、粒径小、界面结合强度高、结构均匀且性能优异的壳聚糖/HA复合微球。

(5) 所得壳聚糖/HA复合微球通过浸泡载药方式负载药物后，可以获得兼具骨修复和药物缓释双重生物功能的微球材料。将这种微球直接填充到骨缺损部位，有望既大大缩短操作流程，又能利用药物定点释放来提高治疗效果。

(6) 所制得的壳聚糖/HA复合微球中，壳聚糖和羟基磷灰石两种组分都具有吸附重金属离子的作用，因此其在废水处理中也具有潜在的应用前景。

(7) 该法同样适用于制备其他无机-有机复合物微球。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的微球的扫描电镜照片。

图2为本发明实施例2制备的微球的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例2制备的微球的表面形貌。

图4为本发明实施例2制备的微球的粒径分布图。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1: 将0.1 g壳聚糖和0.029 g Ca(NO₃)₂.4H₂O溶解于5 mL, 2%的醋酸中，得到含有钙离子的壳聚糖溶液。将该溶液加入到含有span-85的100 mL大豆油中，室温下搅拌均匀。随后，向上述体系中加入由0.027 g Na₂HPO₄.12H₂O配制的水溶液（按HA中Ca/P理论摩尔比1.67来计算）。搅拌使之混合均匀后，再加入1 mL戊二醛溶液进行交联。交联4 h之后，将1M的 NaOH溶液缓慢滴加到乳液体系中，以调节溶液的pH值，使壳聚糖和HA同时沉积。室温下持续搅拌24 h后，加入20 mL丙酮，搅拌30 min。将所得产物离心，丙酮和水反复洗涤，并置于室温下晾干，最终得到壳聚糖与HA的质量比为8/1的复合微球。

实施例2: 将0.1 g壳聚糖和0.059 g Ca(NO₃)₂.4H₂O溶解于5 mL, 2%的醋酸中，得到含有钙离子的壳聚糖溶液。将该溶液加入到含有span-85的100 mL大豆油中，室温下搅拌均匀。随后，向上述体系中加入由0.053 g Na₂HPO₄.12H₂O配制的水溶液（按HA中Ca/P理论摩尔比1.67来计算）。之后操作步骤同实施例1。最终得到壳聚糖与HA的质量比为4/1的复合微球。

实施例3: 将0.1 g壳聚糖和0.028 g 无水CaCl₂溶解于5 mL, 2%的醋酸中，得到含有钙离子的壳聚糖溶液。将该溶液加入到含有span-80的150 mL大豆油中，室温下搅拌均匀。随后，向上述体系中加入由0.020 g (NH₄)₂HPO₄配制的水溶液（按HA中Ca/P理论摩尔比1.67来计算）。之后操作步骤同实施例1。最终得到壳聚糖与HA的质量比为4/1的复合微球。

实施例4：将实施例2制备的壳聚糖/HA复合微球进行载药、释药检测。称取一定量的样品浸入到1 mg/mL盐酸四环素（TCH）的PBS缓冲溶液中（pH=7.4，0.1M），在37oC的恒温振荡器中浸泡48 h后离心，对所得上清液进行药物浓度检测，并由此计算出样品的药物包封率和载药量。将所得载药微球加入到PBS溶液中，超声分散后，置于37oC的恒温振荡箱中。间隔一定时间后取出，离心，从上清液中吸取溶液进行浓度检测，并补加相同体积的PBS溶液。测试结果表明，该复合微球对药物具有一定的缓释效果。

Claims

1.一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：在油包水（W/O）型反相乳液体系中，以壳聚糖、硝酸钙和磷酸氢二钠为原料，通过调节反应体系中的pH值，使HA纳米粒子原位生成于壳聚糖的基体中，从而制得球形规则、粒径分布窄、分散性高且结构均匀的壳聚糖/HA复合微球；

上述壳聚糖/HA复合微球的制备方法包括如下步骤：

（3）向上述乳液体系中加入戊二醛溶液进行交联；

2.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：步骤（1）和（2）中所用钙盐为硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙或醋酸钙；所用磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二胺或磷酸。

3.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：步骤（2）中所用油相为植物油或液体石蜡，油相体积为水相体积的5-20倍；

步骤（2）中所用乳化剂为Span-80, Span-85或山梨酸钾；乳化剂用量为油相体积的0.1%~3% (w/v)；

4.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：步骤（3）中，向含有0.1 g壳聚糖的反应体系中加入1 mL戊二醛水溶液的浓度为1~20 wt%。

5.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：步骤（4）中，向含有0.1 g壳聚糖的反应体系中加入NaOH的量为0.01~0.3 g。

6.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：所得壳聚糖/HA复合微球中壳聚糖与HA的理论质量比为1/1~20/1。

7.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：所得壳聚糖/HA复合微球的粒径大小可以通过调节搅拌速度来控制，其粒径范围在1~500微米之间。

8.根据权利要求1所述的一种制备壳聚糖/羟基磷灰石复合微球的方法，其特征是：所得壳聚糖/HA复合微球的形态规则，分散度高，粒径尺寸均一，且纳米HA粒子在壳聚糖基体中无团聚现象。