技术领域
本发明涉及生物医用材料领域,具体涉及一种利用聚电解质组装制备 载药涂层的方法。
背景技术
在医疗器械和植入体等表面构建载药超涂层,通过药物释放可实现疾 病治疗、预防、抗菌、提高界面生物相容性等功能。
层状组装方法通过相互作用的两种物质在基底上的交替吸附构建超 涂层,具有操作简单、条件温和、对基底无选择性等优点。该方法作为一 项构建功能涂层技术已经在生物医用、光电元件、人工智能等多个前沿领 域得到了广泛深入的研究及应用。
聚电解质也称高分子电解质,是一类线型或支化的合成和天然水溶性 高分子,其结构单元上含有能电离的基团。通常,聚电解质具有大量的带 电基团,根据带电基团的不同,可以分为聚合物酸、聚合物碱和两性聚合 物。溶解时,聚合物酸的质子离去形成聚合物阴离子,聚合物碱能接受质 子形成聚合物阳离子。
授权公告号为CN102319662B的专利申请公开了一种基于层层组装技 术制备自修复聚电解质涂层的方法,其步骤如下:A.将聚阳离子构筑基元 和聚阴离子构筑基元分别溶于溶剂配成一定浓度、一定pH值的溶液;B. 将处理后的基底浸入到聚阳离子溶液中1~30分钟,然后将基底从聚阳离子 溶液中取出,水洗除去基底表面物理吸附的物质后经N2吹干;C.将步骤B 的基底再浸入到聚阴离子溶液中1~30分钟,然后将基底从聚阴离子溶液中 取出,水洗除去基底表面物理吸附的物质后经N2吹干,从而完成一个沉积 周期涂层的制备;D.重复步骤B、C,从而在基底上制备得到多个沉积周 期的自修复聚电解质涂层。其中,聚阳离子为聚烯丙基胺盐酸盐、聚乙烯 基亚胺、明胶、聚四乙烯基吡啶、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐、壳聚糖、 聚L-赖氨酸、聚苯胺中的一种或几种;聚阴离子为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺 酸钠、海藻酸钠、透明质酸、磺化聚醚醚酮、磺化葡聚糖中的一种或几种; 溶剂为水、乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或氯仿。
EP20028471A1公开了一种带有至少两种相反电荷的聚合物层,药物 以共价键的形式结合于聚合物的某一层或者两层上。EP20169571A1公开 了一种层层组装的涂层技术,其中药物涂层至少含有两层具有相反电荷的 聚电解质,药物通过共价键与其结合。
在生物医用领域,构建载药涂层是层状组装方法的重要应用之一。然 而,不同类型药物的负载往往采取不同的方法:亲水性药物通常与涂层有 较强的相互作用,因而比较容易在预先组装的涂层内产生富集;而疏水性 药物的负载比较困难,通常需要对药物或涂层进行预处理,造成步骤繁琐, 即包括多步合成、提纯等步骤,而且所适用的药物种类和数量均有限。
因此,如何能够在聚电解质构建涂层方法的基础上,进行技术的改进, 以解决上述涂层负载药物的种类和数量受限的问题,是目前的一个重要研 究方向。
发明内容
本发明提供了一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,该方法制 备得到的聚电解质涂层具有微孔结构,可进行多种类型药物的同时负载, 且负载过程简便,负载量大且可控。
本发明的具体实施方案如下:
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制碱性的聚阳离子电解质水溶液和酸性的聚阴离子电解质水 溶液;
(2)将基底材料在聚阳离子电解质水溶液中浸泡后,水溶液冲洗; 再放入聚阴离子电解质水溶液中浸泡后,水溶液冲洗;该步骤重复5~500 次后得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入酸性水溶液中,取出后冷冻干燥,获得具 微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入药物溶液中,获得负载药物 的涂层;
(5)将负载药物的涂层放置在水蒸气环境中,获得微孔闭合的载药 涂层。
涂层酸溶液处理形成微孔结构的原理是聚电解质的相分离:在酸性环 境下,聚电解质的电荷密度将发生变化,由此导致涂层中聚阳离子和聚阴 离子链段发生移动和重组,最终涂层内形成微孔。
具微孔结构的聚电解质涂层载药的原理:药物溶液通过毛细作用浸润 填充到微孔中。
多孔涂层通过水蒸气处理,实现微孔闭合的原理是:水分子能够促进 聚电解质链段运动,水蒸气环境下,涂层倾向于表面能最低,导致涂层内 微孔闭合。可通过水蒸汽浓度或处理时间实现微孔闭合的程度。
所述聚阳离子电解质水溶液的pH值为8~11,聚阴离子电解质水溶液的 pH值为2~6。
所述酸性水溶液的pH为2~6,可通过改变酸溶液的pH值对微孔的尺寸 进行调控,从而控制载药量,优选2.5~5.0。
所述聚阳离子电解质可以为人工合成或天然带正电荷的聚电解质,作 为优选,所述的聚阳离子电解质为硫酸鱼精蛋白、聚赖氨酸、壳聚糖、聚 乙烯亚胺、聚丙烯胺盐酸盐或聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐。优选聚乙烯亚 胺,其摩尔分子量为1,000~100,000,更优选为20,000~50,000。
所述聚阴离子电解质可以为人工合成或天然带负电荷的聚电解质,作 为优选,所述的聚阴离子电解质为聚丙烯酸、透明质酸、肝素、聚苯磺酸 钠或海藻酸钠。优选聚丙烯酸,其摩尔分子量为50,000~500,000,更优选 为100,000~200,000。
作为优选,所述聚阳离子电解质溶液或聚阴离子电解质溶液的浓度为 0.1~10mg/ml。
浸泡时间的长短可调控微孔的尺寸,从而控制载药量。步骤(2)中 所述浸泡的时间为1~60分钟,优选5~20分钟。作为优选,步骤重复的次数 为10~100次。
步骤(3)中,聚电解质涂层浸入酸性水溶液的时间为10~200分钟, 优选30~90分钟。所述冷冻干燥的温度为-20℃~-80℃,时间为1~20小时。
步骤(4)中聚电解质涂层浸入药物溶液的时间为30秒~100分钟,优 选1~10分钟。所述药物的类型没有限定,亲水性、疏水性或亲油性等均可, 所述药物可以配置成溶液或者悬浮液。
步骤(5)中涂层放置在水蒸气环境中,湿度为70~100%,优选90~100%; 处理时间为1~48小时,优选2~5小时。
本发明在利用聚电解质构建涂层的基础上,通过酸性水溶液对聚电解 质涂层进行改性,获得具有微孔结构的聚电解质涂层,该涂层可负载多种 类型的药物,且负载过程简单,负载量大,无需化学共价接枝,也无需特 殊的仪器设备;将负载药物后的涂层置于水蒸气环境后涂层的微孔即可闭 合,可以使药物与涂层之间结合更为紧密,从而提高疏水性药物的负载量 和稳定性;解决了现有技术中涂层负载药物种类和数量有限、无法精确调 控的问题。
附图说明
图1为实施例1中聚乙烯亚胺/聚丙烯酸涂层酸处理后的扫描电子显微 镜图;
图2为实施例1中聚乙烯亚胺/聚丙烯酸负载三氯生药物涂层水蒸气处 理后的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
实施例1
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 9、1mg/ml的聚乙烯亚胺水溶液和pH 3、3mg/ml聚丙烯 酸水溶液;
(2)将不锈钢支架在聚乙烯亚胺水溶液中浸泡15分钟后,水溶液冲 洗;再放入聚丙烯酸水溶液中浸泡15分钟后,水溶液冲洗;该步骤重复20 次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 2.9的盐酸水溶液中30分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入三氯生溶液(20mg/ml,乙 醇)中1分钟,真空脱除乙醇后,获得负载三氯生的涂层,药物负载量为1 mg/cm2;
(5)将负载三氯生的涂层放置在95%湿度水蒸气环境中5小时后,获 得微孔闭合的载药涂层。
上述具微孔结构的聚电解质涂层如图1所示;负载三氯生后的载药涂 层如图2所示;该载药涂层实现三氯生的快速负载,三氯生药物通过自由 分子扩散得到缓慢释放;该载药涂层支架体外抗菌实验显示,30天的实验 期中,对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有杀灭作用。
实施例2
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 10.0、1mg/ml的聚赖氨酸水溶液和pH 3、2mg/ml透明质 酸水溶液;
(2)将不锈钢心血管支架在聚赖氨酸水溶液中浸泡20分钟后,水溶 液冲洗;再放入透明质酸水溶液中浸泡20分钟后,水溶液冲洗;该步骤重 复40次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 3.5的盐酸水溶液中60分钟,-25℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入漆黄素溶液中(20mg/ml, 乙醇)5分钟,真空脱除乙醇,获得负载漆黄素的涂层,药物负载量为0.5 mg/cm2;
(5)将负载漆黄素的涂层放置在100%湿度水蒸气环境中1小时后, 获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现漆黄素的快速负载,漆黄素药物通过自由分子扩散得 到缓慢释放;该载药涂层支架体外抗凝血实验显示,7天的实验期中,支 架表面无凝血、无血栓形成。
实施例3
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 9.5、5mg/ml的硫酸鱼精蛋白水溶液和pH 4、5mg/ml聚 苯磺酸钠水溶液;
(2)将导尿管在硫酸鱼精蛋白水溶液中浸泡10分钟后,水溶液冲洗; 再放入聚苯磺酸钠水溶液中浸泡10分钟后,水溶液冲洗;该步骤重复100 次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 4.0的盐酸水溶液中120分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入三氯生和吲哚美辛混合乙醇 溶液中(各10mg/mL)10分钟,真空脱除乙醇,获得负载三氯生和吲哚 美辛的涂层,药物负载量分别为0.8mg/cm2;
(5)将负载三氯生和吲哚美辛涂层的导尿管放置在95%湿度水蒸气 环境中10小时后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了三氯生和吲哚美辛的负载,药物通过自由分子扩散 得到缓慢释放;该载药涂层导尿管体外抗菌实验显示,90天的实验期中, 对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有杀灭作用。
实施例4
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 8、2mg/ml的聚赖氨酸水溶液和pH 6、2mg/ml肝素水溶 液;
(2)将不锈钢心血管支架在聚赖氨酸水溶液中浸泡10分钟后,水溶 液冲洗;再放入肝素水溶液中浸泡10分钟后,水溶液冲洗;该步骤重复80 次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 3.0的盐酸水溶液中120分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入肝细胞生长因子水溶液中(1 mg/mL)10分钟,真空脱除水,获得负载肝细胞生长因子的涂层,生长因 子药物负载量为5μg/cm2;
(5)将负载肝细胞生长因子涂层的支架放置在95%湿度水蒸气环境 中10小时后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了肝细胞生长因子的负载,生长因子通过自由分子扩 散得到缓慢释放;该载药涂层支架体外内皮细胞培养实验显示,7天的实 验期中,对内皮细胞的增殖和迁移具有显著促进作用。
实施例5
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 8、3mg/ml的碱溶性壳聚糖水溶液和pH 6、2mg/ml透明 质酸水溶液;
(2)将等离子亲水处理的聚二甲基硅氧烷支架在碱溶性壳聚糖水溶 液中浸泡10分钟后,水溶液冲洗;再放入透明质酸水溶液中浸泡10分钟后, 水溶液冲洗;该步骤重复50次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 3.0的盐酸水溶液中120分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入血管内皮生长因子水溶液中 (1mg/mL)10分钟,真空脱除水,获得负载血管内皮生长因子的涂层, 生长因子药物负载量为3μg/cm2;
(5)将负载血管内皮生长因子涂层的支架放置在100%湿度水蒸气环 境中3小时后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了血管内皮细胞生长因子的负载,生长因子通过自由 分子扩散得到缓慢释放;该载药涂层支架体外内皮细胞培养实验显示,7 天的实验期中,对内皮细胞的黏附、增殖和迁移具有显著促进作用。
实施例6
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 9、3mg/ml的聚乙烯亚胺水溶液和pH 5、3mg/ml透明质 酸水溶液;
(2)将钛合金人工骨关节在聚乙烯亚胺水溶液中浸泡10分钟后,水 溶液冲洗;再放入透明质酸水溶液中浸泡10分钟后,水溶液冲洗;该步骤 重复50次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 2.5的盐酸水溶液中60分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入溶菌酶水溶液中(1mg/mL) 10分钟,真空脱除水,获得负载溶菌酶的涂层,药物负载量为5μg/cm2;
(5)将负载溶菌酶涂层的人工骨关节放置在100%湿度水蒸气环境中 1小时后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了溶菌酶的负载,酶通过自由分子扩散得到缓慢释 放;该载药涂层人工骨关节体外细菌培养实验显示,14天的实验期中,对 大肠杆菌和金色葡萄球菌的杀灭和抑制具有显著作用。
实施例7
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 9、1mg/ml的聚丙烯胺盐酸盐水溶液和pH 3、3mg/ml聚 苯磺酸钠水溶液;
(2)将玻璃在聚丙烯胺盐酸盐水溶液中浸泡8分钟后,水溶液冲洗; 再放入聚苯磺酸钠水溶液中浸泡8分钟后,水溶液冲洗;该步骤重复150次 后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 3的盐酸水溶液中60分钟,-80℃冷冻干 燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入溶菌酶水溶液中(1mg/mL) 10分钟,真空脱除水,获得负载溶菌酶的涂层,药物负载量为2μg/cm2;
(5)将负载溶菌酶涂层的玻璃放置在100%湿度水蒸气环境中1小时 后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了溶菌酶的负载,酶通过自由分子扩散得到缓慢释 放;该载药涂层玻璃体外细菌培养实验显示,7天的实验期中,对大肠杆 菌和金色葡萄球菌的杀灭和抑制具有显著作用。
实施例8
一种利用聚电解质组装制备载药涂层的方法,包括以下步骤:
(1)配制pH 9、1mg/ml的聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐水溶液和pH 4、 3mg/ml聚苯磺酸钠水溶液;
(2)将聚对苯二甲酸乙二醇酯人工血管在聚二烯丙基二甲基铵盐酸 盐水溶液中浸泡8分钟后,水溶液冲洗;再放入聚苯磺酸钠水溶液中浸泡8 分钟后,水溶液冲洗;该步骤重复150次后,得到聚电解质涂层;
(3)将聚电解质涂层浸入pH 4.0的盐酸水溶液中120分钟,-80℃冷冻 干燥脱水,获得具微孔结构的聚电解质涂层;
(4)将具微孔结构的聚电解质涂层浸入三氯生和吲哚美辛混合乙醇 溶液中(各10mg/mL)10分钟,真空脱除乙醇,获得负载三氯生和吲哚 美辛的涂层,药物负载量分别为0.3mg/cm2;
(5)将负载三氯生和吲哚美辛涂层的人工血管放置在100%湿度水蒸 气环境中5小时后,获得微孔闭合的载药涂层。
该载药涂层实现了三氯生和吲哚美辛的负载,药物通过自由分子扩散 得到缓慢释放;该载药涂层人工血管体外抗菌实验显示,90天的实验期中, 对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有杀灭作用。