专利名称：Plga-peg-plga镶嵌的矿化胶原涂层及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种同时具备高生物学响应性和可高效承载药物的金属植入体表面 PLGA-PEG-PLGA (PLGA 的英文全称是 poly (lactic-co-glycolic acid)，中文标准命名是聚乳酸-羟基乙酸共聚物；PEG的英文全称是polyethylene glycol)，中文标准命名是聚乙二醇)共聚物镶嵌的矿化胶原涂层及其制备方法。
背景技术：
矿化胶原由磷酸钙盐和胶原蛋白复合而成，与天然骨的结构和成分相似。研究表明(Dawson JI，et al. Biomaterials, 2009,29 (21): 3105-3116)，该复合材料具有优异的仿生性能，可有效促进骨整合过程，提高新骨形成能力。通过电化学沉积、旋涂法、仿生法等方式可使胶原分子及磷酸盐组装于金属基板上，形成矿化胶原涂层。得到的金属植入体不仅具备金属良好的机械性能，而且能利用矿化胶原改善材料的生物活性。但另一方面，为了进一步提高骨修复手术的成功率，往往需要在植入体中加载生长因子、抗生素等药物，使其在患处缓慢持续释放，在一定的时间内发挥效用。而相对于块体药物载体材料而言，涂层一般较薄，对药物的容纳能力相对较小，导致药物在承载材料中的扩散快，其有效浓度无法在足够长时间内维持在一定水平。为达到缓释目的，要求药物能大量进入载体材料，并能在体内缓慢持续释放。这可通过在药物控释系统中加入可依据外部微环境变化作出响应而产生溶胶-凝胶相变化的高分子聚合物来实现。其中，PLGA-PEG-PLGA作为同时具备热响应性和良好生物相容性的温敏聚合物材料具有很大的应用前景。该材料在临界溶解温度(28°C左右)以下时为溶胶，温度上升时由于疏水相互作用加强或氢键受到破坏而形成凝胶。在临界溶解温度以下将其与药物共混，升高温度后可使药物分子包裹于凝胶体系中，减缓药物在体内的释放。有关研究 (Song ZM, et al. Journal of Colloid and Interface Science, 2011， 354:116-123) 报道了利用PLGA-PEG-PLGA的温敏特性使其随温度进行原位结构变化达到有效载药释药的目的，但一般在其块状水凝胶状态下运用，未发现有将其与其他材料复合制成涂层的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层及制备方法。该涂层沉积于金属植入体表面，使其具备高生物学响应性和高效缓释药物的功能。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层，它包括一金属基板，所述金属基板表面沉积了多孔矿化胶原涂层，多孔矿化胶原涂层内镶嵌 PLGA-PEG-PLGA。一种上述PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层的制备方法，它包含以下步骤 (1)金属基板表面预处理包括对金属基板表面进行清洁、控制粗糙度、处理氧化物层等；
(2)配制电解液，利用电化学沉积在金属植入体表面得到多孔矿化胶原涂层配制的电解液中含有Ca2+、H2P04_、H202和胶原，它们的浓度分别为4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0. 1 0. 6g/L和15 20 mmol/L,电解液的pH为4. 3 4. 6 ；金属基板为阴极，钼电极为阳极，电解液置于温度为37°C的水浴中，阴极与阳极之间距离为1 2cm，采用恒压模式，沉积电压范围为2. 0 2. 5V，沉积时间为30 60min ；电化学沉积结束后将金属基板用去离子水清洗，自然风干；
(3)将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为3 6g/L的溶胶，将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于上述溶液中，在4 20°C下放置5 10h，然后在35 40°C下放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶胶转变为凝胶，镶嵌于多孔涂层中；最后取出金属基板并烘干，制得本发明PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。本发明的有益效果是，本发明采用电化学制备具有多孔结构的矿化胶原涂层，利用其多孔结构镶嵌PLGA-PEG-PLGA温敏聚合物，从而显著改善了涂层对药物的缓释行为， 使其在具备高生物学响应性的同时，高效承载并缓慢释放生长因子、抗生素、蛋白类药物等，在硬骨组织修复领域具有广泛的应用前景。
图1是37°C下，PLGA-PEG-PLGA与盐酸万古霉素混合液中不同PLGA-PEG-PLGA浓度下药物释放曲线；
图2是4°C和37°C下PLGA-PEG-PLGA浓度为3g/L时的药物释放曲线，混合液中盐酸万古霉素的浓度均为4g/L。
具体实施例方式本发明中的PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层，包括一金属基板，金属基板表面沉积了多孔矿化胶原涂层，多孔矿化胶原涂层内镶嵌PLGA-PEG-PLGA。PLGA-PEG-PLGA为温敏聚合物，温度改变时可发生溶胶-凝胶转变，转变临界温度约为。药物于低温(U8°C )加载于涂层中，在体温时(37 °C )释放。本发明涉及的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层的制备方法包含以下步骤
1、金属基板表面预处理包括对金属基板表面进行清洁、控制粗糙度、处理氧化物层寸。2、配制电解液，利用电化学沉积在金属植入体表面得到多孔矿化胶原涂层。本发明中，配制的电解液中含有Ca2+、H2POp H2O2和胶原，它们的浓度分别为4 8mmol/L、8 16 mmol/L、15 20 mmol/L 和 0. 1 0. 6g/L,电解液的 pH 为 4. 3 4. 6 (用 0. 25 lmol/L的NaOH溶液调节)。金属基板为阴极，钼电极为阳极，电解液置于温度为37°C 的水浴中，阴极与阳极之间距离为1 2cm，采用恒压模式，沉积电压范围为2. 0 2. 5V，沉积时间为30 60min。电化学沉积结束后将金属基板用去离子水清洗，自然风干，得到表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板。矿化胶原为胶原与磷酸钙矿物的复合物，在未加载温敏聚合物时该矿化胶原层为多孔准三维结构，为容纳PLGA-PEG-PLGA提供合适的空间条件。3、将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为3 6g/L的溶胶，将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于溶胶中，在较低温度下(4 20°C)放置5 10h，然后在较高温度下(35 40°C )放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶胶转变为凝胶，镶嵌于多孔涂层中。最后取出金属基板并烘干，制得本发明PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。PLGA-PEG-PLGA为温敏聚合物，温度升高时可发生溶胶-凝胶转变，转变临界温度为左右，载药时其为溶胶状态，释药时为凝胶状态。本发明的使用过程如下将本发明制备得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层浸于药物溶液中10 12h，药物溶液的温度为4 20°C，使药物充分载入该涂层， 然后药物溶液的温度升温至35 40°C后继续放置2 5h，最后将涂层烘干。所述药物为需承载的生长因子、抗生素等药物，药物浓度根据实际应用情况调节。根据体内温度环境， 药物缓释在37 °C左右进行。体外释放实验在PBS溶液(pH为7. 0 7. 4)中进行，利用紫外分光光度计测量药物释放量。37°C下PLGA-PEG-PLGA为凝胶状态，可减缓初期药物的爆发性释放，延长药物作用时间。本发明的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层中，电沉积得到的矿化胶原涂层具有多孔结构，为容纳PLGA-PEG-PLGA和药物分子提供了一定的空间。同时，一定量的 PLGA-PEG-PLGA与矿化胶原结合，但未覆盖整个矿化胶原层，使矿化胶原仍可发挥其高生物响应性的功能，有效促进骨整合过程。在小于PLGA-PEG-PLGA的临界溶解温度时，其为溶胶状态，药物分子可载入涂层，温度升至37°C左右时，PLGA-PEG-PLGA转变为凝胶，其致密结构对药物分子的扩散具有一定的阻挡作用，从而实现涂层缓释效果，延长药物的作用时间。以下结合具体实例来说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。实施例1
将胶原溶于0. 005mol/L醋酸中，搅拌后形成胶原浓度为0. 5g/L的溶液，将 Ca(NO3)2 · 6H20和NH4H2PO4溶解于去离子水中，与胶原溶液及少量双氧水混合形成钙、磷、 H2O2、胶原浓度分别为8 mmol/L、16 mmol/L、15 mmol/L、0. 6g/L的电解液，用NaOH溶液将电解液PH调节至4. 3。将表面预处理后的钛板作为阴极，钼电极作为阳极，阴阳两电极间距为 lcm，取15ml电解液置于在37°C水浴中，采用恒压沉积模式，电压2. 5V。沉积30min后取出钛基板，去离子水清洗后自然风干获得多孔矿化胶原梯度涂层。将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为3g/L的溶胶，于4°C贮存。将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于上述溶液中，在4°C下放置10h，然后在35°C下放置10h。最后取出金属基板并烘干，制得PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。将制备得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层浸于4g/L的盐酸万古霉素溶液中10h，药物溶液的温度为4°C，使药物充分载入该涂层，然后将药物溶液的温度升温至35°C后继续放置2h，最后将涂层烘干。体外药物释放实验表明，药物持续释时间可达4天以上。实施例2
将胶原溶于0. 005mol/L醋酸中，搅拌后形成胶原浓度为0. 5g/L的溶液，将 Ca(NO3)2 · 6H20和NaH2PO4溶解于去离子水中，与胶原溶液及少量双氧水混合形成钙、磷、H2O2、胶原浓度分别为4 mmol/L、8 mmol/L、20 mmol/L、0. lg/L的电解液，用NaOH溶液将电解液PH调节至4. 6。将表面预处理后的钛板作为阴极，钼电极作为阳极，阴阳两电极间距为2cm，取15ml电解液置于在37°C水浴中，采用恒压沉积模式，电压2. 5V。沉积45min后取出钛基板，去离子水清洗后自然风干获得多孔矿化胶原梯度涂层。将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为6g/L的溶胶，于4°C贮存。将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于上述溶液中，在20°C下放置证，然后在40°C下放置证。最后取出金属基板并烘干，制得PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。将制备得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层浸于4g/L的盐酸万古霉素溶液中12h，药物溶液的温度为20°C， 使药物充分载入该涂层，然后将药物溶液的温度升温至40°C后继续放置池，最后将涂层烘干。体外药物释放实验表明，药物持续释时间可达4天以上。实施例3
将胶原溶于0. 005mol/L醋酸中，搅拌后形成胶原浓度为0. 5g/L的溶液，将 Ca(NO3)2 · 6H20和NaH2PO4溶解于去离子水中，与胶原溶液及少量双氧水混合形成钙、磷、 H2O2、胶原浓度分别为6 mmol/L、12 mmol/L、18 mmol/L、0. 4g/L的电解液，用NaOH溶液将电解液PH调节至4. 5。将表面预处理后的钛板作为阴极，钼电极作为阳极，阴阳两电极间距为 1. 5cm，取15ml电解液置于在37°C水浴中，采用恒压沉积模式，电压2. 0V。沉积60min后取出钛基板，去离子水清洗后自然风干获得多孔矿化胶原梯度涂层。将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为6g/L的溶胶，于4°C贮存。将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于上述溶液中，在4°C下放置10h，然后在37°C下放置证。最后取出金属基板并烘干，制得PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。将制备得到的PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层浸于4g/L的盐酸万古霉素溶液中10h，药物溶液的温度为4°C，使药物充分载入该涂层，然后将药物溶液的温度升温至40°C后继续放置2h，最后将涂层烘干。体外药物释放实验表明，药物持续释时间可达4天以上。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层，其特征在于，它包括一金属基板，所述金属基板表面沉积了多孔矿化胶原涂层，多孔矿化胶原涂层内镶嵌PLGA-PEG-PLGA。
2.—种权利要求1所述PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层的制备方法，其特征在于， 它包含以下步骤(1)金属基板表面预处理包括对金属基板表面进行清洁、控制粗糙度、处理氧化物层等；(2)配制电解液，利用电化学沉积在金属植入体表面得到多孔矿化胶原涂层配制的电解液中含有Ca2+、H2P04_、H202和胶原，它们的浓度分别为4 8mmol/L、8 16 mmol/L、0. 1 0. 6g/L和15 20 mmol/L,电解液的pH为4. 3 4. 6 ；金属基板为阴极，钼电极为阳极，电解液置于温度为37°C的水浴中，阴极与阳极之间距离为1 2cm，采用恒压模式，沉积电压范围为2. 0 2. 5V，沉积时间为30 60min ；电化学沉积结束后将金属基板用去离子水清洗，自然风干；(3)将PLGA-PEG-PLGA加去离子水配制成浓度为3 6g/L的溶胶，将制得的表面具有多孔矿化胶原涂层的金属基板浸于上述溶液中，在较低温度下放置5 10h，然后在较高温度下放置5 10h，使PLGA-PEG-PLGA溶胶转变为凝胶，镶嵌于多孔涂层中；最后取出金属基板并烘干，制得本发明PLGA-PEG-PLGA共聚物镶嵌的矿化胶原涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述较低温度为 4 20°C，所述较高温度为；35 40°C。
全文摘要
本发明公开了一种PLGA-PEG-PLGA镶嵌的矿化胶原涂层及制备方法。本发明通过电化学沉积，调节沉积参数，在金属植入体表面构建具有多孔结构的矿化胶原涂层，在该结构中镶嵌温敏聚合物PLGA-PEG-PLGA，使涂层成为优良的药物缓释系统，用于生物因子、抗生素等药物的体内控释。PLGA-PEG-PLGA随温度变化可发生溶胶-凝胶转变。利用该特性，于其溶胶状态将生物因子、抗生素等载入，并于其凝胶状态将药物释放，可优化涂层的缓释行为。该法制得的涂层可利用矿化胶原传递生物信号、温敏聚合物有效控释药物，使涂层在具备高生物学响应性的同时，具有良好的药物缓释功能，在硬骨组织修复领域具有广泛的应用前景。
文档编号B32B15/00GK102423927SQ20111027100
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者凌婷, 杜丕一, 程逵, 翁文剑, 韩高荣 申请人:浙江大学