专利名称：静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法。
背景技术：
生物医用装置，特别是医用植入体和介入治疗装置的表面药物控释涂层可以形成长效、靶向的药物传递体系，局部的高浓度药物可以提高治疗的有效性，降低系统毒性。药物控释体系这些优点不仅改善了传统的治疗方法还解决了一些新型疾病。但是，这种方法仍然存在许多挑战，最主要的是如何发展新的药物控释体系，可以用来精确控制药物装载及药物释放。
通过层层组装获得的层状水凝胶多层膜也为药物控释涂层的设计提供了良好的手段。尽管通过简单的控制组装层数就可以调控药物在多层膜中的装载量，但是由于静电层层组装是在纳米水平上的组装，因此，如何提高药物装载量及丰富药物控释手段是层层组装涂层研究中的关键问题。我们发现具有指数增长方式的多层膜在每组装一双层时在膜的厚度和吸附的聚电解质量上表现出比具有线性增长方式的多层膜增加快很多，并且可以达到微米级的厚度，可以突破常规静电自组装多层膜对药物装载量的限制。研究表明，具有指数增长的多层膜体系是由于聚电解质配对中至少有一种聚电解质可以在多层膜内自由扩散引起的，这说明这种可以自由扩散的聚电解质在多层膜内受到的作用力比较小，即可能带有大量的未与相反电荷基团结合的官能团，因此这些自由的聚电解质也许能提高带相反电荷药物的装载及影响其释放行为。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法。
它的步骤如下1)采用重量体积浓度为0.001mg/ml-1g/ml的弱聚阴离子和弱聚阳离子在材料表面交替吸附获得指数增长特征的多层膜；在10-50交替涂层内厚度可达0.1-120微米；2)将具有指数增长特征的多层膜浸入重量体积浓度为0.001mg/ml-10g/ml的带电荷的药物水溶液中，吸附平衡1-2000分钟，用蒸馏水洗涤，氮气吹干。
弱聚阴离子为白蛋白、海藻酸钠、聚谷氨酸、透明质酸、聚丙烯酸中的一种或多种混合物。弱聚阳离子为聚乙烯亚氨、聚赖氨酸、聚丙烯基氨、壳聚糖中的一种或多种混合物。材料为聚氨酯、聚氯乙烯、聚酯、硅橡胶或不锈钢材料中的一种。带电荷的药物为抗凝血、抗血小板粘附的的药物、抗感染的药物、抗内膜增生、抗肿瘤的药物中的一种。抗凝血为肝素、华法林钠中的一种。抗血小板粘附的的药物为阿司匹林、前列腺素中的一种。抗感染的药物为氨苄青霉素、头孢霉素、磺胺嘧啶或硫酸链霉素中的一种。抗内膜增生的药物为地塞米松磷酸钠。抗肿瘤的药物为柔红霉素、阿霉素、卡铂中的一种。带电荷药物为带一个或者多个正电荷或者负电荷的药物。
本发明优点1)本发明工艺简单，可通过简单的浸涂装置实现，通过简单的交替浸涂技术，在材料表面实现在纳米，亚微米尺寸的层状结构设计；2)本发明基于水相技术，无溶剂毒性，是一种环境友好的制备方法；3)本发明对材料的体型结构没有特殊的要求，可在多种复杂体型结构材料表面实现；4)本发明涂层分子的选择范围广，可以为合成型聚电解质，也可以是蛋白质、多糖、等荷电生物活性大分子；5)本发明制备手段丰富，可以选择不同的聚电解质配对，并且可以调节组装条件获得不同组成的具有指数增长的多层膜；6)本发明药物装载种类繁多，只需要带有电荷即可；7)本发明药物装载简单，通过简单静置吸附即可；8)本发明可以获得具有微米级厚度的多层膜，大大提高药物装载量。
附图是石英微天平跟踪聚乙烯亚胺组装过程中膜厚呈指数增长的行为。
具体实施例方式
本发明是采用表面自组装的方法在材料表面获得具有指数增长特征的多层膜，通过浸泡的方法将带有电荷的药物装载到多层膜内。该涂层聚合物是在水溶性条件涂层的，可实现在具有复杂体型结构的生物医用装置表面上获得药物涂层，形成稳定的医用聚合物涂层，有效改善材料的非生物相容性。
具体包括以下两个步骤1具有指数增长特征的多层膜的制备，首先采用多种表面改性技术在聚氨酯、聚氯乙烯、聚酯、硅橡胶或医用316L不锈钢材料表面获得具有正电荷或负电荷的荷电表面，采用具有以下弱聚电解质直接组装，包括聚乙烯亚胺、聚赖氨酸、壳聚糖、聚谷氨酸、透明质酸、海藻酸钠中的一种或多种混合物。利用静电自组装方法在医用装置上交替组装获得具有指数增长特征的多层膜，在10-50交替涂层内厚度可达0.1-120微米。
2多层膜药物装载，将制备的具有指数增长特征的多层膜浸入浓度为0.001mg/ml-10g/ml的带电荷的药物水溶液中，吸附平衡1-2000分钟，用蒸馏水洗涤，氮气吹干获得药物涂层。
带电药物，包括具有抗凝血功能的药物、抗菌功能的药物、抗内膜增生药物、抗狭窄药物中的一种或者多种。
实施例1将医用316L不锈钢首先浸到0.01-2mg/ml的聚乙烯亚氨水溶液5-10分钟，去离子水清洗，氮气吹干获得聚乙烯亚氨物理吸附的表面，该表面在水溶液条件下呈正电性。将荷正电的上述材料浸到0.01-10mg/ml的海藻酸钠水溶液5-10分钟，去离子水清洗，氮气吹干，重复以上过程获得聚阴离子海藻酸钠和聚阳离子聚乙烯亚氨2-50层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层内达到0.1-20微米。将此多层膜浸到0.01-10mg/ml的具有抗狭窄作用的药物地塞米松水溶液中1-30min，获得载药多层膜。紫外测试表明具有指数增长特征的多层膜可以大大提高药物装载量。体外释放实验表明多层膜可以在30天内释放。
实施例2将医用316L不锈钢首先浸到10-50mM的聚赖氨酸水溶液中5-30min，用去离子水清洗，然后用氮气吹干，再浸到20-40mg/ml的聚谷氨酸水溶液20-30分钟，去离子水清洗，氮气吹干，重复以上过程获得聚阴离子聚谷氨酸和聚赖氨酸2-80层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在50层内达到20-100微米。将此多层膜浸到10-50mg/ml的具有抗凝血作用的药物小低分子量肝素的水溶液中30-60min，获得载药多层膜肝素释放实验表明多层膜可在50天内稳定的释放药物。
实施例3分别用无水乙醇，去离子水清洗医用PVC膜，氮气吹干后，真空干燥。用氨气等离子体处理PVC膜把干燥好的PVC膜放到等离子体反应器里，对等离子体反应器抽真空，等离子体处理基材的压力通过通氨气维持在40-50Pa，放电电流为25～100mA，处理时间5～15min。然后使反应器恢复到常压，取出处理好的PVC膜。其表面含有氨基官能团。把氨气等离子体处理的PVC膜浸到pH0.5～2的盐酸水溶液5～15min，使氨基盐酸化为氨离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带正电荷的表面。将荷正电的上述材料浸到50-70mg/ml的聚丙烯酸PBS缓冲溶液(pH7.4)40-50分钟，去离子水清洗，氮气吹干，再浸到70-100mg/ml的聚烯丙基氨水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子的表面，重复以上过程获得20-40层聚丙烯酸/聚烯丙基氨交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层内达到0.1-10微米。将此多层膜浸到50-100mg/ml的具有抗血小板粘附药物阿司匹林60-100min，药物装载实验表明多层膜可以装载1-50ug/cm2的药物，并且可以在0.1-20天内释放药物。
实施例4用去离子水清洗医用聚氨酯膜，氮气吹干后，真空干燥。用氧气等离子体处理干燥好的聚氨酯膜。把干燥好的聚氨酯膜放到等离子体反应器里，对等离子体反应器抽真空，等离子体处理基材的压力通过通氧气维持在40-50Pa，放电电流为25～100mA，处理时间5～15min。然后使反应器恢复到常压，取出处理好的聚氨酯膜。其表面含有羧基官能团。把氧气等离子体处理的聚氨酯膜浸到pH10～12的盐酸水溶液5～15min，使羧基转化为为羧离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带负电荷的表面。将荷负电的上述材料浸到150-200mg/ml的白蛋白的0.2M的氯化钠水溶液(pH6白蛋白的等电点为5所以在比较接近等电点的pH时白蛋白结构比较卷曲，用1M的盐酸和氢氧化钠水溶液调节pH)50-60分钟，去离子水(pH6)清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子的表面；将荷正电的聚阳离子白蛋白的表面浸到150-300mg/ml的聚赖氨酸的0.2M的氯化钠水溶液(pH6)50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阴离子的表面，重复以上过程获得聚阳离子和聚阴离子10-20层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在30层内达到0.5-50微米。将此多层膜浸到100-200mg/ml的具有抗感染药物氨苄青霉素水溶液100-150min，装载实验表明多层膜可以装载30-100ug/cm2的药物，并且可以在0.1-5天内释放药物，抗菌实验表明药物涂层可以有效的杀死细菌。
实施例5
如同实施例3用氮气等离子体处理医用硅橡胶。把氮气等离子体处理的硅橡胶浸到pH0.5～2的盐酸水溶液5～15min，使氨基盐酸化为氨离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带正电荷的表面。将荷正电的上述材料浸到10-100mg/ml的海藻酸钠的乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH5.2)50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阴离子海藻酸钠的表面；将荷负电的聚阴离子海藻酸钠的表面浸到5-10mg/ml壳聚糖的乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH5.2)50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子的表面，重复以上过程获得壳聚糖为外层的海藻酸钠和壳聚糖60-80层涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数增长方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在10层内达到0.2-8微米。将此多层膜浸到200-300mg/ml的具有抗菌药物头孢霉素水溶液150-200min，装载实验表明多层膜可以装载2-30ug/cm2的药物，并且可以在1-40天内释放药物，并且可以有效的杀死细菌。
实施例6将医用316L不锈钢首先浸到300-400mg/ml的聚乙烯亚氨水溶液5-10分钟，去离子水清洗，氮气吹干获得聚乙烯亚氨物理吸附的表面，该表面在水溶液条件下呈正电性。将荷正电的上述材料浸到按1∶1混合的200-300mg/ml的透明质酸和聚谷氨酸水溶液60-80分钟，去离子水清洗，氮气吹干，重复以上过程获得聚阴离子海藻酸钠和聚阳离子聚乙烯亚氨50-80层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在30层内达到20-50微米。将此多层膜浸到300-500mg/ml的具有具有抗感染作用的药物磺胺嘧啶水溶液中200-250min，获得载药多层膜。紫外测试表明具有指数增长特征的多层膜可以大大提高药物装载量。体外释放实验表明多层膜可以在30天内释放。
实施例7分别用无水乙醇，去离子水清洗医用聚己内酯膜，氮气吹干后，真空干燥。用氨气等离子体处理PCL膜把干燥好的PCL膜放到等离子体反应器里，对等离子体反应器抽真空，等离子体处理基材的压力通过通氧气维持在40-50Pa，放电电流为25～100mA，处理时间5～15min。然后使反应器恢复到常压，取出处理好的PCL膜。其表面含有羧基官能团。把氧气等离子体处理的PCL膜浸到pH8～10的氢氧化钠水溶液5～15min，使羧酸碱化为羧酸根离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带负电荷的表面。将荷负电的上述材料浸到400-500mg/ml的聚乙烯亚胺水溶液60-90分钟，去离子水清洗，氮气吹干，再浸到500-600mg/ml的聚谷氨酸水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阴离子的表面，重复以上过程获得40-60层聚乙烯亚胺/聚谷氨酸交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在50层内达到30-100微米。将此多层膜浸到500-1000mg/ml的具有抗血小板粘附药物阿司匹林水溶液200-500min，药物装载实验表明多层膜可以装载50-100ug/cm2的药物，并且可以在30-40天内释放药物实施例8按实施例7获得荷负电表面。将荷负电的上述材料浸到500-700mg/ml的聚赖氨酸水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子表面；将荷正电的聚阳离子表面浸到500-700mg/ml的海藻酸钠水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阴离子的表面，重复以上过程获得60-80层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在有50层内达到30-100微米。将此多层膜浸到1000-2000mg/ml的具有抗菌药物头孢霉素水溶液500-1000min，装载实验表明多层膜可以装载2-30ug/cm2的药物，并且可以在1-40天内释放药物，并且可以有效的杀死细菌。
实施例9按实施例7获得荷负电表面。将荷负电的上述材料浸到700-1000mg/ml的聚赖氨酸水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子表面；将荷正电的聚阳离子表面浸到700-1000mg/ml的透明质酸水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阴离子的表面，重复以上过程获得80-100层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在50层内达到60-120微米。将此多层膜浸到2000-10000mg/ml的具有抗狭窄作用的药物地塞米松水溶液中1000-2000min，获得载药多层膜。紫外测试表明具有指数增长特征的多层膜可以大大提高药物装载量。体外释放实验表明多层膜可以在50天内释放。
实施例10将医用316L不锈钢首先浸到0.01-2mg/ml的聚乙烯亚氨水溶液60-80分钟，去离子水清洗，氮气吹干获得聚乙烯亚氨物理吸附的表面，该表面在水溶液条件下呈正电性。，该表面在水溶液条件下呈正电性。将荷正电的上述材料浸到10-20mg/ml的透明质酸水溶液60-80分钟，去离子水清洗，氮气吹干，重复以上过程获得聚阴离子透明质酸和聚阳离子聚乙烯亚氨30-50层交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层内达到10-30微米。将此多层膜浸到5-10mg/ml的具有抗凝血作用的药物华法林钠水溶液中90-120min，获得载药多层膜。紫外测试表明具有指数增长特征的多层膜可以大大提高药物装载量。体外释放实验表明多层膜可以在30天内释放。体外血小板和复钙化时间测试表明药物涂层可以有效的改善不锈钢表面的血液相容性。
实施例11如同实施例3获得氨气等离子体处理医用PVC膜，将医用PVC膜浸到pH0.5～2的盐酸水溶液5～15min，使氨基盐酸化为氨离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带正电荷的表面。将荷正电的上述材料浸到50-70mg/ml的聚丙烯酸的0.3M的氯化钠水溶液40-50分钟，去离子水清洗，氮气吹干，再浸到70-100mg/ml的聚烯丙基氨0.3M的氯化钠水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子的表面，重复以上过程获得20-40层聚丙烯酸/聚烯丙基氨交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在50层内达到30-80微米。将此多层膜浸到50-100mg/ml的具有抗血小板粘附药物前列腺素60-100min，药物装载实验表明多层膜可以装载40-100ug/cm2的药物，并且可以在20-50天内释放药物。
实施例12将溶有光引发剂的，丙烯酸单体的接枝溶液盛于反应器中，等医用PVC膜悬于溶液上方，在恒温水浴中紫外光照射一段时间，光引发剂、接枝单体在热作用下进入气相与膜反应。紫外光源为荧光灯，总功率为40W，特征波长340nm～360nm。接枝后的膜用丙酮清洗数次，再置于丙酮中萃取24小时后充分凉干。获得丙烯酸接枝表面。膜浸到pH10～12的盐酸水溶液5～15min，使羧基转化为为羧离子，取出去离子水清洗，氮气吹干获得带负电荷的表面。将荷负电的上述材料浸到0.01-1mg/ml的壳聚糖水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子表面；将荷正电的上述材料浸到0.01-1mg/ml的透明质酸水溶液40-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干重复以上过程获得30-50层壳聚糖/透明质酸交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层数内达到20-40微米。将此多层膜浸到50-100mg/ml的具有抗肿瘤的药物柔红霉素60-100min，药物装载实验表明多层膜可以装载40-100ug/cm2的药物，并且可以在10-30天内释放药物。
实施例13按实施例12获得荷负电表面。将荷负电的上述材料浸到1-5mg/ml的壳聚糖水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子表面；将荷正电的上述材料浸到1-10mg/ml的聚谷氨酸水溶液40-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干重复以上过程获得30-50层壳聚糖/聚谷氨酸交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层内达到30-50微米。将此多层膜浸到50-100mg/ml的具有抗肿瘤的药物阿霉素60-100min，药物装载实验表明多层膜可以装载40-100ug/cm2的药物，并且可以在20-30天内释放药物。
实施例14按实施例12获得荷负电的医用聚氨酯表面。将荷负电的上述材料浸到1-10mg/ml的聚赖氨酸水溶液50-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干，获得荷聚阳离子表面；将荷正电的上述材料浸到0.1-10mg/ml的聚谷氨酸水溶液40-60分钟，去离子水清洗，氮气吹干重复以上过程获得30-50层聚赖氨酸/聚谷氨酸交替涂层表面。用石英微天平跟踪发现，多层膜组装的重量随着组装层数呈指数方式增加，椭偏仪测量表明多层膜的厚度可以在20层内达到30-50微米。将此多层膜浸到50-100mg/ml的具有抗肿瘤的药物卡铂60-100min，药物装载实验表明多层膜可以装载40-100ug/cm2的药物，并且可以在30-60天内释放药物。
权利要求
1.一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于它的步骤如下1)采用重量体积浓度为0.001mg/ml-1g/ml的弱聚阴离子和弱聚阳离子在材料表面交替吸附获得指数增长特征的多层膜；在10-50交替涂层内厚度可达0.1-120微米。2)将具有指数增长特征的多层膜浸入重量体积浓度为0.001mg/ml-10g/ml的带电荷的药物水溶液中，吸附平衡1-2000分钟，用蒸馏水洗涤，氮气吹干。
2.根据权利要求1所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的弱聚阴离子为白蛋白、海藻酸钠、聚谷氨酸、透明质酸、聚丙烯酸中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的弱聚阳离子为聚乙烯亚氨、聚赖氨酸、聚丙烯基氨、壳聚糖中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的材料为聚氨酯、聚氯乙烯、聚酯、硅橡胶或不锈钢材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的带电荷的药物为抗凝血、抗血小板粘附的的药物、抗感染的药物、抗内膜增长的药物或者抗肿瘤的药物中的一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的抗凝血为肝素或华法林钠中的一种或者多种混合物。
7.根据权利要求5所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的抗血小板粘附的的药物为阿司匹林或前列腺素中的一种或者多种混合物。
8.根据权利要求5所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的抗感染的药物为氨苄青霉素、头孢霉素、磺胺嘧啶或硫酸链霉素中的一种或者多种混合物。
9.根据权利要求5所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的抗内膜增生的药物为地塞米松磷酸钠。
10.根据权利要求5所述的一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，其特征在于，所述的抗肿瘤的药物为柔红霉素、阿霉素、卡铂中的一种或者多种混合物。
全文摘要
本发明公开了一种静电自组装制备指数增长特征多层膜药物控释涂层的方法，它的步骤如下1)采用重量体积浓度为0.001mg/ml－1g/ml的弱聚阴离子和弱聚阳离子在材料表面交替吸附获得指数增长特征的多层膜；2)将具有指数增长特征的多层膜浸入重量体积浓度为0.001mg/ml－10g/ml的带电荷的药物水溶液中，吸附平衡1－2000分钟，用蒸馏水洗涤，氮气吹干。该涂层聚合物是在水溶性条件涂层的，可实现在具有复杂体型结构的生物医用装置表面上获得药物涂层，形成稳定的医用聚合物涂层，有效改善材料的非生物相容性。
文档编号A61K31/616GK1739492SQ20051006076
公开日2006年3月1日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者计剑, 谭庆刚, 沈家骢 申请人:浙江大学