羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球的制备方法与流程

本发明涉及骨修复生物材料制备技术，具体涉及一种羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球的制备方法。

背景技术：

聚乳酸材料由于具有良好的生物相容性和生物可降解性，强度高、可塑性好、易于成型加工等性能优点而成为理想的组织工程支架材料，在组织工程领域得到了广泛的应用。聚乳酸微球是理想的药物和细胞的微载体，可用于负载药物和组织修复。载药微球作为组织工程支架的优势在于可通过简单的注射方式直接将其植入体内而无须进行复杂的手术治疗，而且还可以借助药物在病灶部位的持续缓慢释放来促进组织的修复，在对不规则形状或微小骨缺损的修复、治疗方面有着很大的应用潜能。但是，聚乳酸是一种高疏水性的物质，表面缺乏细胞特异性识别位点，生物活性低，降解过程中生成的酸性产物易引起植入部位的非感染性炎症反应，且缺乏能与药物相互作用的活性官能团，对亲水性药物负载率低，这些性能上的缺陷使得聚乳酸微球作为细胞和药物的载体在组织工程领域的进一步应用受到了一定的限制，利用羟基磷灰石材料对其进行改性可以有效地解决这些问题。羟基磷灰石(hydroxyapatite,简称ha)是脊椎动物骨骼和牙齿等硬组织的主要无机成分，具有良好的组织相容性和生物活性，此外它还易与人体骨组织形成直接的化学键合，具有良好的骨传导性和成骨性能，能够促进骨组织的生长，缩短骨愈合时间，是一种理想的硬组织替代材料，已被广泛应用在骨替换和骨修复等医学领域。因此以羟基磷灰石作为改性剂可以有效地提高聚乳酸材料的生物活性和骨修复性能，而且羟基磷灰石具有的碱性还能部分中和聚乳酸材料在降解过程中所产生的酸效应，降低植入材料周围因酸性而引发的局部炎症反应。此外，利用羟基磷灰石与阿仑膦酸钠药物分子之间强的键合作用还可实现对阿仑膦酸钠药物的有效负载和缓慢控制释放，借助阿仑膦酸钠药物所具有的优异的抑制骨吸收和促进骨整合的作用进一步提高聚乳酸微球支架的骨修复能力。由于聚乳酸材料缺乏能与羟基磷灰石相互作用的活性官能团，因此制备的羟基磷灰石/聚乳酸复合材料通常会出现因两种材料界面的不相容性而引发两相分离使复合材料的性能不均匀以及羟基磷灰石颗粒易于团聚等问题，且目前尚没有可成功地将羟基磷灰石/聚乳酸复合材料制备成微球的技术。因此，如何增强羟基磷灰石与聚乳酸材料之间的相互作用，提高两种材料之间的界面相容性是成功构建羟基磷灰石/聚乳酸复合微球所必须解决的关键技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，一种羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）以聚乳酸为原料，经过氨解、乳化及冷冻相分离的过程得到具有网状纳米纤维结构的氨基化改性聚乳酸微球；2）然后通过将该微球先后浸渍于ca(no3)2和k2hpo4溶液中进行分步浸渍的原位仿生矿化法诱导羟基磷灰石晶体在纳米纤维表面的矿化沉积制备羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球。本发明采用乙二胺作为改性剂，通过其含有的氨基与聚乳酸的酯基之间发生氨解反应而得到经氨基活性基团修饰的改性聚乳酸，再结合乳化及热致相分离的技术制备出具有纳米纤维结构的改性聚乳酸微球。将改性微球浸渍于硝酸钙溶液中，利用纳米纤维结构的微球所具有的强吸附性能以及微球所含的氨基活性基团与ca²⁺之间的螯合作用来吸附溶液中的ca²⁺。将吸附了ca²⁺的微球浸渍于磷酸氢二钾溶液中，通过ca²⁺与溶液中的po4^3-和oh^-之间的静电相互作用诱导羟基磷灰石晶体在纳米纤维表面矿化沉积从而获得能有效负载阿仑膦酸钠药物的羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球。

具体地说，本发明的目的采用以下技术方案实现：

1）聚乳酸的氨基化改性：用一定量的1,4-二氧六环溶剂溶解聚乳酸得到浓度为0.5~2.0wt%的均相溶液，往所得的溶液中加入一定量的乙二胺水溶液，经氨解反应后得到氨基化改性的聚乳酸溶液；

2）改性聚乳酸微球的制备：在快速搅拌下往步骤1）所得到的改性聚乳酸溶液中逐滴加入一定量的甘油分散剂，搅拌均匀形成稳定的乳液，此乳化体系经冷冻后聚乳酸液滴固化成微球，将微球过滤、洗涤、冷冻干燥即可得到氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球；

3）ca²⁺的吸附：用0.5~1.5mol·l^-1的ca(no3)2溶液浸渍步骤2）得到的氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球，将氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球与ca(no3)2溶液的混合体系置于37℃的恒温水浴摇床中进行震荡吸附3~5d后将微球进行过滤分离，获得吸附了ca²⁺的微球；

4）将步骤3）制得的吸附了ca²⁺的微球用0.3~0.9mol·l^-1的k2hpo4溶液浸泡5~7d且浸泡中保持ca/p摩尔比为1.67，最后将微球进行过滤、洗涤、冷冻干燥即得到所需的羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球。

上述步骤1）所述的乙二胺水溶液的质量百分比为1.0~1.5%，氨解反应的温度为60~80℃，氨解反应的时间为30~60min。

上述步骤2）所述的甘油的质量为聚乳酸溶液的2~3倍。

上述步骤2）所述的冷冻的温度为-15℃，时间为4h。

本发明的优点在于：（1）利用氨解结合乳化及热致相分离技术制备的改性聚乳酸微球不仅亲水性得到改善，而且还具有仿生天然细胞外基质的纳米纤维结构，同时实现了结构和化学组成上的双重改性，因此生物活性得到显著地改善。（2）纳米纤维结构具有的强吸附性能以及氨基基团对ca²⁺的强螯合作用使改性聚乳酸微球具有强的诱导羟基磷灰石矿化沉积的能力，可通过原位仿生矿化沉积法来制备羟基磷灰石/聚乳酸复合微球。（3）仿生矿化法与羟基磷灰石的其它制备方法相比不仅具有环境友好、工艺简单、成本低廉且能够有效地调控晶体的形貌及微观结构等优点，而且制备的复合微球由于羟基磷灰石与改性聚乳酸之间存在强的键合作用，因此两相之间的界面相容性好，羟基磷灰石层不易脱落且可分散均匀。（4）由于羟基磷灰石不仅具有良好的生物活性而且对阿仑膦酸钠药物具有强的键合作用，因此以羟基磷灰石材料对聚乳酸微球进行改性不仅可以显著地改善其生物活性而且还可以实现对阿仑膦酸钠药物的有效负载，实现控释技术与组织工程方法的有效结合。

附图说明

图1为本发明具体实施例1中所制备的氨基化改性聚乳酸微球的结构和表观形貌图。

图2为本发明具体实施例1中所制备的羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球的表面形貌图。

具体实施方式

实施例1

60℃下将聚乳酸溶解于1,4-二氧六环溶剂中配制成20g1.0wt%的均相溶液，加入质量百分比为1.2%的乙二胺水溶液，反应1h后逐滴加入40g的甘油，搅拌均匀成稳定的乳液。将此乳化体系置于-15℃冰箱中冷冻4h使聚乳酸液滴固化成微球，过滤、洗涤、冷冻干燥后得带有氨基活性基团的改性聚乳酸微球，微球的形貌和结构如说明书附图中图1所示。由图可见所得微球形状圆整，大小约为30μm，且具有均匀、细致的网状纳米纤维结构。

往10ml浓度为1.0mol·l^-1的ca(no3)2溶液中投入20mg的氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球，将微球与溶液的混合体系置于37℃的恒温水浴摇床中进行震荡吸附5d后过滤分离，接着将过滤得到的微球用10ml浓度为0.6mol·l^-1，ph值为9.5的k2hpo4溶液（保持ca/p摩尔比为1.67）浸泡7d，将微球过滤、洗涤、冷冻干燥后用扫描电镜观察其表面形貌如说明书附图中图2所示，由图可以清晰地看出微球的表面均匀地覆盖了一层纳米棒状的羟基磷灰石晶体。

实施例2

70℃下将聚乳酸溶解于1,4-二氧六环溶剂中配制成20g1.5wt%的均相溶液，加入质量百分比为1.5%的乙二胺水溶液，反应30min后逐滴加入60g的甘油，搅拌均匀成稳定的乳液。将此乳化体系置于-15℃冰箱中冷冻4h使聚乳酸液滴固化成微球，过滤、洗涤、冷冻干燥后得带有氨基活性基团的改性聚乳酸微球，扫描电镜观察微球具有网状纳米纤维的结构。

往10ml浓度为1.5mol·l^-1的ca(no3)2溶液中投入20mg的氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球，将微球与溶液的混合体系置于37℃的恒温水浴摇床中进行震荡吸附4d后过滤分离，接着将过滤得到的微球用10ml浓度为0.9mol·l^-1，ph值为11.0的k2hpo4溶液（保持ca/p摩尔比为1.67）浸泡6d，将微球过滤、洗涤、冷冻干燥后得羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球，扫描电镜观察微球的表面为纳米棒状的羟基磷灰石晶体层。本发明所述的d指天。

实施例3

60℃下将聚乳酸溶解于1,4-二氧六环溶剂中配制成20g0.5wt%的均相溶液，加入质量百分比为1.0%的乙二胺水溶液，反应30min后逐滴加入40g的甘油，搅拌均匀成稳定的乳液。将此乳化体系置于-15℃冰箱中冷冻4h使聚乳酸液滴固化成微球，过滤、洗涤、冷冻干燥后得带有氨基活性基团的改性聚乳酸微球，扫描电镜观察微球具有网状纳米纤维的结构。

往10ml浓度为0.5mol·l^-1的ca(no3)2溶液中投入20mg的氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球，将微球与溶液的混合体系置于37℃的恒温水浴摇床中进行震荡吸附5d后过滤分离，接着将过滤得到的微球用10ml浓度为0.3mol·l^-1，ph值为9.5的k2hpo4溶液（保持ca/p摩尔比为1.67）浸泡7d，将微球过滤、洗涤、冷冻干燥后得羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球，扫描电镜观察微球表面的沉积物主要为纳米棒状的羟基磷灰石晶体，其中夹杂着一些片状的结晶。

实施例4

80℃下将聚乳酸溶解于1,4-二氧六环溶剂中配制成20g2.0wt%的均相溶液，加入质量百分比为1.5%的乙二胺水溶液，反应1h后逐滴加入60g的甘油，搅拌均匀成稳定的乳液。将此乳化体系置于-15℃冰箱中冷冻4h使聚乳酸液滴固化成微球，过滤、洗涤、冷冻干燥后得带有氨基活性基团的改性聚乳酸微球，扫描电镜观察微球具有网状纳米纤维的结构。

往10ml浓度为1.0mol·l^-1的ca(no3)2溶液中投入20mg的氨基化改性聚乳酸纳米纤维微球，将微球与溶液的混合体系置于37℃的恒温水浴摇床中进行震荡吸附3d后过滤分离，接着将过滤得到的微球用10ml浓度为0.6mol·l^-1，ph值为11.0的k2hpo4溶液（保持ca/p摩尔比为1.67）浸泡5d，将微球过滤、洗涤、冷冻干燥后得羟基磷灰石/改性聚乳酸复合微球，扫描电镜观察微球表面的沉积物均为纳米棒状的羟基磷灰石晶体。