一种具有pH刺激响应和缓释功能的载药复合材料及其制备方法和应用与流程

一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及载药微球技术领域，尤其涉及一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.牙龈炎是复杂的慢性炎症感染性疾病，细菌及其代谢产物是其启动因子，临床治疗的主要手段是洁刮治与根面平整辅助抗菌药物。srp法只能减少部分龈下致病菌的数量，不能完全消除龈下致病菌。防腐剂型抗菌药中，氯己锭缓释制剂抗菌作用弱，碘甘油在口腔内唾液的冲刷作用下易丧失有效浓度。牙龈致病菌大多处于牙龈沟深部，种类繁多，易产生耐药。抗菌效果最好的抗生素类抗菌药米诺环素有较强的肝肾毒性，易产生耐药。因此，发现新型药物材料制备成局部缓释剂，能够深入牙周袋发挥抗菌、抗炎、清除内毒素、修复受损组织的协同作用，已成为开发牙龈炎临床治疗技术的发展方向。
3.no供体型药物是高浓度no的主要来源，但它们均会在几分钟内完全释放 no，难以保持炎症部位no高浓度。为了提高药效，实现no的缓慢释放，现有技术将no供体与药物分子偶联，并制备载药微球，改善药物的脂水分配系数、半衰期等理化性质，以期得到活性更高的药物。
4.现有的药物装载往往采用介孔颗粒孔内装载药物的方式，但是介孔颗粒一旦接触到水溶液，药物分子会立即释放，导致无法实现药物的控制释放。此外，现有的载药微球与靶向面作用时，无法保证与靶向面的稳定接触和固定。
5.因此，有必要对现有技术中的载药微球进行改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明克服了现有技术的不足，提供一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中载药微球无法实现药物的控制释放的问题，以及解决在与与靶向面作用时，无法保证与靶向面的稳定接触和固定的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.s1、纳米介孔二氧化硅纳米微球制备：采用改进的技术合成羟基磷灰石掺杂改性的介孔二氧化硅纳米微球；
9.s2、no供体药物负载：对介孔二氧化硅纳米微球进行表面改性，形成具有刺激响应性的化学开关，并在介孔二氧化硅纳米微球负载no供体药物；其中，表面改性为氨基功能化和羧基功能化：
10.s3、包覆载药纳米微球：采用生物高聚物作为壳体，包覆s2中负载no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球，得到ph刺激响应型载药复合材料。
11.本发明一个较佳实施例中，所述生物高聚物为褐藻聚糖和壳聚糖的混合物。
12.本发明一个较佳实施例中，褐藻聚糖和壳聚糖的摩尔比为1：1～3。
13.本发明一个较佳实施例中，在s1中，将乙醇、碱液和水混合后，加入正硅酸乙酯，获得二氧化硅胶体溶液；将磷酸、氢氧化钙和水混合后加入至二氧化硅胶体溶液中，得到羟基磷灰石掺杂改性的介孔二氧化硅纳米微球。
14.本发明一个较佳实施例中，碱液为氨水；乙醇、碱液和水的体积之比为30～ 35：1：4～7；正硅酸乙酯与碱液的体积之比为1～1.5：1；磷酸的质量浓度为 80％～85％，磷酸与氢氧化钙的体积比例为1：1.5～2；二氧化硅胶体溶液与磷酸的体积比例为1：3～8。
15.本发明一个较佳实施例中，在所述s2中，所述表面改性包括：将s1中的介孔二氧化硅纳米微球分散于乙醇溶液中，加入甲基丙烯酸及丙烯酰胺单体，再加入交联剂和引发剂，搅拌水洗干燥后得到氨基功能化和羧基功能化的介孔二氧化硅纳米微球。
16.本发明一个较佳实施例中，交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸钾；乙醇溶液为无水乙醇与水按照体积比为2:1混合而成；介孔二氧化硅纳米微球与单体的质量比为1：5～10；单体、交联剂和引发剂的摩尔比为1：1～ 2：1～1.5。
17.本发明一个较佳实施例中，所述no供体包括硝酸酯类和呋咱类化合物。
18.本发明一个较佳实施例中，在所述s2中，将表面改性后的介孔二氧化硅纳米微球中加入no供体药物，利用刺激响应性的化学开关和no供体药物与介孔二氧化硅纳米微球之间的相互作用，使得no供体药物负载于介孔二氧化硅纳米微球的内部。
19.本发明一个较佳实施例中，介孔二氧化硅纳米微球和no供体药物的质量比为2～10：1，振荡使介孔二氧化硅纳米微球对no供体药物吸附，离心收集介孔二氧化硅纳米微球，洗去未吸附的no供体药物，冷冻干燥，得到吸附有no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球。
20.本发明一个较佳实施例中，将生物高聚物中加入乙酸、乳化剂和液体石蜡，形成生物高聚物的乳液，向生物高聚物的乳液中加入交联剂并搅拌，得到混合物a；将s2中的负载no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球加入混合物a，得到 ph刺激响应型载药复合材料。
21.本发明提供了一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的缓释方法，包括以下步骤：
22.a1、将载药复合材料涂敷于靶向面；
23.a2、褐藻聚糖的水溶性，使得载药复合材料快速在靶向面上成膜并初步固定；同时褐藻聚糖的毛细管力作用，使得更多的水分在靶向面上聚集，进而提高壳聚糖与水分的接触；
24.a3、壳聚糖的亲水性，靶向面会膨胀成网状结构状态，且网状结构可以向靶向面深处渗透，与靶向面进一步粘附；
25.a4、通过控制环境的ph，壳聚糖网络结构中的介孔二氧化硅纳米微球表面的氨基和羧基官能团作为刺激响应性的化学开关，使得介孔二氧化硅纳米微球孔径的开放或关闭，实现不同程度的no供体药物的控制释放。
26.本发明提供了一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料，由上述所述的制备方法制备而成：所述载药复合材料为核壳结构，生物高聚物为壳，负载有no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球为核，平均粒径为300～500nm。
27.本发明中上述的制备方法制备的ph刺激响应型载药复合材料或采用上述的具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料，在口腔牙龈治疗中的应用。
28.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
29.(1)本发明提供了一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料，选择两种生物相容性极佳的物质，但两者的水溶性相反的褐藻聚糖和壳聚糖作为介孔二氧化硅纳米微球的壳，利用褐藻聚糖的水溶性，可以使得载药复合材料快速在靶向面上成膜并初步固定，由于褐藻聚糖为多糖，多糖通过毛细管力等作用，使得更多的水分在靶向面上聚集，进而提高壳聚糖与水分的接触；由于壳聚糖的亲水性，靶向面会膨胀成网状结构状态，且网状结构可以向靶向面深处渗透，进一步增加与靶向面的粘附性能，提高载药复合材料的粘附稳定型，且增大载药复合材料与靶向面的接触面积，实现药物的缓释。
30.(2)本发明中的褐藻聚糖为水溶性物质，而壳聚糖为非水溶性物质。壳聚糖在溶解后呈凝胶状，在水中能够快速溶胀平衡，并能够保持其形状和三维网络结构不变；壳聚糖具有较强的吸附能力，对不同的真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有抗菌活性，并且表现出较好的抗菌活性和抗氧化性。壳聚糖中含有羟基、氨基等极性基团，吸湿性很强，甲壳素的吸湿率可达400％-500％。而褐藻聚糖主要来源于褐藻、海参和海胆等生物，褐藻聚糖溶于水可形成粘稠的溶液，含有大量的亲水性基团，具有良好的增稠、乳化、保水功能性，使得褐藻聚糖在靶向面上形成膜。
31.(3)本发明中的具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法制备的载药复合材料为核壳结构，生物高聚物为壳，负载有no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球为核，通过表面分子设计实现壳表面亲水性以利于细胞对no 供体药物的摄入，避免了介孔二氧化硅纳米微球直接暴露导致no供体药物的立刻释放的问题；通过对介孔二氧化硅纳米微球表面改性处理，并封以具有刺激响应性的门控开关，可以达到负载和刺激响应性控制释放药物的目的。
32.(4)本发明中壳聚糖作为介孔二氧化硅纳米微球的外壳，形成对介孔二氧化硅纳米微球的包裹，减小二氧化硅纳米微球的滑动，实现二氧化硅纳米微球的定点控制释放药物。而壳聚糖不容于水，在ph为3.0时，壳聚糖聚合物链质子化，壳聚糖溶胀孔道打开，no供体药物释放；在ph为8.0时，壳聚糖聚合物链去质子化，壳聚糖溶胀孔道关闭；即ph在3.0～8.0的范围内，壳聚糖溶胀孔道均为开放状态，便于内部介孔二氧化硅纳米微球的药物控制释放。
33.(5)本发明中介孔二氧化硅纳米微球表面的氨基和羧基官能团作为具有刺激响应性的化学开关，通过控制环境的ph，使得介孔二氧化硅纳米微球孔径的开放或关闭，实现不同程度的no供体药物的控制释放。
34.(6)本发明的载药复合材料具有ph刺激响应性，在口腔炎症状态下能更好地粘附于牙周炎灶，壳聚糖与介孔二氧化硅降解，药物局部释放高浓度no，并结合一氧化氮合酶产生内源性no，进而产生活性氮自由基和羟基自由基，清除内毒素，调节免疫微环境，长效缓释，抑制牙龈炎症，促进成骨；对提高牙龈炎的临床治疗水平和治疗效果，维护口腔健康卫生，应用于牙龈炎、牙周病的治疗，维护口腔健康。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
36.图1是本发明的优选实施例的一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法的流程图；
37.图2是本发明的优选实施例的一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的缓释方法的流程图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
40.本实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
41.如图1所示，示出了本发明中的一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法的流程图。
42.该具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法包括以下步骤：
43.s1、纳米介孔二氧化硅纳米微球制备：采用改进的技术合成羟基磷灰石掺杂改性的介孔二氧化硅纳米微球；
44.s2、no供体药物负载：对介孔二氧化硅纳米微球进行表面改性，形成具有刺激响应性的化学开关，并在介孔二氧化硅纳米微球负载no供体药物；其中，表面改性为氨基功能化和羧基功能化：
45.s3、包覆载药纳米微球：采用生物高聚物作为壳体，包覆s2中负载no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球，得到ph刺激响应型载药复合材料。
46.本发明在s1中，将乙醇、碱液和水混合均匀后，加入正硅酸乙酯后搅拌均匀，3～6h后得到二氧化硅胶体溶液；将磷酸、氢氧化钙和水混合后加入至二氧化硅胶体溶液中，得到羟基磷灰石掺杂改性的介孔二氧化硅纳米微球。这里介孔二氧化硅纳米微球的孔道尺寸处于2～50nm之间。
47.其中，碱液为氨水；乙醇、碱液和水的体积之比为30～35：1：4～7；正硅酸乙酯与碱液的体积之比为1～1.5：1；磷酸的质量浓度为80％～85％，磷酸与氢氧化钙的体积比例为1：1.5～2；二氧化硅胶体溶液与磷酸的体积比例为1： 3～8。
48.本发明在s2中，表面改性包括：将s1中的介孔二氧化硅纳米微球分散于乙醇溶液中，加入甲基丙烯酸及丙烯酰胺单体，再加入交联剂和引发剂，在 60℃～80℃水浴搅拌4～6h，反应结束后，水洗并干燥即得到氨基功能化和羧基功能化的介孔二氧化硅纳米微球。
49.其中，交联剂为n，n-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸钾；乙醇溶液为无水乙醇
与水按照体积比为2:1混合而成；介孔二氧化硅纳米微球与单体的质量比为1：5～10；单体、交联剂和引发剂的摩尔比为1：1～2：1～1.5。
50.本发明中介孔二氧化硅纳米微球表面的氨基和羧基官能团作为具有刺激响应性的化学开关，通过控制环境的ph，使得介孔二氧化硅纳米微球孔径的开放或关闭，实现不同程度的no供体药物的控制释放。
51.本发明在s2中，将表面改性后的介孔二氧化硅纳米微球中加入no供体药物，利用刺激响应性的化学开关和no供体药物与介孔二氧化硅纳米微球之间的相互作用，使得no供体药物负载于介孔二氧化硅纳米微球的内部。
52.本发明中制备的介孔二氧化硅纳米微球具有较高的比表面积、活跃的硅羟基、大小可控的介孔孔径和有序的孔道，有利于no供体药物的负载。
53.此外，介孔二氧化硅比表面积大，生物相容性好，在气体药物的控制释放上有着非常好的应用前景和经济价值；但其化学稳定性强，在牙周袋里降解较慢，通过掺杂和表面修饰改性，可以提高其生物降解效率。
54.本发明通过在介孔二氧化硅纳米微球表面进行氨基功能化和羧基功能化的改性，由于羟基磷灰石的生物相容性极佳，能够极大程度地改善no供体药物的生物相容性，并对no供体药物分子的吸附和释放行为起到调控作用。
55.其中，本发明中no供体包括硝酸酯类和呋咱类化合物，可以在局部释放高浓度no，促进炎症的良性转归。具体地，表面改性后的介孔二氧化硅纳米微球中加入no供体药物，介孔二氧化硅纳米微球和no供体药物的质量比为2～10： 1，振荡使介孔二氧化硅纳米微球对no供体药物吸附，离心收集介孔二氧化硅纳米微球，洗去未吸附的no供体药物，冷冻干燥，得到吸附有no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球。
56.本发明在s3中，将生物高聚物中加入乙酸、乳化剂和液体石蜡，形成生物高聚物的乳液，向生物高聚物的乳液中加入交联剂并搅拌，得到混合物a；将 s2中的负载no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球加入混合物a，得到ph刺激响应型载药复合材料。
57.其中，生物高聚物选用两种生物相容性极佳的物质，但两者的水溶性相反，分别为褐藻聚糖和壳聚糖，褐藻聚糖和壳聚糖的摩尔比为1：1～3。
58.本发明中的褐藻聚糖为水溶性物质，而壳聚糖为非水溶性物质。壳聚糖在溶解后呈凝胶状，在水中能够快速溶胀平衡，并能够保持其形状和三维网络结构不变；壳聚糖具有较强的吸附能力，对不同的真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有抗菌活性，并且表现出较好的抗菌活性和抗氧化性。壳聚糖中含有羟基、氨基等极性基团，吸湿性很强，甲壳素的吸湿率可达400％-500％。而褐藻聚糖主要来源于褐藻、海参和海胆等生物，褐藻聚糖溶于水可形成粘稠的溶液，含有大量的亲水性基团，具有良好的增稠、乳化、保水功能性，使得褐藻聚糖在靶向面上形成膜。
59.本发明中褐藻聚糖的水溶性，可以使得载药复合材料快速在靶向面上成膜并初步固定；由于褐藻聚糖为多糖，多糖通过毛细管力等作用，使得更多的水分在靶向面上聚集，进而提高壳聚糖与水分的接触；由于壳聚糖的亲水性，靶向面会膨胀成网状结构状态，且网状结构可以向靶向面深处渗透，进一步增加与靶向面的粘附性能，提高载药复合材料的粘附稳定型，且增大载药复合材料与靶向面的接触面积，实现药物的缓释。
60.本发明中的具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的制备方法制备的载药
复合材料为核壳结构，生物高聚物为壳，负载有no供体药物的介孔二氧化硅纳米微球为核，通过表面分子设计实现壳表面亲水性以利于细胞对no供体药物的摄入，避免了介孔二氧化硅纳米微球直接暴露导致no供体药物的立刻释放的问题；通过对介孔二氧化硅纳米微球表面改性处理，并封以具有刺激响应性的门控开关，可以达到负载和刺激响应性控制释放药物的目的。
61.本发明中壳聚糖作为介孔二氧化硅纳米微球的外壳，形成对介孔二氧化硅纳米微球的包裹，减小二氧化硅纳米微球的滑动，实现二氧化硅纳米微球的定点控制释放药物。而壳聚糖不容于水，在ph为3.0时，壳聚糖聚合物链质子化，壳聚糖溶胀孔道打开，no供体药物释放；在ph为8.0时，壳聚糖聚合物链去质子化，壳聚糖溶胀孔道关闭；即ph在3.0～8.0的范围内，壳聚糖溶胀孔道均为开放状态，便于内部介孔二氧化硅纳米微球的药物控制释放。
62.本发明提供了一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料，由上述制备方法制备而成，其特征在于：载药复合材料为核壳结构，生物高聚物为壳，介孔二氧化硅为核，平均粒径为300～500nm。
63.如图2所示，示出了本发明中一种具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的缓释方法的流程图。该具有ph刺激响应和缓释功能的载药复合材料的缓释方法包括以下步骤：
64.a1、将载药复合材料涂敷于靶向面；
65.a2、褐藻聚糖的水溶性，使得载药复合材料快速在靶向面上成膜并初步固定；同时褐藻聚糖的毛细管力作用，使得更多的水分在靶向面上聚集，进而提高壳聚糖与水分的接触；
66.a3、壳聚糖的亲水性，靶向面会膨胀成网状结构状态，且网状结构可以向靶向面深处渗透，与靶向面进一步粘附；
67.a4、通过控制环境的ph，壳聚糖网络结构中的介孔二氧化硅纳米微球表面的氨基和羧基官能团作为刺激响应性的化学开关，使得介孔二氧化硅纳米微球孔径的开放或关闭，实现不同程度的no供体药物的控制释放。
68.本发明制备的载药复合材料在应用于具有抗炎、抗菌、组织修复能力的牙周局部缓释制剂用于牙龈炎的非手术治疗，本发明提出在介孔二氧化硅纳米微球上负载黄酮类no供体药物，再制备成壳聚糖纳米微球，用于牙龈炎的非手术治疗。本发明产品具有ph刺激响应性，在口腔炎症状态下能更好地粘附于牙周炎灶，壳聚糖与介孔二氧化硅降解，药物局部释放高浓度no，并结合一氧化氮合酶产生内源性no，进而产生活性氮自由基和羟基自由基，清除内毒素，调节免疫微环境，长效缓释，抑制牙龈炎症，促进成骨；对提高牙龈炎的临床治疗水平和治疗效果，维护口腔健康卫生，应用于牙龈炎、牙周病的治疗，维护口腔健康。
69.本发明制备的载药复合材料与现有技术中的药物及其治疗方式、治疗效果等方面相比，如盐酸米诺环素软膏制剂，本发明制备的载药复合材料所具有的优势是：1、纳米微球凝胶制剂；2、ph刺激响应型，具有靶向功能的口腔局部制剂；3、独创的完美复合结构，兼具介孔二氧化硅纳米材料微观尺度效应、粘附性、载药性，改性壳聚糖的生物兼容性，微环境的化学刺激响应性以及no供体药物内源性控释有效性；4、兼有抗炎、抗菌、组织修复和抑制牙槽骨吸收多重作用；5、生物稳定性、安全性和药物有效性良好；6、相应地具体技术指标包括：复合材料平均粒径＜500nm；对口腔链球菌最小抑菌mic浓度＜15μg/ml；对口腔链球菌
最小杀菌mbc浓度＜60μg/ml；no供体药物释放半衰期＞20h。
70.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。