專利名稱：醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用抗感染金屬植入材料的制備方法，具體涉及一種 醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)的構(gòu)建方法。
技術(shù)背景感染是金屬材料植入人體后最嚴重的并發(fā)癥。目前預(yù)防和控制植入后 感染發(fā)生有多種方法，使金屬植入材料自身具備抗感染能力就是其中之 一。為了使金屬植入材料具有有效的抗感染能力，許多學(xué)者進行了多方面 的探索。有人試圖利用金屬銀離子的抑菌作用，來預(yù)防和控制金屬植入材料周圍感染的發(fā)生。但Masse A[Masse A， Bruno A, Bosetti M， et al. Prevention of pin track infection in external fixation with silver coated pins: clinical and microbiological results. J Biomed Mater Res. 2000 S?。?3 (5) :600-604]和Coester LM[Coester LM， N印ola JV， Allen J， et al. The effects of silver coated external fixation pins. Iowa 0rthop J. 2006:26:48-53]的研究結(jié)果顯示，骨折外固定架金屬半 針是否經(jīng)過銀噴涂處理，對釘?shù)乐車腥镜念A(yù)防和控制沒有明顯差異。此 夕卜，Chen W等人使用銀-HA聯(lián)合噴濺的方法，將銀與HA以10:300的比例 在植入物表面沉積3小時，而后400攝氏度燒結(jié)3小時，并對其抗感染效 果進行了體外實驗研究，結(jié)果證實該復(fù)合涂層可以降低細菌在植入物表面 的附著力[ChenW， Liu Y， Courtney HS， et al. In vitro anti-bacterial and biological properties of magnetron co—sputteredsilver—containing hydroxyapatite coating. Biomaterials. 2006 Nov;27(32) :5512-5517 ]。另有學(xué)者嘗試將抗生素復(fù)合于金屬材料表面的 生物涂層中，以研究抗生素在體內(nèi)的抗菌效果。Alt V等人[Alt V， Bitschnau A， 0sterling丄et al. The effects of combined gentamicin-hydroxyapatite coating for cementless joint prostheses on the reduction of infection rates in a rabbit infection prophylaxis model. Biomaterials. 2006 S??；27(26): 4627- 4634]在髓內(nèi)針表面復(fù)合了 HA、 慶大霉素-HA、慶大霉素-RGD-HA三種涂層，并觀察在家兔體內(nèi)的抗感染效 果，發(fā)現(xiàn)表面復(fù)合有慶大霉素的兩種涂層的金屬植入物對于感染具有明顯 的控制作用。除了HA藥物涂層外，PLGA、 PLLA等亦可作為抗生素緩釋的 涂層材料，達到緩釋藥物的效果。[MakinenTJ， Veiranto M， Lankinen P， et al. In vitro and in vivo release of ciprofloxacin from osteoconductive bone defect filler. J Antimicrob Chemother. 2005; 56(6): 1063-1068; Lucke M， Schmidmaier G, Sadoni S， et al. Gentamicin coating of metallic implants reduces implant-related osteomyelitis in rats. Bone. 2003 May; 32 (5) :521-531] 。
K51icke T等人將利福平和 夫西地酸與PLLA混合后附著于植入物表面構(gòu)建起一層30微米的抗感染 層。[K^licke T， Schierholz J, Schlegel U, et al. Effect on infection resistance of a local antiseptic and antibiotic coating on osteosynthesis implants: an in vitro and in vivo study. J Orthop Res. 2006 Aug;24 (8) :1622-1640]。但目前研究的金屬表面藥物涂層材料 存在著兩個主要缺陷， 一是涂層與金屬材料之間的有效結(jié)合問題沒有解 決，涂層易受理化因素影響而發(fā)生脫落，不利臨床使用，二是難以實現(xiàn)對抗生素緩釋的精確調(diào)控。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種在醫(yī)用鈦合 金植入物表面制備穩(wěn)定的緩釋型抗生素生物涂層，使內(nèi)固定材料在保持優(yōu) 良力學(xué)特性的同時具有良好的抗感染能力，以降低植入后感染并發(fā)癥的發(fā) 生的醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)的構(gòu)建方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1) 醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備-首先將直徑為0.2-0.3mm的鈦珠粒或鈦粉末與添加劑混合，其中鈦珠 粒或鈦粉占混合物質(zhì)量的30—70%，所說的添加劑為尿素、鎂粉、甲基纖 維素或硬脂酸，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層厚度為0.5-1.0mm， 并將其置于真空爐中在1000-1200°C燒結(jié)1-3小時使鈦珠熔結(jié)在一起，同 時與假體熔結(jié)；2) 醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入質(zhì)量濃度為30 %的過氧化氫溶液中，溫度控制在60-80°C，保持12-24h后取出，用丙酮 溶液清洗后再將其置于羰基二咪唑(l, l'-carbonyldiimidazole， CDI)/丙 酮混合溶液中攪拌30min， CDI與丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液 中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將已偶聯(lián) CDI的試樣放入溶解RGD(Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫 鈉的配比為225g: (84-420) g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所 有試樣在應(yīng)用前用質(zhì)量濃度為70%的乙醇清洗，紫外線消毒24h;3) 明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將慶大霉素或利福平骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物占混合物質(zhì)量的2.5%-25%，然后再使用蛋白交聯(lián)劑碳化二亞胺 [(1-ethy-3-(3-dimethy-laminopropyl)carbodijmide)， EDC]、辛二酸二琥 珀酰亞胺酯(disuccinimidyl suberate, DSS)或雙N-羥琥珀酰亞胺戊二酸 (Disuccinimidyl glutarate, DSG)將載藥微球與經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合 金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑濃度控制在10-100 mmol/L， 最終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)。本發(fā)明借助現(xiàn)有的金屬材料表面的微孔制備技術(shù)和RGD化學(xué)修飾方 法構(gòu)建醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)，大大提高了金屬表面的物 理吸附和化學(xué)鍵結(jié)合能力，再加上蛋白交聯(lián)劑的作用可以使緩釋微球與植 入體之間達到穩(wěn)定的結(jié)合強度。


圖1是本發(fā)明構(gòu)建的表面復(fù)合平均直徑為15pm含有抗生素的明膠控 釋微球的顯微圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。 實施例1:1)醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備首先將直徑為0.2 -0.3mm的鈦珠粒與添加劑尿素混合，其中鈦珠粒或 鈦粉占混合物質(zhì)量的40%，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層厚度為 0.5-1.0mm，并將其置于真空爐中在IOO(TC燒結(jié)3小時使鈦珠熔結(jié)在一起， 同時與假體熔結(jié)；利用高溫將添加劑自然揮發(fā)，而接近熔點的溫度會將珠 子彼此熔結(jié)在一起，同時將其與假體熔結(jié)。鈦珠燒結(jié)一般為雙層或三層，燒結(jié)后，三排珠尺寸相加為0.6-0.9mm，孔隙尺寸為100-300 y m，平均空 隙率為30-60%;2) 醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入30%過氧化氫 溶液中，溫度控制在6(TC，保持24h后取出，用丙酮溶液清洗，將用丙酮 溶液清洗過的醫(yī)用鈦合金植入物置于羰基二咪唑 (1， 1，-carbonyldiimidazole， CDI)/丙酮混合溶液中攪拌30min， CDI與 丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶 液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將己偶聯(lián)CDI的試樣放入溶解 RGD(Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫鈉的配比為 225g: (84-420) g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所有試樣在應(yīng) 用前用質(zhì)量濃度為70%的乙醇清洗，紫外線消毒24h;3) 明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將慶大霉素骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物 占混合物質(zhì)量的2.5。/。，然后再使用蛋白交聯(lián)劑碳化二亞胺[(1-ethy-3-(3-dimethy- laminopropyl)carbodiimide), EDC將載藥微球與經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑濃度控制在 10mmol/L，最終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)，見圖1。 實施例2:1)醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備首先將直徑為0.2-0.3mm的鈦粉末與添加劑鎂粉混合，其中鈦珠粒或 鈦粉占混合物質(zhì)量的60%，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層厚度為 0.5-1.0mm，并將其置于真空爐中在IIO(TC燒結(jié)2小時使鈦珠熔結(jié)在一起，同時與假體熔結(jié)，同時將其與假體熔結(jié)；2) 醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入30%過氧化氫 溶液中，溫度控制在67。C，保持20h后取出，用丙酮溶液清洗，將用丙酮 溶液清洗過的醫(yī)用鈦合金植入物置于羰基二咪唑 (1， l'-carbonyldiimidazole, CDI)/丙酮混合溶液中攪拌30min， CDI與 丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶 液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將已偶聯(lián)CDI的試樣放入溶解 RGD (Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫鈉的配比為 225g: (84-420) g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所有試樣在應(yīng) 用前用質(zhì)量濃度為70%的乙醇清洗，紫外線消毒24h;3) 明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將利福平骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物占 混合物質(zhì)量的10%，然后再使用蛋白交聯(lián)劑辛二酸二琥珀酰亞胺酯 (disuccinimidyl suberate， DSS)將載藥微球與經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合 金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑濃度控制在70mmol/L，最終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)。 實施例3:1)醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備首先將直徑為0.2-0.3mm的鈦珠粒與添加劑甲基纖維素混合，其中鈦 珠?；蜮伔壅蓟旌衔镔|(zhì)量的30%，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層 厚度為0.5-1.0mm，并將其置于真空爐中在1050°C燒結(jié)2.5小時使鈦珠熔 結(jié)在一起，同時與假體熔結(jié)，同時將其與假體熔結(jié)；2) 醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入30%過氧化氫 溶液中，溫度控制在73"C，保持16h后取出，用丙酮溶液清洗，將用丙酮 溶液清洗過的醫(yī)用鈦合金植入物置于羰基二咪唑 (1， l'-carbonyldiimidazole, CDI)/丙酮混合溶液中攪拌30min， CDI與 丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶 液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將已偶聯(lián)CDI的試樣放入溶解 RGD (Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫鈉的配比為 225g: (84-420) g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所有試樣在應(yīng) 用前用質(zhì)量濃度為70%的乙醇清洗，紫外線消毒24h;3) 明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將慶大霉素骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物 占混合物質(zhì)量的20%,然后再使用蛋白交聯(lián)劑雙N-羥琥珀酰亞胺戊二酸 (Disuccinimidyl glutarate, DSG)將載藥微球與經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合 金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑濃度控制在40mmol/L，最 終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)。實施例4:1) 醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備首先將直徑為0.2 -0.3mm的鈦粉末與添加劑硬脂酸混合，其中鈦珠粒 或鈦粉占混合物質(zhì)量的70%，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層厚度 為0.5-1.0mm，并將其置于真空爐中在1200°C燒結(jié)1小時使鈦珠熔結(jié)在 一起，同時與假體熔結(jié)，同時將其與假體熔結(jié)；2) 醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入30%過氧化氫溶液中，溫度控制在8(TC，保持12h后取出，用丙酮溶液清洗，將用丙酮 溶液清洗過的醫(yī)用鈦合金植入物置于羰基二咪唑 (1， l'—carbonyldiimidazole, CDI)/丙酮混合溶液中攪拌30min， CDI與 丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶 液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將已偶聯(lián)CDI的試樣放入溶解 RGD(Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫鈉的配比為 225g: (84-420) g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所有試樣在應(yīng) 用前用質(zhì)量濃度為70%的乙醇清洗，紫外線消毒24h; 3)明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將利福平骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物占 混合物質(zhì)量的2.5、 10、 20、 25%，然后再使用蛋白交聯(lián)劑碳化二亞胺 [(1-ethy-3- (3- dimethy- laminopropyl)carbodiimide)， EDC]將載藥微球與 經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑 濃度控制在100 mmol/L，最終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系 統(tǒng)。本發(fā)明選擇醫(yī)用鈦合金作為植入材料，通過表面微孔層制備和化學(xué)改 性技術(shù)，使包裹抗生素的控釋微球與材料表面微孔有效地嵌(結(jié))合，構(gòu) 建出一種能夠控釋抗生素的有效系統(tǒng)，為抗感染金屬材料的研制和開發(fā)奠 定了基礎(chǔ)。同時，本發(fā)明在擴大金屬材料植入的臨床適應(yīng)癥，降低失敗率， 降低患者治療費用，更新金屬材料的傳統(tǒng)使用觀念等方面具有重要的理論 和實際應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1、醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于1)醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層形態(tài)的制備首先將直徑為0.2-0.3mm的鈦珠?；蜮伔勰┡c添加劑混合，其中鈦珠?；蜮伔壅蓟旌衔镔|(zhì)量的30-70％，所說的添加劑為尿素、鎂粉、甲基纖維素或硬脂酸，然后將混合物涂敷于假體的表面，涂層厚度為0.5-1.0mm，并將其置于真空爐中在1000-1200℃燒結(jié)1-3小時使鈦珠熔結(jié)在一起，同時與假體熔結(jié)；2)醫(yī)用鈦合金植入物表面化學(xué)性質(zhì)的修飾將步驟1得到的醫(yī)用鈦合金植入物經(jīng)超聲清洗后，浸入質(zhì)量濃度為30％的過氧化氫溶液中，溫度控制在60-80℃，保持12-24h后取出，用丙酮溶液清洗后再將其置于羰基二咪唑(1，1’-carbonyldiimidazole，CDI)/丙酮混合溶液中攪拌30min，CDI與丙酮溶液的混合比例為每毫升丙酮溶液中含CDI10-30mg，然后再用丙酮溶液清洗，去除未偶聯(lián)的CDI，將已偶聯(lián)CDI的試樣放入溶解RGD(Arg-Gly-Asp)的碳酸氫鈉溶液中，RGD與碳酸氫鈉的配比為225g∶(84-420)g，在室溫下震蕩36h，取出后用PBS清洗，所有試樣在應(yīng)用前用質(zhì)量濃度為70％的乙醇清洗，紫外線消毒24h；3)明膠-藥物控釋微球與材料表面的結(jié)合將慶大霉素或利福平骨感染局部常用藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，其中藥物占混合物質(zhì)量的2.5％-25％，然后再使用蛋白交聯(lián)劑碳化二亞胺[(1-ethy-3-(3-dimethy-laminopropyl)carbodiimide)，EDC]、辛二酸二琥珀酰亞胺酯(disuccinimidyl suberate，DSS)或雙N-羥琥珀酰亞胺戊二酸(Disuccinimidyl glutarate，DSG)將載藥微球與經(jīng)過RGD修飾的醫(yī)用鈦合金植入物表面微孔層進行結(jié)合，蛋白質(zhì)交聯(lián)劑濃度控制在10-100mmol/L，最終得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)。
全文摘要
醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)的構(gòu)建方法，首先將鈦珠?；蜮伵c添加劑混合，然后將混合物涂敷于假體的表面燒結(jié)使鈦珠熔結(jié)在一起，同時與假體熔結(jié)；再將其經(jīng)超聲清洗后，浸入過氧化氫溶液中，再用丙酮溶液清洗后再將其置于羰基二咪唑/丙酮混合溶液中，再用丙酮溶液清洗后放入溶解RGD的碳酸氫鈉溶液中，取出后用PBS清洗，將治療和預(yù)防骨感染的藥物與明膠復(fù)合制成載藥微球，然后再使用蛋白交聯(lián)劑將載藥微球與假體表面微孔層結(jié)合得到醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)。本發(fā)明構(gòu)建的醫(yī)用鈦合金植入物表面抗生素緩釋系統(tǒng)，提高了金屬表面的物理吸附和化學(xué)鍵結(jié)合能力，再加上蛋白交聯(lián)劑的作用使緩釋微球與植入體之間達到穩(wěn)定的結(jié)合強度。
文檔編號A61L27/00GK101224314SQ20081001729
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者紅 吳, 郝玉琳, 征 郭, 勃 高 申請人:征 郭