CN101214394A - 载抗菌肽缓释接骨板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种载抗菌肽缓释接骨板，基体为医用级钛或钛合金材料，基体表面覆盖有羟基磷灰石等缓释材料，其中结合有β－防御素－1～3或乳铁蛋白1－11，该缓释涂层的厚度为5～30μm。利用抗菌肽的应用表面涂层技术中的仿生溶液生长法涂层法，设计可在常温下将抗菌肽通过羟基磷灰石等缓释剂的携带，研制出在干骺端骨折中具有不可替代作用并具有强力抗感染和抑制细菌生物膜形成和I期治疗骨折等具有多重功效的载抗菌肽缓释钢板，使钢板在一定时间内自内而外的早期释放β－防御素－1～3或乳铁蛋白1－11，从根本上改变了传统抗生素的作用方式，并解决了抗菌肽不能够耐受高温的技术难题，直接抑制生物膜的形成与发展，获得预防固定物相关感染的疗效。

Description

载抗菌肽缓释接骨板
技术领域
本发明属于外科医疗用材料及其制造方法，具体的说，载抗菌肽缓释接骨板及其制造方法。
背景技术
在日常中开放性骨折手术后感染率达3～29％；在战时火器伤中，由于组织损伤和污染严重，在弹道周围0.5cm以内有大量细菌存在，即使清创后骨及软组织的感染率仍高达25％～40％，如使用内固定则感染率增加30％以上。因此，创伤型骨髓炎一直未得到很好的解决。一般传统的治疗方法：先使用彻底清创或病灶清除等外科手段去除大部分细菌；在此基础上，使用外固定支架临时固定骨折断端；全身或局部应用大剂量抗生素消灭残留细菌；待伤口关闭。确实无感染后再行钢板等内固定方法固定骨折断端。而在开放性骨折和火器伤中钢板螺丝钉等内固定则被视为禁忌，这是因为细菌与植入物材料粘附以及形成完整的生物膜是固定物相关感染的主要病理基础，而金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌占深部检出细菌的70～90％，其中耐甲氧西林金葡菌约60％，近来甚至出现了耐万古霉素金葡菌，导致临床面临无抗生素可用的严峻局面。当给予钢板等内固定时，残留的致病菌会在固定物上粘附并大量繁殖，形成生物膜使其毒力大增，远远超出了抗生素传统应用方法的抗菌能力。因此，建议使用外固定，但是外固定具有针道感染率高(5.9％～19％)、在干骺端骨折中不易固定、钢针松动和严重影响患者生活、不便于护理等缺点。而传统的抗生素使用方法：全身或局部简单用药。前者，往往由于局部损伤和血循破坏导致全身血中抗生素难以在损伤局部达到有效抗菌浓度；后者，虽然能够在局部初始产生高浓度的抗生素，但常易被稀释而不能维持有效浓度。因此，均难以对创伤性骨髓炎的形成与发展产生有效的抗感染作用。即使在近年来提出的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的局部缓释抗生素的应用前提下，仍然存在诱导细菌耐药、作为异物必须取出和无固定骨折断端效力等缺点。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种强力抗感染和抑制细菌生物膜形成的载抗菌肽缓释接骨板。
本发明的目的之二在于提供一种载抗菌肽缓释接骨板的制造方法。
一种载抗菌肽缓释接骨板，包括钛金属或钛合金接骨板，其关键在于：所述钛金属或钛合金接骨板表面覆盖有β-防御素-3或乳铁蛋白-11，所述β-防御素-3或乳铁蛋白-11与接骨板之间由与接骨板结合牢固的羟基磷灰石涂层将β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11牢固吸附形成β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11外层。所述羟基磷灰石涂层厚度为5～30μm。
一种载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，其关键在于，按如下步骤进行：
步骤1，钛金属或钛合金接骨板表面预处理，钛金属或钛合金接骨板依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各10～20分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中20～30分钟，取出后用去离子水洗净，再置于2～8M NaOH溶液中，于50～80℃加热处理12～48小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热1～2小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层，将步骤1处理后的钛或钛合金接骨板置入由NaCl：733.5mM；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入5～10mM MgCl2.6H2O，经过12～72小时，36～37℃得到1～3μm的的羟基磷灰石涂层；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将5～15μg/ml的β-防御素-1～3或5～25μg/ml的乳铁蛋白1-11加入配好的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛金属或钛合金接骨板于36～37℃，置入10～20mL步骤3配制的含β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，24～72小时，羟基磷灰石涂层牢固吸附β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11，形成β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11外层，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
本发明载抗菌肽缓释钢板系列产品经体内(新西兰白兔)及体外药物动力学检测证实，具有固定骨折断端和强力抗感染和抑制细菌生物膜形成的作用，可在局部维持28天的有效抗菌浓度，生物力学性能并不下降。
有益效果：本发明利用抗菌肽的应用表面涂层技术中的仿生溶液生长法制作羟基遴灰石涂层法，设计可吸收材料涂层在常温下将抗菌肽通过羟基磷灰石等缓释剂的携带，研制出在干骺端骨折中具有不可替代作用并具有强力抗感染和抑制细菌生物膜形成和I期治疗骨折等具有多重功效的载抗菌肽缓释钢板，使钢板在一定时间内自内而外的早期释放β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11，从根本上改变了传统抗生素的作用方式，并解决了抗菌肽不能够耐受高温的技术难题，直接抑制生物膜的形成与发展，获得预防固定物相关感染的疗效。突破传统禁忌，对开放性或火器伤所致骨折进行I期修复和防治创伤性骨髓炎的发生、发展，从而达到缩短疗程、明显提高疗效的目的。本发明具有固定骨折断端和强力抗感染和抑制细菌生物膜形成的特征。
附图说明
图1是本发明接骨板的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视放大图。
具体实施方式
实施例1
载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，按如下步骤进行：
步骤1，钛金属接骨板表面预处理，钛金属接骨板依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各10分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中20分钟，取出后用去离子水洗净，再置于2M NaOH溶液中，于50℃加热处理12小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热1小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层2，将步骤1处理后的钛或钛合金接骨板置入由NaCl：733.5mM；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入5mM MgCl2.6H2O，经过12小时，36℃得到1μm的羟基磷灰石涂层2；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将5μg/ml的β-防御素-1加入配好的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛或钛合金钢板于36℃，置入10mL步骤3配制的含β-防御素-1的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，24小时，羟基磷灰石涂层2牢固吸附β-防御素-1，形成β-防御素-1外层3，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
步骤5，将步骤4得到的抗菌肽缓释钢板置于40°孵箱内，固化10分钟后，封装，环氧乙烷消毒。
最后得到如图1、图2所示，良好缓释特性的载抗菌肽缓释接骨板，所述钛金属接骨板1表面覆盖有β-防御素-1，所述β-防御素-1与接骨板1之间由与接骨板1结合牢固的羟基磷灰石涂层2将β-防御素-1牢固吸附形成β-防御素-1外层3。所述羟基磷灰石涂层2厚度为5μm。
实施例2
载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，按如下步骤进行：
步骤1，钛合金接骨板表面预处理，钛合金接骨板依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各15分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中30分钟，取出后用去离子水洗净，再置于8M NaOH溶液中，于80℃加热处理48小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热2小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层2，将步骤1处理后的钛或钛合金接骨板置入由NaCl：733.5mM；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入10mM MgCl2.6H2O，经过72小时，37℃得到3μm的羟基磷灰石涂层2；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将15μg/ml的β-防御素-2的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛或钛合金钢板于37℃，置入20mL步骤3配制的含β-防御素-2的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，72小时，羟基磷灰石涂层2牢固吸附β-防御素-2，形成β-防御素-2外层3，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
步骤5，将步骤4得到的抗菌肽缓释钢板置于40°孵箱内，固化10分钟后，封装，环氧乙烷消毒。
最后得到如图1、图2所示，良好缓释特性的载抗菌肽缓释接骨板，所述钛合金接骨板1表面覆盖有β-防御素-2，所述β-防御素-2与接骨板1之间由与接骨板1结合牢固的羟基磷灰石涂层2将β-防御素-2牢固吸附形成β-防御素-2外层3。所述羟基磷灰石涂层2厚度为30μm。
实施例3
载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，按如下步骤进行：
步骤1，钛金属接骨板表面预处理，钛金属接骨板依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各15分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中25分钟，取出后用去离子水洗净，再置于6M NaOH溶液中，于60℃加热处理30小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热1.5小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层2，将步骤1处理后的钛或钛合金接骨板置入由NaCl：733.5mM；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入7mM MgCl2.6H2O，经过42小时，36.5℃得到2μm的羟基磷灰石涂层2；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将5～15μg/ml的β-防御素-3加入配好的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛或钛合金钢板于36.5℃，置入15mL步骤3配制的含β-防御素-3的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，48小时，羟基磷灰石涂层(2)牢固吸附β-防御素-3，形成β-防御素-3外层3，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
步骤5，将步骤4得到的抗菌肽缓释钢板置于40°孵箱内，固化10分钟后，封装，环氧乙烷消毒。
如图1、图2所示，良好缓释特性的载抗菌肽缓释接骨板，所述钛金属或钛合金接骨板1表面覆盖有β-防御素-3，所述β-防御素-3与接骨板1之间由与接骨板1结合牢固的羟基磷灰石涂层2将β-防御素-3牢固吸附形成β-防御素-3外层3。所述羟基磷灰石涂层2厚度为18μm。
实施例4
载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，按如下步骤进行：
步骤1，钛合金接骨板表面预处理，钛合金接骨板依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各15分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中23分钟，取出后用去离子水洗净，再置于5M NaOH溶液中，于60℃加热处理35小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热1.8小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层2，将步骤1处理后的钛合金接骨板置入由NaCl：733.5mM；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入8mM MgCl2.6H2O，经过50小时，36.5℃得到2μm的预涂羟基磷灰石涂层2；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将5～25μg/ml的乳铁蛋白1-11加入配好的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛或钛合金钢板于36.5℃，置入16mL步骤3配制的含乳铁蛋白1-11的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，60小时，羟基磷灰石涂层2牢固吸附乳铁蛋白1-11，形成乳铁蛋白1-11外层3，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
步骤5，将步骤4得到的抗菌肽缓释钢板置于40°孵箱内，固化10分钟后，封装，环氧乙烷消毒。
如图1、图2所示，良好缓释特性的载抗菌肽缓释接骨板，所述钛合金接骨板1表面覆盖有乳铁蛋白1-11，所述乳铁蛋白1-11与接骨板1之间由与接骨板1结合牢固的羟基磷灰石涂层2将乳铁蛋白1-11牢固吸附形成乳铁蛋白1-11外层3。所述羟基磷灰石涂层2厚度为20μm。

Claims (3)

1.一种载抗菌肽缓释接骨板，包括钛金属或钛合金接骨板(1)，其特征在于：所述钛金属或钛合金接骨板(1)表面牢固结合有羟基磷灰石涂层(2)，该羟基磷灰石涂层(2)外表面附着β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11外层(3)。
2.根据权利要求1所述载抗菌肽缓释接骨板，其特征在于：所述羟基磷灰石涂层(2)厚度为5～30μm。
3.一种如权利要求1所述载抗菌肽缓释接骨板的制造方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1，钛金属或钛合金接骨板(1)表面预处理，钛金属或钛合金接骨板(1)依次以蒸馏水、丙酮、75％乙醇、蒸馏水超声清洗各10～20分钟，取出后用去离子水洗净，置于体积比1∶1的18wt％HCl和48wt％H2SO4组成的酸溶液中20～30分钟，取出后用去离子水洗净，再置于2～8M NaOH溶液中，于50～80℃加热处理12～48小时，后用去离子水洗净，然后置入茂福炉中600℃加热1～2小时；
步骤2，预涂羟基磷灰石涂层(2)，将步骤1处理后的钛金属或钛合金接骨板(1)置入由NaCl：733.5Mm；CaCl2.2H2O：12.5mM；Na2HPO4.2H2O：5mM；NaCO3：21mM配置而成的饱和仿生液中，并加入5～10mM MgCl2.6H2O，经过12～72小时，36～37℃得到1～3μm的羟基磷灰石涂层(2)；
步骤3，缓冲液的配制，分别以NaCl、K2HPO4和CaCl2配制过饱和石灰石缓冲溶液，离子浓度为：[Na+]＝136.8mM，[K+]＝3.71mM，[Cl-]＝144.5mM，[Ca2+]＝3.10mM，[HPO4 2-]＝1.86mM将5～15μg/ml的β-防御素-1～3或5～25μg/ml的乳铁蛋白1-11加入配好的缓冲溶液，振荡，磁力搅拌，并调PH值至7.4；
步骤4，将步骤2处理过钛金属或钛合金接骨板(1)于36～37℃，置入10～20mL步骤3配制的含β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11的抗菌肽过饱和石灰石缓冲溶液中，24～72小时，羟基磷灰石涂层(2)牢固吸附β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11，形成β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11外层(3)，室温下干燥，得到抗菌肽缓释钢板。
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