CN105536077A - 一种镍钛合金载药材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镍钛合金载药材料及其制备方法，所述镍钛合金载药材料包括镍钛合金、通过对所述镍钛合金的表面进行化学处理形成的镍钛层状双氢氧化物层、以及通过化学修饰形成在所述镍钛层状双氢氧化物层上的由聚苯乙烯磺酸钠纳米线构成的网状结构。本发明所制备的材料显著提高了材料的比表面积从而增大了载药量，可达到80%左右。在酸性条件下药物释放量明显增大，可实现药物在不同条件下的选择性释放。此外修饰之后，载药涂层不仅具有较好的生物相容性，而且安全性也有很大提高。此外，还改变了药物进入细胞的方式，不但提高了癌细胞对药物的敏感性，还可促进癌细胞对药物的吸收，从而增强药物对癌细胞的杀伤。

Description

一种镍钛合金载药材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物医用镍钛合金载药材料及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种先通过碱水热处理在材料表面构建镍钛层状双氢氧化物，进一步利用聚苯乙烯磺酸钠对表面进行修饰并进行药物负载的载药方式，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

生物医用镍钛合金由于具有优异的机械性能和较佳的生物相容性，被广泛的制作成各种支架材料应用在由恶性肿瘤造成的胆管、食道、气管、支气管阻塞的姑息性治疗中(Radiology1993,187:661-665.)。但镍钛本身并不具备抗癌的作用，支架植入之后，肿瘤细胞可以继续增殖侵袭，极易造成再阻塞。发生这种情况之后病人就会面临二次手术，给病人在生理、心理和经济上都带来极大负担。

为防止再狭窄发生，使用载药支架(drugelutingstent)是目前最佳选择之一。目前应用于临床的载药支架多采用将药物混入聚合物载体的方式进行载药。采用该方式虽然可有效减少再狭窄的发生，但由于载药的聚合物膜阻碍了金属支架与组织的结合，可能会导致支架的移动；同时聚合物膜的存在还会引起免疫反应；成为体液沉积基体，有利于生物膜的形成，造成阻塞；还会遮挡组织正常部位，影响其功能的发挥(AdvancedDrugDeliveryReviews2006,58:447–462)。另一种常见的载药方式是直接通过物理吸附或化学键和将药物装载在材料表面这种方式可以避免由于聚合物膜存在造成的炎症反应，但其载药量相对较低且药物释放不易控制。如何在不使用聚合物涂层的前提下保证材料的载药量同时控制药物的释放是临床上亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的医用镍钛合金载药方式易造成感染、载药量低、药物释放不易控制等缺陷，提供了一种新型的载药材料和载药方式以满足临床对载药镍钛合金的性能要求。

本发明提供了一种镍钛合金载药材料，其特征在于，所述镍钛合金载药材料包括镍钛合金、通过对所述镍钛合金的表面进行化学处理形成的镍钛层状双氢氧化物层、以及通过化学修饰形成在所述镍钛层状双氢氧化物层上的由聚苯乙烯磺酸钠纳米线构成的网状结构。

本发明还提供一种上述镍钛合金载药材料的制备方法，包括：对镍钛合金依次进行水热处理、酸浸泡处理和沸水浴浸泡处理以在其表面形成镍钛层状双氢氧化物层；以及将所得的表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金浸泡在含有聚苯乙烯磺酸钠的浸泡液中进行高温浸泡处理得到所述镍钛合金载药材料。

本发明首次提出构建聚苯乙烯磺酸钠修饰的镍钛层状双氢氧化物层来实现对药物的装载。通过化学处理(包括依次进行的水热处理、酸浸泡处理和沸水浴浸泡处理)可以很方便的在镍钛合金表面构建出镍钛层状双氢氧化物。该双氢氧化物层表面具有丰富的官能团，可与多种基团发生反应，从而可较为方便的实现对表面的进一步修饰。聚苯乙烯磺酸钠具有优异的生物相容性，且可以和多种药物键和，利于药物的装载。通过聚苯乙烯磺酸钠对材料表面进行进一步修饰可有效提高药物的装载量同时能够更好的实现对药物释放的控制。

较佳地，所述高温浸泡的浸泡温度可为60～100℃，浸泡时间可为24～72小时。

较佳地，所述高温浸泡法采用的浸泡液看了为聚苯乙烯磺酸钠的氯化钠溶液，其中聚苯乙烯磺酸钠的浓度可为1～5g/L，氯化钠浓度可为3～12mmol/L，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述浸泡液的用量可为5～20mL/cm²。

较佳地，所述水热处理的水热介质可为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓度可为5～15mol/L，水热温度可为80～160℃，水热时间可为5～12小时，水热反应釜填充比可为40～80％。

较佳地，所述酸浸泡处理所用酸可为盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种，浓度可为0.05～0.2mol/L，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述酸的用量可为3～10mL/cm²。

较佳地，所述沸水浴浸泡处理时间可为0.5～2小时。

本发明还提供一种镍钛合金载药材料的应用，其中，将所述镍钛合金载药材料浸泡在药物浸泡液中，于20～50℃浸泡12～48小时以得到装载有药物的镍钛合金。

较佳地，所述药物为盐酸阿霉素，五氟尿嘧啶、顺铂中的至少一种，药物浸泡液中药物的浓度为(1～10)×10^-4mol/L。

较佳地，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述药物浸泡液的用量为0.5～4mL/cm²。

经本发明处理得到的载药镍钛合金表面由片状的镍钛层状双氢氧化物和网状的聚苯乙烯磺酸钠纳米线构成。所有结构均在纳米级，显著提高了材料的比表面积从而增大了载药量，可达到80％左右。同时由于药物与聚苯乙烯磺酸钠的键和具有pH敏感性，在酸性条件下药物释放量明显增大，可实现药物在不同条件下的选择性释放。此外修饰之后，载药涂层不仅具有较好的生物相容性，而且安全性也有很大提高。此外，还改变了药物进入细胞的方式，不但提高了癌细胞对药物的敏感性，还可促进癌细胞对药物的吸收，从而增强药物对癌细胞的杀伤。

附图说明

图1是经实施例1、2、3处理后得到的样品高倍与低倍扫描电镜形貌图，图中HT表示经过实施例1处理后得到的镍钛层状双氢氧化物薄膜，HT/PSS表示聚苯乙烯磺酸钠修饰之后样品的形貌，HT/PSS/Dox表示进一步载药之后材料表面的形貌；

图2是经实施例1处理后得到的镍钛层状双氢氧化物薄膜的EDS图谱；

图3经实施例1处理后得到的镍钛层状双氢氧化物薄膜的XRD图谱；

图4是经过本发明处理前后样品的载药量，图中NiTi表示未处理的原始样品，HT表示经过实施例1处理得到的表面为镍钛层状双氢氧化物的样品，HT/PSS表示经过实施例2处理得到的表面为聚苯乙烯磺酸钠修饰的镍钛层状双氢氧化物的样品；

图5是经本发明处理之后不同样品在不同pH值之下的药物释放情况，图中HT表示经过实施例1处理后的样品载药后的药物释放情况，HT/PSS表示经过实施例2处理后的样品载药后的药物释放情况；

图6是经本发明处理前后各组样品镍释放状况，图中NiTi表示未处理的样品，HT表示经过实施例1处理后的样品，HT/PSS表示经过实施例2处理后的样品，HT/PSS/Dox表示经实施例3处理后的样品；

图7是经本发明处理前后各组样品对癌细胞的抑制情况，图中NiTi表示未处理的样品，HT表示经过实施例1处理后的样品，HT/PSS表示经过实施例2处理后的样品，HT/PSS/Dox表示经实施例3处理后的样品；

图8是在处理前后的样品表面培养癌细胞，加入相同浓度的游离盐酸阿霉素溶液之后各组样品对癌细胞的抑制情况，图中NiTi表示未处理的样品，HT表示经过实施例1处理表面为镍钛层状双氢氧化物的样品，PSS为经过实施例2处理表面为聚苯乙烯磺酸钠修饰的镍钛层状双氢氧化物的样品；

图9是在处理前后样品表面培养癌细胞，加入相同浓度的游离盐酸阿霉素和胞吞作用抑制剂dynasore之后各组样品对癌细胞的抑制情况，图中NiTi表示未处理的样品，HT表示经过实施例1处理表面为镍钛层状双氢氧化物的样品，PSS为经过实施例2处理表面为聚苯乙烯磺酸钠修饰的镍钛层状双氢氧化物的样品。

具体实施方式

本发明提出了一种在镍钛合金表面构建镍钛层状双氢氧化物和聚苯乙烯磺酸钠的复合层进行载药的方法。具体步骤是先在镍钛合金表面构建镍钛层状双氢氧化物，再进一步通过聚苯乙烯磺酸钠修饰，最后进行载药。

镍钛层状双氢氧化物通过水热处理镍钛合金原位形成。镍钛层状双氢氧化物层的合成过程可包括水热处理、酸处理、沸水浴。将镍钛合金，依次用酒精、去离子水和超声清洗干净。再将镍钛合金放入水热介质氢氧化钠或氢氧化钾中，放入反应釜中加热使其发生反应，此过程中保持反应釜填充度为40～80％最宜，填充度过高容易导致釜内压力过高引起爆炸，过低则达不到压力要求不能生成结晶性较好的镍钛层状双氢氧化物。一段时间后取出反应产物，将水热产物用大量去离子水清洗，以去除镍钛合金表面的碱溶液保持表面清洁。之后将冲洗后水热产物浸泡酸溶液中，所述酸浸泡处理所用酸为盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种。最后将所得产物进行沸水浴，如此便可得到表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金。将所得表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金通过高温浸泡方式完成镍钛合金表面修饰，浸泡液可选取浸泡液聚苯乙烯磺酸钠的氯化钠溶液，此过程中利用层状双氢氧化物表面的官能团与聚苯乙烯磺酸钠发生接合完成修饰。并最终利用聚苯乙烯磺酸钠与药物分子的键和，通过药物浸泡的方式实现对多种药物的装载。

作为一个示例，进一步描述所述镍钛合金材料的表面载药方法，包括：

1)将生物医用镍钛合金片放入水热介质为5～15mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾中，放入反应釜中加热至80～160℃，反应时间为5～12小时，此过程中保持反应釜填充度为40～80％最宜；将水热产物用大量去离子水清洗后，浸泡在浓度为0.05～0.2mol/L的盐酸、硫酸或硝酸中，处理时间为0.5～4小时，以所述镍钛合金的表面面积计算，消耗的酸量为3～10mL/cm²。最后将所得产物进行沸水浴，时间为0.5～2h，得到表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金；

2)将所得表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金浸泡在浸泡液中，浸泡温度为60～100℃，浸泡时间为24～72h，可得载药材料。浸泡液可选取浸泡液聚苯乙烯磺酸钠的氯化钠溶液，其中聚苯乙烯磺酸钠的浓度为1～5g/L，氯化钠浓度为3～12mmol/L。以所述镍钛合金的表面面积计算，消耗的浸泡液的量为5～20mL/cm²；

3)将所得载药材料浸泡在药物溶液中12～48h，浸泡温度为20～50℃所述药物可选但不仅限于盐酸阿霉素，五氟尿嘧啶、顺铂的至少一种，药物浓度为(1～10)×10^-4mol/L。以所述镍钛合金的表面面积计算，药物溶液消耗量为0.5～4mL/cm²。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

将直径为12mm厚度为1mm的镍钛圆片，依次用酒精、去离子水和超声清洗干净，每次15min。以5mol/L氢氧化钠作为介质进行水热处理，水热温度为120℃，时间为8h。水热后用大量去离子水涮洗，之后先后进行酸处理和沸水浴。酸处理时，将样品浸泡于0.1mol/L稀盐酸中，稀盐酸的用量为每片样品对应于5mL稀盐酸。浸泡时间为2h。沸水浴时间为1h；

图1(HT)是经本实施例改性处理得到的镍钛表面形貌的低倍和高倍扫描电镜图片，从图中可以看到，处理后表面呈现为片状的纳米结构，纳米片的长度和宽度均为200nm左右，厚度在20～40nm左右，且分布均匀。图2给出了经本实施例处理后样品表面的EDS图片，从图中可以看出，经过处理之后材料表面主要包含三种元素分别为氧、镍和钛。图3是经本实施例改性处理得到的材料表面的XRD谱图，从图中可以看到对应于镍钛层状双氢氧化物中(003)，(006)，(009)，(012)，(018)，(110)和(113)晶面的衍射峰。证实经该实例处理后镍钛合金表面的主晶相为镍钛层状双氢氧化物。

实施例2

将经过实施例1处理的样品浸泡于含有6mmol/L氯化钠的聚苯乙烯磺酸钠溶液之中，聚苯乙烯磺酸钠的浓度为2g/L。反应温度为60℃，处理时间为48h；

图1(HT/PSS)为经过该实施例2处理之后的样品SEM图片。从图中可以看到材料表面的层状双氢氧化物纳米片上出现由聚苯乙烯磺酸钠纳米线构成的网状结构。

实施例3

将实施例2中所制备的样品置于1mL浓度为1×10^-4mol/L盐酸阿霉素溶液,在37℃下静置24h。图1(LDH/PSS/Dox)为经过该实施例处理之后样品的SEM图片，从图中可以看到，载药之后材料形貌未发生变化，说明药物分子没有发生聚集，均匀分布在材料表面。

实施例4

对未经处理的样品和经过实施例1、2处理的样品分别进行实施例3所述的方式进行载药处理。利用紫外分光光度计，分别盐酸阿霉素溶液在浸泡各组样品前后在480nm处的吸光度值，根据以下公式计算各组样品的载药率：

$\frac{A_1-A_2}{A_1}\×100\%$

，其中A₁为浸泡前阿霉素溶液的吸光度，A₂为浸泡之后阿霉素溶液的吸光度；

图4为经该实施例处理后得到的各组样品的载药率。可以看到相较于原始镍钛合金，在材料表面构建镍钛层状双氢氧化物后材料的载药率有了明显的提高，进一步进行PSS修饰之后，材料的载药率可提升至80％。

实施例5

对经过实施例1、2处理的样品分别进行实施例3所述的载药处理。处理之后分别将两组样品浸泡于10mLpH值不同的磷酸缓冲液(PBS)中。PBS的pH值分别用盐酸调至4,6.8和7.4。浸泡一段时间后取出上清液，利用紫外分光光度计测量各组样品的阿霉素的释放量；

图5给出了经过实施例1和实施例2处理后的样品在载药之后的药物释放情况。经过实施例2处理并进行载药的样品，样品的药物释放出现了明显的pH选择性。在酸性条件下会有更多药物释放出来，随着pH的增高药物释放量逐渐减少。而对于经过实施例1处理并进行载药的样品其药物释放量与pH无关且均处于较低的水平。

实施例6

对未处理的样品及经过实施例1、2、3改性得到样品进行镍释放的测试：分别将各样品浸泡于10mlPBS中。特定时间后取出浸泡液，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)测试硒的释放量；

镍是一种致敏性元素，过量的镍释放会对材料的生物安全性产生影响。图6给出了各组样品的镍释放情况，从图中可以看出，在材料表面构建镍钛层状双氢氧化物之后，材料的镍释放量有了显著的提高。但经过聚苯乙烯磺酸钠磺酸钠修饰之后，材料的镍释量又再次恢复到未处理镍钛合金的镍释放水平。进一步载药之后材料的镍释放量并无显著改变。说明经过本发明处理得到的载药涂层具有较高的安全性。

实施例7

采用人胆管癌细胞RBE体外培养实验评估未经处理的镍钛合金和经上述实施例1、2、3改性处理所得镍钛材料对癌细胞活性的影响，利用阿尔玛蓝(AlamarBlue^TM，AbDserotecLtd，UK)试剂盒检测细胞在材料表面的增殖情况。方法如下：

1)将使用75％乙醇灭菌的样品放入24孔培养板中，每孔滴加1mL密度为5×10⁴cell/mL细胞悬液；

2)将细胞培养板放入5％CO₂饱和湿度的细胞培养箱中36.5℃孵化18h；

3)吸去细胞培养液，用PBS清洗样品表面后，将样品移至新的24孔板内，放入培养箱中继续培养；

4)细胞培养1、4和7天后，吸去原培养液，加入含有5％阿尔玛蓝(AlamarBlue^TM)染液的新培养液，将培养板置于培养箱中培养4h后，从每孔取出100μL培养液放入96孔板中；

5)利用酶标仪(BIO-TEK，ELX800)测量各孔在570nm和600nm波长下的吸光度值。按照以下公式计算AlamarBlue^TM被细胞还原的百分率：

$\frac{117,216\×A^{{\mathrm{\λ}}_1}-80,586\×A^{{\mathrm{\λ}}_2}}{155,677\×A^{\′{\mathrm{\λ}}_2}-14,652\×A^{\′{\mathrm{\λ}}_1}}\×100\%$

，其中A为吸光度值，A’为阴性对照孔的吸光度值，λ₁＝570nm，λ₂＝600nm；

图7是经上述实施例得到的不同处理方式对癌细胞增殖的抑制情况，结果表明，在材料表面构建层状双氢氧化物之后，材料对癌细胞便表现出一定的抑制作用。但经过聚苯乙烯磺酸钠修饰之后，材料对癌细胞的抑制作用消失，说明聚苯乙烯磺酸钠具有较好的生物相容性。进一步载药之后，材料可有效的实现对癌细胞的杀伤。

实施例8

分别在未处理样品和经过实施例1、2处理过的样品表面培养癌细胞RBE，培养1天之后，向各组样品培养基内加入相同浓度的盐酸阿霉素。继续培养3天，然后利用实施例7所述方法测试各组样品表面培养细胞的细胞活性；

图8给出了经过实施例8处理后，各组样品对癌细胞的抑制情况，从图中可以看到，在加入相同浓度的药物之后，经聚苯乙烯磺酸钠修饰的样品对癌细胞的抑制率最大。说明聚苯乙烯磺酸钠修饰的镍钛层状双氢氧化物载药层，可促进药物的吸收，从而增强药物对癌细胞的杀伤。

实施例9

分别在未处理样品和经过实施例1、2处理过的样品表面培养癌细胞RBE，培养1天之后，向各组样品培养基内加入相同浓度的盐酸阿霉素和胞饮作用抑制剂dynasore。继续培养3天，然后利用实施例7所述方法测试各组样品表面培养细胞的细胞活性；

图9给出了经过实施例9处理后，各组样品对癌细胞的抑制情况。加入胞吞作用抑制剂dynasore之后经PSS修饰的样品对癌细胞的抑制消失，说明改性组样品表面的药物主要通过胞吞作用进入细胞内部。而对于未改性的镍钛合金，加入dynasore之后并不能抑制药物对细胞的毒性，说明未改性样品表面的药物主要通过自由扩散进入细胞内部。上述数据说明聚苯乙烯磺酸钠可以改变了药物进入细胞的方式。

Claims (10)

1.一种镍钛合金载药材料，其特征在于，所述镍钛合金载药材料包括镍钛合金、通过对所述镍钛合金的表面进行化学处理形成的镍钛层状双氢氧化物层、以及通过化学修饰形成在所述镍钛层状双氢氧化物层上的由聚苯乙烯磺酸钠纳米线构成的网状结构。

2.一种根据权利要求1所述的镍钛合金载药材料的制备方法，其特征在于，包括：

对镍钛合金依次进行水热处理、酸浸泡处理和沸水浴浸泡处理以在其表面形成镍钛层状双氢氧化物层；以及

将所得的表面具有镍钛层状双氢氧化物层的镍钛合金浸泡在含有聚苯乙烯磺酸钠的浸泡液中进行高温浸泡处理得到所述镍钛合金载药材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高温浸泡的浸泡温度为60～100℃，浸泡时间为24～72小时。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述高温浸泡处理采用的浸泡液为聚苯乙烯磺酸钠的氯化钠溶液，其中聚苯乙烯磺酸钠的浓度为1～5g/L，氯化钠浓度为3～12mmol/L，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述浸泡液的用量为5～20mL/cm²。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热处理的水热介质为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓度为5～15mol/L，水热温度为80～160℃，水热时间为5～12小时，水热反应釜填充比为40～80%。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸泡处理所用酸为盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种，浓度为0.05～0.2mol/L，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述酸的用量为3～10mL/cm²。

7.根据权利要求2～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述沸水浴浸泡处理时间为0.5～2小时。

8.一种根据权利要求1所述的镍钛合金载药材料的应用，其特征在于，将所述镍钛合金载药材料浸泡在药物浸泡液中，于20～50℃浸泡12～48小时以得到装载有药物的镍钛合金。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述药物为盐酸阿霉素，五氟尿嘧啶、顺铂中的至少一种，药物浸泡液中药物的浓度为（1～10）×10^-4mol/L。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，以所述镍钛合金的表面面积计算，所述药物浸泡液的用量为0.5～4mL/cm²。