CN106344964B - 一种具有载药层状双氢氧化物薄膜的医用钛基材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种具有载药层状双氢氧化物薄膜的医用钛基材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有载药层状双氢氧化物薄膜的医用钛基材料及其制备方法和应用，包括生物医用钛或钛合金、原位生长在所述生物医用钛或钛合金表面的层状双氢氧化物薄膜，以及负载在层状双氢氧化物的晶格之中抗癌药物。本发明提供的医用钛基材料，以钛或钛合金为基底，原位诱导生长层状双氢氧化物薄膜，用于负载抗癌药物。由于层状双氢氧化物这种独特的晶体结构，带负电的抗癌元素或药物分子可与板层间的阴离子发生交换，从而实现对药物的负载。

Description

一种具有载药层状双氢氧化物薄膜的医用钛基材料及其制备 方法和应用
技术领域
本发明涉及一种医用钛基材料及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种以生物医用钛或钛合金为基底，以(a)二价金属离子M1的可溶性盐、(b)三价或四价金属离子M2的可溶性盐、(c)尿素、(d)药物的混合水溶液或水溶胶为水热介质，通过一步水热反应原位生长得到的具有选择性抗癌抗菌能力的薄膜材料，属于金属材料表面改性技术领域。
背景技术
钛及其合金被广泛用作植入材料。针对其不同的医学应用，对材料性能有着不同的要求。目前许多应用都需要材料具有选择性的抗癌抗菌能力。比如对于骨癌患者，患处被植入体替代后，癌症仍有复发的可能，但如果植入体本身就有抗肿瘤的能力将降低其复发的可能性(Nature Reviews Cancer 2011,11:411-425.)；再比如在宫颈癌的治疗中，钛合金常作为辅助化疗或放疗的设备植入人体中(International Journal of RadiationOncology Biology Physics 2011,80:974-955)，不利于癌细胞粘附的材料表面无疑会增强治疗效果，特别是在恶性梗阻治疗中，具有抗癌能力的支架表面将极大得降低再阻塞的概率，减轻病人的痛苦。因此发展具有选择性抗癌抗菌能力的新型植入材料成为研究热点之一。
近期研究表明层状双氢氧化物在负载化学药物或生物分子以及选择性调控细胞行为等多个方面表现出极大得潜力。层状双氢氧化物的主体结构是由二价金属氢氧化物构成的八面体水镁石状的板层结构，部分高价离子取代了原始结构中的二价金属离子，从而在板层中引入了正电荷，为了补偿板层上的正电荷，环境中的阴离子会进入板层之间，从而构成了这种层间距极大的层状结构(Journal of Materials Chemistry 2006,16:3809-3813)。传统的载药层状双氢氧化物一般只能被制备成粉体形式，并不适用药物的局部载释(Chemical Reviews 2012,7:4124-4155)。此外，药物的负载通常需要在保护气氛下进行，工艺较为复杂。目前还未见有关直接在生物医用钛或钛合金表面构建层状双氢氧化物薄膜进行载药的报道。
发明内容
针对目前生物材料市场对生物医用钛及其合金抗癌抗菌性能的要求，本发明在钛或钛合金表面构建了一种载药层状双氢氧化物薄膜材料提供一种医用钛基材料，包括生物医用钛或钛合金、原位生长在所述生物医用钛或钛合金表面的层状双氢氧化物薄膜，以及负载在层状双氢氧化物的晶格之中抗癌药物。
本发明提供的医用钛基材料，以钛或钛合金为基底，原位诱导生长层状双氢氧化物薄膜，用于负载抗癌药物。由于层状双氢氧化物这种独特的晶体结构，带负电的抗癌元素或药物分子可与板层间的阴离子发生交换，从而实现对药物的负载。这一载药基底具有较高的载药效率和较大的载药能力，还可以有效的防止药物在生物体内降解。并且与其它常见无机载药基体如氧化铁、二氧化硅、碳纳米管相比，层状双氢氧化物具有更好的生物相容性。由于层状双氢氧化物独特的与羟基自由基有较强的亲和力，层状双氢氧化物中的阴离子可与环境中的羟基自由基发生交换。又因为药物分子已与板层间的阴离子发生交换，此时药物分子便会与环境中的羟基自由基发生二次交换，从而导致药物的释放。本发明采用钛或钛合金作为基底，其中钛或钛合金在水热过程中发生活化，表面形成大量Ti-OH基团可为层状双氢氧化物的形成提供结合位点，促进层状双氢氧化物的形成。
较佳地，所述层状双氢氧化物为片状的纳米结构，其中纳米片的长度为0.5～2微米，厚度为20～40nm。
另一方面，本发明提供了一种上述医用钛基材料的制备方法，将生物医用钛或钛合金置于反应釜内，再加入包含有二价金属离子M1的可溶性盐、三价或四价金属离子M2的可溶性盐、尿素和抗癌药物的混合水溶液或水溶胶作为水热介质，然后在80～160℃下水热处理12～36小时，以在所述生物医用钛或钛合形成载药层状双氢氧化物薄膜。
较佳地，所述二价金属离子M1为Ni2+、Co2+、Zn2+、Mg2+和Cu2+中的至少一种。其中，所述水热介质中二价金属离子M1的浓度为2～20mM。
较佳地，所述三价或四价金属离子M2为Fe3+、Al3+和Ti4+中的至少一种。
较佳地，所述水热介质中二价金属离子M1与三价或四价金属离子M2的摩尔比可为1:1～5:1。
较佳地，所述水热介质中尿素的浓度可为4～8g/L。
较佳地，所述抗癌药物可为5-氟尿嘧啶、丁酸钠、顺铂、羧酸化的阿霉素中的至少一种。其中，所述水热介质中药物的浓度可为4～20mM。
较佳地，所述反应釜的填充度可为30～80％。
再一方面，本发明还提供了一种载药层状双氢氧化物薄膜材料在制造与肿瘤组织接触的医用钛合金器件中的应用。
本发明采用一步水热法在钛或钛合金表面成功构建出载药层状双氢氧化物薄膜，工艺简单，成本低廉，利于大规模生产。本发明所制备的载药薄膜，药物插于层状双氢氧化物的晶格之中，分布均匀，且药物释放量与环境中的过氧化氢浓度正相关，可实现药物在不同条件下的选择性释放。本发明制备的载药层状双氢氧化物薄膜材料可选择性的杀伤癌细胞和细菌而对正常细胞负面作用较小，可应用于与肿瘤组织接触的生物医疗器械。
附图说明
图1为经实施例1处理后得到样品的低倍a与高倍b扫描电镜形貌图；
图2为经实施例1处理后得到样品的XRD图谱；
图3为经实施例1处理后得到样品的红外光谱；
图4为经实施例1处理后得到样品的药物释放情况；
图5为a癌细胞RBE与b正常细胞HIBEpiC在未处理的镍钛合金和经实施例1制备样品表面的增殖情况，图中，NiTi表示未处理的样品，LDH/Butyrate表示经过实施例1制备的样品；
图6为癌细胞RBE在未处理的镍钛合金表面和经实施例1制备的样品表面培养4天后的扫描电镜图片。图中NiTi表示未处理的样品，LDH/Butyrate表示经过实施例1制备的样品；a、c为低倍图片，b、d为高倍图片；
图7为正常细胞HIBEpiC在未处理的镍钛合金表面和经实施例1制备的样品表面培养4天后的扫描电镜图片。图中NiTi表示未处理的样品，LDH/Butyrate表示经过实施例1制备的样品；a、c为低倍图片，b、d为高倍图片；
图8为经过实施例1处理的样品抗金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的实验结果，图中：a表示未处理的镍钛合金对金黄色葡萄球菌的影响；b表示经过实施例1制备的样品对金黄色葡萄球菌的影响；c表示未处理的镍钛合金对大肠杆菌的影响；d表示经过实施例1处理的样品对大肠杆菌的影响。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明以生物医用钛或钛合金为基底，以(a)二价金属离子M1的可溶性盐、(b)三价或四价金属离子M2的可溶性盐、(c)尿素、(d)药物的混合水溶液或水溶胶为水热介质，通过一步水热反应对钛或钛合金进行水热处理制备载药层状双氢氧化物薄膜材料。所得载药层状双氢氧化物薄膜材料原位生长于生物医用钛或钛合金表面，所述载药层状双氢氧化物薄膜材料中的药物负载于层状双氢氧化物的晶格之中。所述层状双氢氧化物为片状的纳米结构，其中纳米片的长度可为0.5～2微米，厚度可为20～40nm。
载药层状双氢氧化物薄膜通过水热反应原位生长于生物医用钛或钛合金表面，药物均匀掺杂与层状双氢氧化物晶格之中。其合成过程只需一步水热过程，工艺较为简单。
以下示例性地说明本发明提供的载药层状双氢氧化物薄膜的制备方法。
将生物医用钛或钛合金依次用酒精、去离子水和超纯水超声清洗干净后置于水热釜中。其中生物医用钛或钛合金可为纯钛、镍钛合金、钛铝钒合金等。
将清洗干净后的生物医用钛或钛合金置于反应釜内，以(a)二价金属离子M1的可溶性盐(或称二价金属M1的可溶性盐)、(b)三价或四价金属离子M2的可溶性盐(或称三价或四价金属M2的可溶性盐)、(c)尿素、(d)抗癌药物的混合水溶液或水溶胶为水热介质进行水热处理。所述二价金属离子M1可为Ni2+、Co2+、Zn2+、Mg2+或Cu2+。三价或四价金属离子M2可为Fe3+、Al3+或Ti4+。其中M1与M2的摩尔比可为1:1～5:1，M1溶液的浓度可为2～20mM。
其中反应温度可为80～160℃。反应时间可为12～36小时。整个过程中保持反应釜填充度为40～80％最佳。
上述M1、M2金属盐可为该金属的硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化物、溴化物、氟化物等一切在水中有一定溶解性的盐类。
上述抗癌药物可为5-氟尿嘧啶、丁酸钠等阴离子型药物或生物分子。其中，药物的浓度可为4～20mM。
上述尿素的浓度可为4～8g/L。其中尿素浓度对载药层状双氢氧化物薄膜形成的影响较大，需要进行精确调控。尿素浓度太低会导致水热过程中pH过低，层状双氢氧化物无法形成。而尿素浓度过高，会导致环境中CNO-离子浓度过高，该离子会和药物发生竞争，使得药物难以插入层状双氢氧化物晶格之中。
本发明所制备的载药层状双氢氧化物薄膜以钛或钛合金为基底，药物掺杂于层状双氢氧化物的晶格之中。由于层状双氢氧化物独特的离子交换效应，药物会与环境中的羟基自由基发生交换，从而导致药物的释放。因此该载药层状双氢氧化物薄膜的药物的释放量与环境中的羟基自由基含量正相关。癌细胞代谢过程中会有过氧化氢产生，过氧化氢又会进一步裂解成羟基自由基从而导致癌细胞微环境中羟基自由基含量过剩。因此当本发明所制备材料处于癌细胞环境中时会有大量药物释放，对癌细胞起到杀伤作用。而当材料处于正常细胞微环境中时，药物释放量较少，使得材料对正常细胞抑制作用较低。此外，由于材料中所含重金属离子的释放，使得材料在选择性抗癌的同时，对细菌也可以起到较好的杀伤作用。
本发明所制备的载药层状双氢氧化物薄膜所具备的这种独特的选择性抗癌抗菌能力，使其在与肿瘤组织接触的医用钛或钛合金器件中表现出极佳的应用前景。
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
本实施例选取钛合金中的镍钛合金为基底，将直径为12mm厚度为1mm的镍钛合金圆片，依次用酒精、去离子水和超声清洗干净，每次15min。以(a)6mM二价金属M1的可溶性盐NiCl2(b)2mM四价金属M2的可溶性盐TiCl4(c)6.5g/L尿素(d)6mM丁酸钠的混合溶液作为水热介质进行水热处理，水热温度为120℃，时间为24h。水热釜的填充度为35％。水热处理后用大量去离子水涮洗。
图1是经本实施例改性处理得到的样品表面形貌低倍和高倍扫描电镜图片。从图中可以看到，所制备的载药薄膜呈现出片状结构，片层长度和宽度约为1μm，而厚度在40nm左右。图2给出了经本实施例处理后制备样品的XRD谱图，从图中可以看到对应于层状双氢氧化物(003)和(006)晶面的特征峰，(003)峰位于11.29°对应的晶面间距为0.783nm。该间距符合丁酸根离子的尺寸，可从侧面印证丁酸根离子已经进入层状双氢氧化物晶格之中。图3为经本实施例处理后所得到样品的红外图谱。在1405.8cm-1和1558.2cm-1处的两个峰分别对应于丁酸根中COO-基团的对称伸缩震荡和非对称伸缩震荡；位于2939.0cm-1的峰对应于-CH2-基团的非对称伸缩震荡；而2878.3cm-1和2964.1cm-1处的峰分别对应于-CH3基团的对称伸缩震荡和非对称伸缩震荡。上述数据可说明所采用的模型药物丁酸钠已经成功插入层状双氢氧化物的晶格之中。
实施例2
将经过实施例1处理的样品浸泡于磷酸缓冲液(PBS,pH＝7.4)中，每隔一段时间，取出浸提液，通过紫外分光光度计测量浸提液中模型药物丁酸钠的浓度。浸泡一定时间后，相PBS中加入125μM过氧化氢，并立即测定丁酸钠的释放量，从而检测过氧化氢对药物释放的影响。图4给出了药物释放的情况，可以看到在没加过氧化氢之前，药物释放量处于较低的水平，加入过氧化氢之后药物释放量急剧增多。而去除环境中的过氧化氢之后，药物释放量又回复到较低的水平。这说明环境中的过氧化氢浓度可作为启动药物释放的“开关”，可有效调控药物的释放量。
实施例3
采用人胆管癌细胞RBE以及正常细胞肝内胆管上皮细胞HIBEpiC体外培养实验评估上述实施例1制备载药层状双氢氧化物薄膜对癌细胞和正常细胞活性的影响，以未处理的镍钛合金作为对照样(标记为NiTi)利用阿尔玛蓝(AlamarBlueTM，AbD serotec Ltd，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(AlamarBlueTM)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AlamarBlueTM被细胞还原的百分率：
其中：A为吸光度值，A’为阴性对照孔的吸光度值，λ1＝570nm，λ2＝600nm。
同时在培养不同时间段后，通过扫描电镜对细胞形态进行观测，从而进一步表征材料对细胞的作用。
图5是经上述实施例1得到载药层状双氢氧化物薄膜对癌细胞和正常细胞增殖的影响情况。结果表明，经实施例1制备的载药层状双氢氧化物可有效杀伤癌细胞而对正常细胞抑制作用较小。在经实施例1处理得到的材料表面，癌细胞数目随时间变长逐渐变少，而正常细胞数目随着培养的进行逐渐增多。图6和图7分别给出了在材料表面培养4天后，癌细胞和正常细胞的SEM图片，从图中可以看到，在经过实施例1处理的材料表面的癌细胞呈现出梭形，高倍图片中还可以看到细胞膜的破损；而在其表面的正常细胞排列规律，形态完整。以上数据进一步表明经过实施例1处理得到的载药层状上氢氧化物具有较好的选择性抗癌作用。
实施例4
对通过实施例1制备的材料进行抗菌实验，以为处理的镍钛合金作为对照：所有样品在121℃高压灭菌40min，将浓度为107CFU/mL的菌液滴在灭菌过的样品表面(0.06mL/cm2)，然后将滴有菌液的样品放入37℃恒温培养箱培养24h。取出24h培养的样品，将菌液倍比稀释后接种在含有培养基的琼脂板上。接种后的琼脂板放入37℃恒温培养箱培养24h，取出后在凝胶成像系统下观察菌落数目。
图6为经过上述实施例处理后得出的载药层状双氢氧化物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌结果。从图中可以看到，经实施例1制备的薄膜材料对两种细菌均有极高的杀伤作用，抗菌能力基本可以达到接近100％的水平。
细胞和细菌实验表明，本发明所制备的载药薄膜可有效杀伤对人体有害的癌细胞和细菌，而对正常细胞却没有明显的抑制作用。因此本发明可被广泛应用于与肿瘤组织接触的钛合金医疗器械。

Claims (9)

1.一种医用钛基材料，其特征在于，包括生物医用钛或钛合金、原位生长在所述生物医用钛或钛合金表面的层状双氢氧化物薄膜，以及负载在层状双氢氧化物的晶格之中抗癌药物，所述抗癌药物为5-氟尿嘧啶、丁酸钠、顺铂、羧酸化的阿霉素中的至少一种；
所述医用钛基材料的制备方法包括：将生物医用钛或钛合金置于反应釜内，再加入包含有二价金属离子M1的可溶性盐、三价或四价金属离子M2的可溶性盐、尿素和抗癌药物的混合水溶液或水溶胶作为水热介质，然后在80～160℃下水热处理12～36小时，以在所述生物医用钛或钛合金形成载药层状双氢氧化物薄膜。
2.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述层状双氢氧化物为片状的纳米结构，其中纳米片的长度为0.5～2微米，厚度为20～40nm。
3.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述二价金属离子M1为Ni2+、Co2+、Zn2+、Mg2+和Cu2+中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述水热介质中二价金属离子M1的浓度为2～20 mM。
5.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述三价或四价金属离子M2为Fe3 +、Al3+和Ti4+中的至少一种，所述水热介质中二价金属离子M1与三价或四价金属离子M2的摩尔比为1:1～5:1。
6.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述水热介质中尿素的浓度为4～8 g/L。
7.根据权利要求1所述的医用钛基材料，其特征在于，所述水热介质中药物的浓度为4～20 mM。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的医用钛基材料，其特征在于，所述反应釜的填充度为30～80%。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的医用钛基材料在制造与肿瘤组织接触的医用钛合金器件中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108926711B (zh) * 2017-05-22 2021-05-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种红外光控释载药平台及其制备方法和应用
CN108339151B (zh) * 2018-02-08 2019-05-07 上海市同济医院 一种促进神经再生修复脊髓损伤的纳米层状双氢氧化物-多因子综合体系
CN110218991B (zh) * 2018-03-02 2022-04-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有促成骨效应的钛及其合金及其制备方法和应用
CN109498631A (zh) * 2019-01-07 2019-03-22 安徽理工大学 一种新型的阿司匹林载药及缓释体系
CN109925512A (zh) * 2019-01-07 2019-06-25 安徽理工大学 一种新型的阿司匹林二维纳米载药和缓释体系
CN110129791B (zh) * 2019-06-10 2021-05-25 辽宁工程技术大学 一种耐铝液腐蚀的钢表面复合膜的制备方法
CN110327929B (zh) * 2019-06-17 2022-09-06 齐利华(武汉)资源环境科技有限公司 一种钴铝水滑石衍生复合氧化物及其制备方法与应用
CN112107692B (zh) * 2020-06-04 2023-03-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种层状双氢氧化物材料体系及其制备方法和应用
CN111778494B (zh) * 2020-06-28 2021-10-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种表面改性的医用金属材料及其制备方法和应用
CN114146216B (zh) * 2021-12-02 2022-08-02 河北工业大学 一种表面具有光热特性改性薄膜的医用金属材料及其制备方法和应用
CN115192767B (zh) * 2022-07-21 2024-02-02 河北工业大学 一种兼具抗菌成骨性能粉体及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104192810A (zh) * 2014-08-15 2014-12-10 浙江大学 一种大层间距的层状双氢氧化物的制备方法
CN104436315A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有选择性抑癌作用的表面改性镍钛合金材料及其制备方法和应用
CN105343941A (zh) * 2015-11-04 2016-02-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种表面改性生物医用镍钛合金及其制备方法和应用
CN105536077A (zh) * 2015-12-18 2016-05-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种镍钛合金载药材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104192810A (zh) * 2014-08-15 2014-12-10 浙江大学 一种大层间距的层状双氢氧化物的制备方法
CN104436315A (zh) * 2014-11-14 2015-03-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有选择性抑癌作用的表面改性镍钛合金材料及其制备方法和应用
CN105343941A (zh) * 2015-11-04 2016-02-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种表面改性生物医用镍钛合金及其制备方法和应用
CN105536077A (zh) * 2015-12-18 2016-05-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种镍钛合金载药材料及其制备方法

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