CN107129585B - 一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法 - Google Patents

一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：(1)将具有生物相容性的聚合物材料用挥发性有机溶剂溶解，搅拌均匀后得到聚合物油相溶液；(2)将微/纳米生物活性玻璃加入去离子水中，超声并搅拌均匀，得到微/纳米生物活性玻璃悬液；(3)将所述的聚合物油相溶液分散到所述的微/纳米生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；(4)持续搅拌所述的水包油的单乳液，挥发除去聚合物油相溶液中的有机溶剂，得到固化的聚合物微球；然后用去离子水洗涤，干燥，得到表面含有微/纳米生物活性玻璃的聚合物微球。该产品具有良好的生物相容性，尤其适用于人体组织修复中。

Description

一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制 备聚合物微球的方法
技术领域
本发明涉及生物医药领域，具体为一种聚合物微球的制备方法，特别涉及一种以微/纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法。
背景技术
具有生物相容性的聚合物微球可用于药物运输的载体、控制药物释放、以及制备成组织工程支架等。Pickering乳液法是一种采用超细的固体颗粒作为乳滴稳定粒子，进而形成乳液的方法。近年来，采用Pickering乳液法制备聚合物微球得到了广泛的研究。
目前的研究中，用于作为Pickering乳液稳定粒子的有羟基磷灰石、碳酸钙、二氧化硅、氧化铁和氧化石墨烯等。采用Pickering乳液制备聚合物微球，在有机溶剂不断挥发、聚合物材料不断固化成型的过程中，会将部分处于油相与水相界面的稳定粒子固定在微球表面，进而形成表面掺有稳定粒子的聚合物微球。表面的稳定粒子，可以为聚合物微球带来不同的功能和性质。
生物活性玻璃是一种在体内能与骨组织紧密结合，并且不会对人体产生不良反应的生物活性材料。生物活性玻璃具有良好的生物活性、生物相容性何骨修复特性。采用微/纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液的稳定粒子时，制备得到的聚合物微球表面含有微/纳米生物活性玻璃成分。表面的生物活性玻璃可以聚合物微球在模拟体液SBF溶液中具有更好的矿化效果。
基于以上的研究结果，本发明在现有技术的基础上，将微/纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球，使其能应用于人体组织修复中。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种以微/纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法。该方法可制备出表面含有微/纳米生物活性玻璃成分的聚合物微球，同时这种方法制备得到的聚合物微球在模拟体液SBF溶液中具有更好的矿化效果。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将具有生物相容性的聚合物材料用挥发性有机溶剂溶解，搅拌均匀后得到聚合物油相溶液；
(2)将微/纳米生物活性玻璃加入去离子水中，超声并搅拌均匀，得到微/纳米生物活性玻璃悬液；
(3)将步骤(1)所得的聚合物油相溶液分散到步骤(2)所得的微/纳米生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌步骤(3)所得的水包油的单乳液，挥发除去聚合物油相溶液中的有机溶剂，得到固化的聚合物微球；然后用去离子水洗涤，干燥，得到表面含有微/纳米生物活性玻璃的聚合物微球。
本发明采用Pickering乳液法原理，将微/纳米生物活性玻璃粉末作为Pickering乳液法的稳定粒子，采用微/纳米生物活性玻璃的水性悬液作为水相，采用聚合物的有机溶液作为油相，将水相和油相混合，在搅拌下形成水包油乳液；在水包油乳液中，微/纳米生物活性玻璃存在水相与油相液滴的界面上，不断搅拌使油相中的有机溶剂挥发以使聚合物微球固化，生物活性玻璃粉末在微球固化过程中会留在微球表面，于是形成了表面具有微/纳米生物活性玻璃的聚合物微球。
优选地，所述步骤(1)中，所述具有生物相容性的聚合物材料聚合物材料为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚羟基乙酸(PGA)或聚己内酯(PCL)。
进一步地，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)的分子量为Mw＝30～150kDa；所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物中，乳酸单体的比例为50％～85％。
进一步地，所述聚左旋乳酸的分子量为Mw＝30～150kDa。
进一步地，所述聚羟基乙酸的分子量为Mw＝30～180kDa。
进一步地，所述聚己内酯的分子量为Mw＝50～150kDa。
优选地，步骤(1)中，所述挥发性有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
更进一步地，步骤(1)中，若采用PLGA作为所述聚合物，所述PLGA与有机溶剂的质量体积比为1：5～1：25g/ml；若采用PLLA作为所述聚合物，所述PLLA与有机溶剂的质量体积比为1：5～1：25g/ml；若采用PGA作为所述聚合物，所述PGA与有机溶剂的质量体积比为1：5～1：25g/ml；若采用PCL作为所述聚合物，所述PCL与有机溶剂的质量体积比为1：10～1：20g/ml。
进一步地，步骤(2)中，所述微/纳米生物活性玻璃为SiO2-CaO-P2O5体系或Na2O-SiO2-CaO-P2O5体系的生物活性玻璃。
进一步地，步骤(2)中，所述微/纳米生物活性玻璃包含平均粒径为纳米级和微米级的生物活性玻璃，优选为100nm～10μm。
进一步地，步骤(2)中，所述微/纳米生物活性玻璃悬液中，微/纳米生物活性玻璃的质量分数是0.1wt％～2wt％。
进一步地，步骤(2)中，所述超声时间为30min，搅拌的转速为250rpm，搅拌时间为30min。
进一步地，步骤(3)中，所述聚合物油相溶液与微/纳米生物活性玻璃悬液的体积比为1：3～1：100。
进一步地，步骤(4)中，所述持续搅拌的转速为200～500rpm，时间为2～24h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：本发明制备的聚合物微球表面含有微/纳米生物活性玻璃成分，生物活性玻璃具有良好的生物活性、生物相容性何骨修复特性，且不会对人体产生不良反应；与传统PVA乳液法制备的聚合物微球对比，本发明制备的聚合物微球在模拟体液SBF溶液中具有更好的矿化效果，尤其适用于人体组织修复中。
附图说明
图1是实施例1的平均粒径为756nm的生物活性玻璃粒径分布数据图；
图2是实施例1的平均粒径为756nm的生物活性玻璃电镜图；
图3是实施例2的平均粒径为374nm的生物活性玻璃粒径分布数据图；
图4是实施例2的平均粒径为374nm的生物活性玻璃电镜图；
图5是实施例3的平均粒径为2.097μm的生物活性玻璃粒径分布数据图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PLGA(LA/GA＝75/25,Mw＝100kDa)加入到5ml三氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLGA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为756nm的58s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到198ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为1wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液150ml，在转速为350rpm的搅拌条件下，将5ml PLGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液6h，挥发除去有机溶剂三氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLGA微球，收集固化的PLGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例2
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.2g PLGA(LA/GA＝50/50,Mw＝150kDa)加入到5ml三氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLGA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为374nm的77s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到98ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为2wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液15ml，在转速为200rpm的搅拌条件下，将5mlPLGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液2h，挥发除去有机溶剂三氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLGA微球，收集固化的PLGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例3
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PLGA(LA/GA＝85/15,Mw＝30kDa)加入到2.5ml三氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLGA的油相溶液；
(2)将0.3g平均粒径为2.097μm的45S5(成分为Na2O-SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到299.7ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使微米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为0.3wt％的微米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液250ml，在转速为500rpm的搅拌条件下，将2.5ml PLGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液24h，挥发除去有机溶剂三氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLGA微球，收集固化的PLGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例4
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PLLA(Mw＝100kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLLA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为2.097μm的58s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到198ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为1wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液150ml，在转速为350rpm的搅拌条件下，将5ml PLLA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液6h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLLA微球，收集固化的PLLA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例5
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.2g PLLA(Mw＝150kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLLA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为100nm的77s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到98ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为2wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液15ml，在转速为200rpm的搅拌条件下，将5mlPLLA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液2h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLLA微球，收集固化的PLLA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例6
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PLLA(Mw＝30kDa)加入到2.5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PLLA的油相溶液；
(2)将0.3g平均粒径为10μm的45S5(成分为Na2O-SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到299.7ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使微米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为0.3wt％的微米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液250ml，在转速为500rpm的搅拌条件下，将2.5ml PLLA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液24h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PLLA微球，收集固化的PLLA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例7
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PGA(Mw＝100kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PGA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为374nm的58s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到198ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为1wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液150ml，在转速为350rpm的搅拌条件下，将5ml PGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液6h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PGA微球，收集固化的PGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例8
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.2g PGA(Mw＝180kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PGA的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为100nm的77s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到98ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为2wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液15ml，在转速为200rpm的搅拌条件下，将5mlPGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液2h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PGA微球，收集固化的PGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例9
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PGA(Mw＝30kDa)加入到2.5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PGA的油相溶液；
(2)将0.3g平均粒径为10μm的45S5(成分为Na2O-SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到299.7ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使微米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为0.3wt％的微米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液250ml，在转速为500rpm的搅拌条件下，将2.5ml PGA油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液24h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PGA微球，收集固化的PGA微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例10
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.3g PCL(Mw＝100kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PCL的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为756nm的58s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到198ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为1wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液150ml，在转速为350rpm的搅拌条件下，将5ml PCL油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液6h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PCL微球，收集固化的PCL微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例11
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.25g PCL(Mw＝150kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PCL的油相溶液；
(2)将2g平均粒径为100nm的77s(成分为SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到98ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使纳米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为2wt％的纳米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液15ml，在转速为200rpm的搅拌条件下，将5mlPCL油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液2h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PCL微球，收集固化的PCL微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。
实施例12
一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，包括如下步骤：
(1)称取0.5g PCL(Mw＝50kDa)加入到5ml二氯甲烷有机溶剂中，在300rpm转速下搅拌30min溶解，得到PCL的油相溶液；
(2)将0.3g平均粒径为10μm的45S5(成分为Na2O-SiO2-CaO-P2O5体系)生物活性玻璃加入到299.7ml去离子水中，超声30min，在250rpm条件下搅拌30min，使微米生物活性玻璃均匀分散在去离子水中，制成质量分数为0.3wt％的微米生物活性玻璃悬液；
(3)取步骤(2)中的生物活性玻璃悬液250ml，在转速为500rpm的搅拌条件下，将2.5ml PCL油相溶液逐滴注射进生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌单乳液24h，挥发除去有机溶剂二氯甲烷，得到表面含有生物活性玻璃成分的PCL微球，收集固化的PCL微球，用去离子水洗涤3遍后，冷冻干燥。

Claims (3)

1.一种以微纳米生物活性玻璃作为 Pickering 乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将具有生物相容性的聚合物材料用挥发性有机溶剂溶解，搅拌均匀后得到聚合物油相溶液；
(2)将微纳米生物活性玻璃加入去离子水中，超声并搅拌均匀，得到微纳米生物活性玻璃悬液；所述超声时间为30min，搅拌的转速为250rpm，搅拌时间为30min；
(3)将步骤(1)所得的聚合物油相溶液分散到步骤(2)所得的微纳米生物活性玻璃悬液中，得到水包油的单乳液；
(4)持续搅拌步骤(3)所得的水包油的单乳液，挥发除去聚合物油相溶液中的有机溶剂，得到固化的聚合物微球；然后用去离子水洗涤，干燥，得到表面含有微纳米生物活性玻璃的聚合物微球；步骤(4)中，所述持续搅拌的转速为 200～500rpm，时间为2～24h；
步骤(1)中，所述具有生物相容性的聚合物材料与有机溶剂的质量体积比为1：5～1：25g/ml；
步骤(2)中，所述微纳米生物活性玻璃为SiO2-CaO-P2O5体系的生物活性玻璃，所述微纳米生物活性玻璃的平均粒径为756nm；所述微纳米生物活性玻璃为58s的生物活性玻璃；
步骤(2)中，所述微纳米生物活性玻璃悬液中，微纳米生物活性玻璃的质量分数是0.1wt％～2wt％；
步骤(3)中，所述聚合物油相溶液与微纳米生物活性玻璃悬液的体积比为1︰3～1︰100。
2.根据权利要求 1 所述的一种以微纳米生物活性玻璃作为Pickering乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述具有生物相容性的聚合物材料为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚羟基乙酸(PGA)或聚己内酯 (PCL)。
3.根据权利要求 1 所述的一种以微纳米生物活性玻璃作为 Pickering 乳液稳定粒子制备聚合物微球的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述挥发性有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
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