CN107551328A - 一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗菌和免疫调节植入材料技术领域，尤其涉及一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括静电纺丝法制备医用级聚己内酯膜，在膜上涂覆磷酸钙涂层，再通过溶剂蒸发技术将抗生素阿奇霉素固定在膜中，得到负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。该方法制备的膜可用于局部和受控部位的药物递送，解决了引导骨再生期间感染的临床问题，并规避了与阿奇霉素全身施用相关的限制，在生物医药尤其骨科领域有着广泛的应用前景。

Description

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜 的制备方法

技术领域

本发明涉及抗菌和免疫调节植入材料技术领域，尤其涉及一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法。

背景技术

引导骨再生(GBR)是广泛用于恢复骨缺损的技术。GBR技术涉及到一种阻隔性膜的外科应用，GBR膜必须满足几个标准，如生物相容性，空间维持能力，以及不仅在组织再生时间段而且在伤口成熟和重塑过程的整个持续时间内阻隔性能的保留。除了这些物理标准，生物活性被认为是GBR膜的期望特征，以引发和增强骨形成。GBR技术就是利用阻隔膜对受损区域提供空间维护和选择性再增殖的外科手术，其防止结缔组织的浸润，为骨缺损的骨原性细胞重建创造空间，以促进骨再生。虽然这种技术在再生骨中有效，然而，在许多情况下，由于膜早期暴露于外部微环境并导致愈合组织受到污染，细菌浸润频繁发生，阻碍了再生，损害了再生结果。本地药物递送方法是改善临床结果的固有的合理的方法，其中 GBR膜装载抗生素可以预防或抑制伤口愈合早期的细菌污染。

阿奇霉素是大环内酯抗生素，其对支原体、衣原体的控制在大环内酯类抗生素中是最强的，广泛用于治疗各种感染。除抗菌性能外，阿奇霉素还具有免疫调节和抗炎特性，这些优良的性能引起了临床和科学界的广泛关注。然而，阿奇霉素的临床应用受到其低水溶性的低生物利用率(37％)以及其全身副作用(如腹泻，腹痛和其他胃肠道症状)的限制。

因此，本领域需要开发一种具有抗菌和免疫调节功能的膜，从而解决引导骨再生期间感染的临床挑战，并规避与药物全身施用相关的限制。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，用于局部和受控的药物递送，从而解决了GBR 期间感染的临床挑战，并规避了与阿奇霉素全身施用相关的限制。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步。

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s1，将有机高分子聚己内酯溶解在有机混合液中，室温搅拌2-5小时，配置成浓度为10-30％(w/v)的溶液；

s2，将s1的溶液装入注射器中，以5-20KV的电压、1-4mL/h的推进速度、 10-30cm的条件进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集，得到医药级聚己内酯膜，所述注射器的针管外径为0.7-1.2mm；

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s3，表面活化：将医药级聚己内酯膜浸入乙醇中，真空放置10-30min，然后取出医药级聚己内酯膜放入新制备且预热的氢氧化钠溶液，真空处理2-10min， 37℃下处理10-40min，最后采用超纯水冲洗至pH为7，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5mol/L；

s4，仿生矿化：将碳酸氢钠加入至模拟体液中搅拌，采用0.2-0.45μm过滤器过滤，得到浸泡体液，然后将s3的医药级聚己内酯膜放入浸泡体液中，真空处理5-15min，再37℃下间隔搅拌20-40min；最后在37℃条件下间接搅拌浸泡 20-40min，在超纯水中冲洗2-6次；所述间隔时间为10min；

s5，后处理：将s4制得的膜片浸泡在37℃下的0.2-0.8mol/L NaOH中 20-40min，然后取出膜片冲洗至去清洗液的pH值为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s6，将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜放入埃普多夫管中，在膜表面滴加阿奇霉素的乙醇溶液，并在室温下轻微搅拌，温育6-12h；

s7，将s6中的薄膜放入通风橱中直至乙醇完全蒸发，然后采用蒸馏水轻轻洗涤2-5次，然后干燥并-20℃储存，得到负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

作为优选，所述有机高分子聚己内酯的重均分子量为5-20万。

作为优选，所述有机混合液采用氯仿和二甲基甲酰胺的混合液或丙酮和二甲基甲酰胺的混合液。

作为优选，所述有机高分子聚己内酯的浓度是15-30％(W/V)。

作为优选，所述s3中的氢氧化钠溶液浓度高于s5中的氢氧化钠溶液。

作为优选，所述阿奇霉素的重量与乙醇中的体积的比为(0.1-1.0):10，其中重量(W)以单位毫克(mg)计，体积(V)以单位微升(μL)计。

作为改进，所述阿奇霉素的重量与乙醇中的体积的比为(0.5-0.8):10。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

本发明制备的静电纺丝膜用于局部和受控的药物递送，从而解决了GBR期间感染的临床挑战，并规避了与阿奇霉素全身施用相关的限制。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步详细的说明，但并非是对本发明的进一步限定。

实施例1

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将5g聚己内酯(Mw＝8万)溶解在氯仿和二甲基甲酰胺的混合液中(氯仿和二甲基甲酰胺的体积比为9/1)，室温搅拌4小时，配制成浓度为25％(w/v) 的溶液。将聚合物溶液装入5mL注射器中，注射器的针管外径为0.80mm，在电压9KV，推进速度2mL/h，接收距离20cm的条件下进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集器，收集器大小为25cm×25cm²，得到医用级聚己内酯膜。

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

表面活化：将膜片浸入100％乙醇中，在真空下放置15min。然后将样品从乙醇中取出并置于新制备的预热(37℃)2mol/L的NaOH溶液中，真空处理5min，再将样品置于37℃下30min。将膜用超纯水冲洗5次，检查最后一次冲洗溶液的 pH值以确认其为7；

仿生矿化：在模拟体液(SBF)中加入NaHCO₃，轻轻搅拌，将溶液的pH调节至等于6。然后使用0.2μm过滤器过滤该溶液。将表面活化后的膜置于该过滤液上，真空处理5min，此后，将样品置于37℃下30min，并将样品每10min轻轻摇动。最后一步(真空处理除外)再重复一次。再将样品在超纯水中冲洗两次；

后处理：将仿生矿化后的膜片浸泡在37℃下的0.2-0.8mol/L NaOH中 20-40min，然后取出膜片冲洗至去清洗液的pH值为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜(6mm直径，0.5mm厚)放在2mL埃普多夫管(平底)上，将5mg阿奇霉素溶解在100μL乙醇中形成均一溶液，再将溶液滴入管中膜上，在室温下轻微搅拌并温育8h。将样品放在通风橱下直至乙醇完全蒸发，将膜用蒸馏水轻轻洗涤3次，然后干燥并-20℃储存，得到负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

实施例2

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将10g聚己内酯(Mw＝15万)溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合液中(丙酮和二甲基甲酰胺的体积比为9/1)，室温搅拌5小时，配制成浓度为20％(w/v) 的溶液。将聚合物溶液装入5mL注射器中，注射器的针管外径为1.00mm，在电压15KV，推进速度3mL/h，接收距离25cm的条件下进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集器，收集器大小为15cm×15cm²，得到医用级聚己内酯膜。

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

表面活化：将膜片浸入100％乙醇中，在真空下放置20min。然后将样品从乙醇中取出并置于新制备的预热(37℃)3mol/L的NaOH溶液中，真空处理8min，再将样品置于37℃下35min。将膜用超纯水冲洗6次，检查最后一次冲洗溶液的 pH值以确认其约为7；

仿生矿化：在模拟体液(SBF)中加入NaHCO₃，轻轻搅拌，将溶液的pH调节至等于6。然后使用0.2μm过滤器过滤该溶液。将第一步所得的mPCL膜置于该过滤液上，真空处理10min，此后，将样品置于37℃下35min，并将样品每10min 轻轻摇动。最后一步(真空处理除外)再重复一次。再将样品在超纯水中冲洗三次；

后处理：将仿生矿化后的膜片浸泡在37℃下浸入0.6mol/L NaOH中35min。将样品膜用蒸馏水冲洗6次，最终清洗液的pH值约为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜(6mm直径，0.5mm厚)放在2mL埃普多夫管(平底)上，将7mg阿奇霉素溶解在100μL乙醇中形成均一溶液，再将溶液滴入管中膜上，在室温下轻微搅拌并温育10h。将样品放在通风橱下直至乙醇完全蒸发，将膜用蒸馏水轻轻洗涤4次，然后干燥并-20℃储存。

实施例3

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将10g聚己内酯(Mw＝5万)溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合液中(丙酮和二甲基甲酰胺的体积比为9/1)，室温搅拌5小时，配制成浓度为20％(w/v) 的溶液。将聚合物溶液装入5mL注射器中，注射器的针管外径为0.70mm，在电压5KV，推进速度1mL/h，接收距离10cm的条件下进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集器，收集器大小为10cm×10cm²，得到医用级聚己内酯膜。

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

表面活化：将膜片浸入100％乙醇中，在真空下放置10min。然后将样品从乙醇中取出并置于新制备的预热(37℃)1mol/L的NaOH溶液中，真空处理2min，再将样品置于37℃下10min。将膜用超纯水冲洗3次，检查最后一次冲洗溶液的 pH值以确认其约为7；

仿生矿化：在模拟体液(SBF)中加入NaHCO₃，轻轻搅拌，将溶液的pH调节至等于6。然后使用0.2μm过滤器过滤该溶液。将第一步所得的mPCL膜置于该过滤液上，真空处理5min，此后，将样品置于37℃下20min，并将样品每10min 轻轻摇动。最后一步(真空处理除外)再重复一次。再将样品在超纯水中冲洗两次；

后处理：将仿生矿化后的膜片浸泡在37℃下浸入0.2mol/L NaOH中20min。将样品膜用蒸馏水冲洗3次，最终清洗液的pH值约为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜(6mm直径，0.5mm厚)放在2mL埃普多夫管(平底)上，将1mg阿奇霉素溶解在100μL乙醇中形成均一溶液，再将溶液滴入管中膜上，在室温下轻微搅拌并温育6h。将样品放在通风橱下直至乙醇完全蒸发，将膜用蒸馏水轻轻洗涤2次，然后干燥并-20℃储存。

实施例4

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将10g聚己内酯(Mw＝20万)溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合液中(丙酮和二甲基甲酰胺的体积比为9/1)，室温搅拌5小时，配制成浓度为30％(w/v) 的溶液。将聚合物溶液装入5mL注射器中，注射器的针管外径为1.20mm，在电压20KV，推进速度4mL/h，接收距离25cm的条件下进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集器，收集器大小为30cm×30cm²，得到医用级聚己内酯膜。

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

表面活化：将膜片浸入100％乙醇中，在真空下放置30min。然后将样品从乙醇中取出并置于新制备的预热(37℃)5mol/L的NaOH溶液中，真空处理10min，再将样品置于37℃下40min。将膜用超纯水冲洗6次，检查最后一次冲洗溶液的pH值以确认其约为7；

仿生矿化：在模拟体液(SBF)中加入NaHCO₃，轻轻搅拌，将溶液的pH调节至等于6。然后使用0.45μm过滤器过滤该溶液。将第一步所得的mPCL膜置于该过滤液上，真空处理15min，此后，将样品置于37℃下40min，并将样品每 10min轻轻摇动。最后一步(真空处理除外)再重复一次。再将样品在超纯水中冲洗六次；

后处理：将仿生矿化后的膜片浸泡在37℃下浸入0.8mol/L NaOH中40min。将样品膜用蒸馏水冲洗6次，最终清洗液的pH值约为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜(6mm直径，0.5mm厚)放在2mL埃普多夫管(平底)上，将10mg阿奇霉素溶解在100μL乙醇中形成均一溶液，再将溶液滴入管中膜上，在室温下轻微搅拌并温育12h。将样品放在通风橱下直至乙醇完全蒸发，将膜用蒸馏水轻轻洗涤5次，然后干燥并-20℃储存。

实施例5

一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步

所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将10g聚己内酯(Mw＝12万)溶解在丙酮和二甲基甲酰胺的混合液中(丙酮和二甲基甲酰胺的体积比为9/1)，室温搅拌3小时，配制成浓度为20％(w/v) 的溶液。将聚合物溶液装入5mL注射器中，注射器的针管外径为0.90mm，在电压12KV，推进速度2mL/h，接收距离20cm的条件下进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集器，收集器大小为10cm×10cm²，得到医用级聚己内酯膜。

所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

表面活化：将膜片浸入100％乙醇中，在真空下放置20min。然后将样品从乙醇中取出并置于新制备的预热(37℃)3mol/L的NaOH溶液中，真空处理6min，再将样品置于37℃下25min。将膜用超纯水冲洗5次，检查最后一次冲洗溶液的 pH值以确认其约为7；

仿生矿化：在模拟体液(SBF)中加入NaHCO₃，轻轻搅拌，将溶液的pH调节至等于6。然后使用0.35μm过滤器过滤该溶液。将第一步所得的mPCL膜置于该过滤液上，真空处理10min，此后，将样品置于37℃下30min，并将样品每 10min轻轻摇动。最后一步(真空处理除外)再重复一次。再将样品在超纯水中冲洗三次；

后处理：将仿生矿化后的膜片浸泡在37℃下浸入0.6mol/L NaOH中35min。将样品膜用蒸馏水冲洗6次，最终清洗液的pH值约为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜(6mm直径，0.5mm厚)放在2mL埃普多夫管(平底)上，将8mg阿奇霉素溶解在100μL乙醇中形成均一溶液，再将溶液滴入管中膜上，在室温下轻微搅拌并温育10h。将样品放在通风橱下直至乙醇完全蒸发，将膜用蒸馏水轻轻洗涤4次，然后干燥并-20℃储存。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：该制备方法包括医用级聚己内酯膜的制备，含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备，其中所述磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备主要包括表面活化、仿生矿化和后处理这三步。

2.根据权利要求1所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s1，将有机高分子聚己内酯溶解在有机混合液中，室温搅拌2-5小时，配置成浓度为10-30％(w/v)的溶液；

s2，将s1的溶液装入注射器中，以5-20KV的电压、1-4mL/h的推进速度、10-30cm的条件进行静电纺丝，采用铝箔覆盖的平板收集，得到医药级聚己内酯膜，所述注射器的针管外径为0.7-1.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述含有磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s3，表面活化：将医药级聚己内酯膜浸入乙醇中，真空放置10-30min，然后取出医药级聚己内酯膜放入新制备且预热的氢氧化钠溶液，真空处理2-10min，37℃下处理10-40min，最后采用超纯水冲洗至pH为7，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5mol/L；

s4，仿生矿化：将碳酸氢钠加入至模拟体液中搅拌，采用0.2-0.45μm过滤器过滤，得到浸泡体液，然后将s3的医药级聚己内酯膜放入浸泡体液中，真空处理5-15min，再37℃下间隔搅拌20-40min；最后在37℃条件下间接搅拌浸泡20-40min，在超纯水中冲洗2-6次；所述间隔时间为10min；

s5，后处理：将s4制得的膜片浸泡在37℃下的0.2-0.8mol/L NaOH中20-40min，然后取出膜片冲洗至去清洗液的pH值为7，得到磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

4.根据权利要求1所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜的制备如下所述：

s6，将磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜放入埃普多夫管中，在膜表面滴加阿奇霉素的乙醇溶液，并在室温下轻微搅拌，温育6-12h；

s7，将s6中的薄膜放入通风橱中直至乙醇完全蒸发，然后采用蒸馏水轻轻洗涤2-5次，然后干燥并-20℃储存，得到负载阿奇霉素磷酸钙涂层的医用级聚己内酯膜。

5.根据权利要求2所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述有机高分子聚己内酯的重均分子量为5-20万。

6.根据权利要求2所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述有机混合液采用氯仿和二甲基甲酰胺的混合液或丙酮和二甲基甲酰胺的混合液。

7.根据权利要求2所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述有机高分子聚己内酯的浓度是15-30％(W/V)。

8.根据权利要求3所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述s3中的氢氧化钠溶液浓度高于s5中的氢氧化钠溶液。

9.根据权利要求4所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述阿奇霉素的重量与乙醇中的体积的比为(0.1-1.0):10，其中重量以单位毫克(mg)计，体积以单位微升(μL)计。

10.根据权利要求9所述的一种用于骨再生的抗菌和免疫调节的表面功能化静电纺丝膜的制备方法，其特征在于：所述阿奇霉素的重量与乙醇中的体积的比为(0.5-0.8):10。