CN109224136A - 一种涂层型硫酸钡纳米粒，制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料技术领域，公开了一种用于骨水泥显影剂的一种涂层型硫酸钡纳米粒，其主要成分为多孔硫酸钡纳米粒，在所述多孔硫酸钡纳米粒表面涂覆载有六(6‑碘‑6‑去氧)‑α‑环糊精(I‑CD)和银(Ag)的聚多巴胺(PDA)涂层，得到硫酸钡纳米粒。本发明制备得到的一种涂层型硫酸钡纳米粒，制备方法及其用途作为显影剂加入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中后，展现出优良的X‑ray显影性能，抗菌性能，生物相容性，力学性能及药物加载和释放性能，制备方法简单，可作为新型显影剂用于骨水泥中。

Description

一种涂层型硫酸钡纳米粒，制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种纳米材料技术领域，具体涉及一种用于骨水泥显影剂的多功能涂层型硫酸钡纳米粒及制备方法。

背景技术

过去的几十年中，由于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)类骨水泥具有可注射性、高强度及良好的生物相容性等特点，在骨科方面已被广泛用作假体置换及粘附材料。在关节置换手术及微创治疗过程中，暴露PMMA类骨水泥及病变部位从而在影像辅助的条件下实施手术是非常有必要的。虽然PMMA类骨水泥具有非常好的机械性能，但由于其本身含有碳，氢，氧等低电子密度的原子，从而导致PMMA类骨水泥的X射线显影性能非常差。因此，向PMMA类骨水泥中添加显影剂是非常有必要的。

目前，碘代甲基丙烯酸甲酯及聚合物，二氧化锆(ZrO₂)，硫酸钡(BaSO₄)以及氧化钨，氧化钛等都可用作PMMA骨水泥显影剂。其中，BaSO₄是一种无机盐，具有优异的稳定性及化学惰性，不仅如此，钡的原子比重很高，因此，硫酸钡是PMMA骨水泥中常用的显影剂。为了增强PMMA骨水泥的显影效果，通常会向其中加入大量的BaSO₄，因此，PMMA的力学性能以及生物相容性便会下降，还会造成感染。所以，本发明旨在发明一种既能提高PMMA骨水泥的显影效果，又能保持较高的机械强度和良好的生物相容性，同时具备一定的抗菌性能的多功能显影剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于骨水泥显影剂的涂层型硫酸钡纳米粒及制备方法。该纳米粒既能提高PMMA骨水泥的显影效果，又能保持较高的机械强度和良好的生物相容性，同时具备一定的抗菌性能和载药功能。

为达到上述目的，本发明的第一方面提供一种用于骨水泥显影剂的涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)，其主要成分为多孔硫酸钡纳米粒，在所述多孔硫酸钡纳米粒表面涂覆载有六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精(I-CD)和银(Ag)的聚多巴胺(PDA)涂层。

本发明优选技术方案中，所述涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)为多孔纳米粒，粒径150～200nm。

本发明优选技术方案中，所述涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)涂层中六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精(I-CD)及银的含量分别为1-10wt％和5-20wt％；优选地，涂层中六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精(I-CD)含量为2-3wt％，涂层中银的含量为5-10wt％。

本发明涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)，通过多巴胺辅助沉积法将I-CD和Ag引入多孔硫酸钡中，赋予多孔硫酸钡高效X-ray显影，抗菌及载药等多重功能。

本发明的第二方面提供一种涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯化钡溶液与聚乙烯醇PVA溶液混合均匀，搅拌下逐滴加入硫酸铵溶液，搅拌均匀后静置，然后离心去除上清液，清洗沉淀数次，得到硫酸钡纳米粒；

(2)将制备的硫酸钡纳米粒干燥，然后移至马弗炉中煅烧一段时间，得到多孔硫酸钡纳米粒；

(3)配制碳酸氢钠溶液，将多巴胺(DOPA)加入到所述碳酸氢钠溶液中，搅拌均匀得到A液备用；

(4)配制银氨溶液，将多孔硫酸钡纳米粒加入所述银氨溶液中，搅拌均匀得到B液备用；

(5)将六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精I-CD溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀得到C液备用；

(6)将前述的C液加入到所述A液中，在搅拌状态再加入B液，将混合溶液室温下反应一段时间，离心去除上清液，清洗沉淀数次，得到涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)。

本发明优选技术方案中，步骤(2)中，将硫酸钡纳米粒置于烘箱中70～85℃干燥。

本发明优选技术方案中，步骤(2)中，将干燥后的硫酸钡纳米粒在马弗炉中500℃～600℃下进行煅烧。

本发明优选技术方案中，步骤(1)中，氯化钡及硫酸铵摩尔比为1:1～3:1，氯化钡溶液浓度为0.5～2g/mL，硫酸铵溶液浓度为1～4g/mL。

本发明优选技术方案中，步骤(4)中，将混合溶液25℃下反应5～10小时。

本发明优选技术方案中，步骤(4)中，银氨溶液浓度为0.1-0.5M时，多孔硫酸钡纳米粒中Ag含量为5-20wt％。

本发明优选技术方案中，步骤(5)中，加入的I-CD为3.3-33mg/mL时，多孔硫酸钡纳米粒中I-CD含量为1-10wt％。

本发明中，步骤(1)中的聚乙烯醇浓度为1％～7％w/v，步骤(3)中碳酸氢钠溶液浓度为10～30mM。

本发明一技术方案中，步骤(3)中的银氨溶液浓度和步骤(4)中DOPA浓度分别为0.02～1M及2～10mg/mL，步骤(1)中，所述BaCl₂溶液及(NH₄)₂SO₄溶液体积比为2:1～6:1，步骤(4)中，在25℃条件下磁力搅拌8h。

本发明第三方面提供上述涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)的用途，用于骨水泥显影剂。

涂层型硫酸钡纳米粒在骨水泥显影剂中的添加量为0-10％wt，优选为0.01-5％wt。

一种涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)的制备方法，包括以下步骤：

(1)氯化钡溶液与聚乙烯醇PVA溶液混合均匀后，磁力搅拌下逐滴加入硫酸铵溶液，搅拌3min，然后静置5h，离心去除上清液，水洗三次，得到硫酸钡纳米粒；

(2)将制备的硫酸钡纳米粒置于烘箱中80℃干燥2h，然后移至马弗炉中600℃煅烧4h，得到多孔硫酸钡纳米粒；

(3)配制碳酸氢钠溶液和银氨溶液；

(4)将少量I-CD溶于N,N-二甲基甲酰胺中，然后添加到加有多巴胺(DOPA)的Na₂CO₃/NaHCO₃溶液中，将多孔硫酸钡纳米粒加入银氨溶液中，磁力搅拌下混合两种溶液，25℃下反应8h，然后离心去除上清液，用去离子水清洗沉淀数次，得到多孔BaSO₄@PDA/I-CD/Ag纳米粒。

本发明的优点在于：(1)本发明通过模板分子法方法制备出涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)纳米粒(图1)，该粒混入骨水泥中，并未影响PMMA的机械强度，且该粒具有较高的比表面积，利于后期的表面修饰。

(2)本发明的中，首次利用多巴胺辅助沉积法将I-CD和Ag引入多孔硫酸钡纳米粒，制备得到涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)，该纳米粒具有良好的生物相容性，碘和银的引入使X射线显影性能明显增强，优选用于PMMA骨水泥显影剂。

(3)本发明的涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)，由于Ag的引入，从而赋予粒优异的抗菌性能，混入PMMA骨水泥中后，骨水泥同时具备优异的抗菌性能，作为显影剂，具有非常好的应用前景。

(4)本发明的涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)，由于I-CD的引入，从而赋予粒优异的载药性能，作为具备显影、抗菌和载药功能的多功能骨水泥显影剂，可应用于PMMA及其它类骨水泥显影，在临床上具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的涂层型硫酸钡纳米粒的SEM图。

图2为涂层型硫酸钡纳米粒混入PMMA骨水泥中后在羊椎体中的X射线显影图。

图3A为涂层型硫酸钡纳米粒混入PMMA骨水泥中后对金黄色葡萄球菌的抗菌性能。图3B为涂层型硫酸钡纳米粒混入PMMA骨水泥中后对大肠杆菌的抗菌性能。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行更详细地说明。

实施例1：

1.将5.2g BaCl₂溶于50mL去离子水中，然后与50mL含有3wt％聚乙烯醇的水溶液混合，强烈磁力搅拌下逐滴加入25mL含3.3g(NH₄)₂SO₄的水溶液，滴加完全后继续搅拌3min，然后室温静置5h，离心得到BaSO₄沉淀，用去离子水清洗三遍，80℃下干燥2h，将BaSO4沉淀置于马弗炉中600℃煅烧4h，得到多孔硫酸钡纳米粒。

2.配制10mM Na₂CO₃/NaHCO₃溶液及0.2M银氨溶液。

3.将100mg I-CD溶于1mL N,N-二甲基甲酰胺中，然后添加到150mL含有300mgDOPA,pH＝5，浓度为10mmoL/L的Na₂CO₃/NaHCO₃溶液中，将3g BaSO₄加入150mL 0.2M的银氨溶液中，磁力搅拌下混合两种溶液，25℃下反应8h，然后离心去除上清液，用去离子水清洗沉淀数次，得到多功能涂层型硫酸钡纳米粒，粒形貌见说明书附图1。

实施例2：

1.将5.2g BaCl₂溶于25mL去离子水中，然后与25mL含有1wt％聚乙烯醇的水溶液混合，强烈磁力搅拌下逐滴加入25mL含3.3g(NH₄)₂SO₄的水溶液，滴加完全后继续搅拌3min，然后室温静置5h，离心得到BaSO₄沉淀，用去离子水清洗三遍，80℃下干燥2h，将BaSO₄沉淀置于马弗炉中600℃煅烧4h，得到多孔硫酸钡纳米粒。

2.配制20mM Na₂CO₃/NaHCO₃溶液及0.4M银氨溶液。

3.将200mg I-CD溶于1mL N,N-二甲基甲酰胺中，然后添加到150mL含有450mgDOPA,pH＝5，浓度为20mmoL/L的Na₂CO₃/NaHCO₃溶液中，将3g BaSO₄加入150mL 0.4M的银氨溶液中，磁力搅拌下混合两种溶液，25℃下反应8h，然后离心去除上清液，用去离子水清洗沉淀数次，得到多功能涂层型硫酸钡纳米粒。将该粒混入PMMA骨水泥后，具有良好的X射线显影效果。(图2)

实施例3：

1.将20.8g BaCl2溶于50mL去离子水中，然后与50mL含有7wt％聚乙烯醇的水溶液混合，强烈磁力搅拌下逐滴加入25mL含13.2g(NH₄)₂SO₄的水溶液，滴加完全后继续搅拌3min，然后室温静置5h，离心得到BaSO₄沉淀，用去离子水清洗三遍，80℃下干燥2h，将BaSO₄沉淀置于马弗炉中600℃煅烧4h，得到多孔硫酸钡纳米粒。

2.配制30mM Na₂CO₃/NaHCO₃溶液及1M银氨溶液。

3.将500mg I-CD溶于2mL N,N-二甲基甲酰胺中，然后添加到150mL含有1.5gDOPA,pH＝5，浓度为30mmoL/L的Na₂CO₃/NaHCO₃溶液中，将9g BaSO₄加入150mL 1M的银氨溶液中，磁力搅拌下混合两种溶液，25℃下反应8h，然后离心去除上清液，用去离子水清洗沉淀数次，得到涂层型硫酸钡纳米粒(BaSO₄@PDA/I-CD/Ag)。该粒具有良好的抗菌性能，见图3A，3B。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。以上显影剂不仅可应用于PMMA骨水泥，同样适用于其它类需要添加显影剂的骨水泥，本专利以PMMA骨水泥为例进行了显影性能的表征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种涂层型硫酸钡纳米粒，其特征在于，其主要成分为多孔硫酸钡纳米粒，在所述多孔硫酸钡纳米粒表面涂覆载有六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精和银的聚多巴胺涂层。

2.根据权利要求1所述的涂层型硫酸钡纳米粒，其特征在于，所述涂层型硫酸钡纳米粒为多孔纳米粒，粒径为150-200nm。

3.根据权利要求1所述的涂层型硫酸钡纳米粒，其特征在于，所述涂层型硫酸钡纳米粒涂层中六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精的质量百分含量为1-10wt％，银的质量百分含量为5-20wt％。

4.制备如权利要求1-3任一项所述的涂层型硫酸钡纳米粒的方法，包括以下步骤：

(1)将氯化钡溶液与聚乙烯醇PVA溶液混合均匀，搅拌下逐滴加入硫酸铵溶液，搅拌均匀后静置，然后离心去除上清液，清洗沉淀数次，得到硫酸钡纳米粒；

(2)将制备的硫酸钡纳米粒干燥，然后移至马弗炉中煅烧一段时间，得到多孔硫酸钡纳米粒；

(3)配制碳酸氢钠溶液，将多巴胺加入到所述碳酸氢钠溶液中，搅拌均匀得到A液备用；

(4)配制银氨溶液，将多孔硫酸钡纳米粒加入所述银氨溶液中，搅拌均匀得到B液备用；

(5)将六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀得到C液备用；

(6)将前述的C液加入到所述A液中，在搅拌状态再加入B液，将混合溶液室温下反应一段时间，离心去除上清液，清洗沉淀数次，得到涂层型硫酸钡纳米粒。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将硫酸钡纳米粒置于烘箱中70～85℃干燥。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将干燥后的硫酸钡纳米粒在马弗炉中500℃～600℃下进行煅烧。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，加入的六(6-碘-6-去氧)-α-环糊精为3.3-33mg/mL。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，银氨溶液浓度为0.1-0.5M。

9.权利要求1-3所述的涂层型硫酸钡纳米粒的用途，用于骨水泥显影剂。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述涂层型硫酸钡纳米粒在骨水泥显影剂中的添加量为0-10％wt。