本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法。

背景技術(shù)：

由于多種原因造成的骨缺損在臨床上十分常見(jiàn)，而大面積的骨修復(fù)和負(fù)重骨修復(fù)是臨床治療經(jīng)常面對(duì)的問(wèn)題。醫(yī)用金屬材料是主要的負(fù)重骨修復(fù)材料，它是一類用作生物材料的金屬或合金，醫(yī)用金屬材料是一類生物惰性材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)，然而醫(yī)用金屬材料的生物活性是其使用中的一個(gè)有待提高的性能指標(biāo)。

人類已進(jìn)入對(duì)生物體用高需求的時(shí)代，亟待開(kāi)發(fā)出更多適用于植入部位的活性生物材料。目前生物醫(yī)用材料正在向多種材料復(fù)合、性能互補(bǔ)的方向發(fā)展。表面改性技術(shù)在生物材料的應(yīng)用有效提高了醫(yī)用金屬材料的表面質(zhì)量，改善了植入物的植入效果。因此，利用表面改性來(lái)提高醫(yī)用金屬材料的性能將會(huì)是今后醫(yī)用金屬材料的發(fā)展趨勢(shì)。

一直以來(lái)，醫(yī)用金屬植入支架的骨誘導(dǎo)能力不足是現(xiàn)階段臨床亟待解決的問(wèn)題之一。目前，解決此問(wèn)題的研究主要集中在賦予植入支架表面一層具有骨誘導(dǎo)能力的藥物緩釋涂層，如載有藥物降解多糖涂層，其藥物隨著多糖降解而釋放出來(lái)。但是，這種傳統(tǒng)的藥物釋放體系存在很多局限性，如對(duì)釋放藥物劑量的無(wú)法精確控制，且藥物在體內(nèi)容易失去活性。

與傳統(tǒng)藥物釋放體系相比，通過(guò)外部刺激響應(yīng)(如光、電、磁等)來(lái)控制藥物在特定時(shí)間、特定位置釋放出預(yù)先設(shè)置的特定劑量藥物分子，采用藥物的定時(shí)、定點(diǎn)、定量控制釋放，已經(jīng)成為組織工程和藥物釋放發(fā)展的新潮流。目前大多數(shù)釋藥系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)釋放，嚴(yán)格說(shuō)是一種藥物緩釋系統(tǒng)而并不是真正意義上的藥物控釋系統(tǒng)，藥物緩釋系統(tǒng)一般不能實(shí)現(xiàn)劑量的變化，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的控制。

此外需要指出的是，藥物治療雖然是組織修復(fù)中不可缺少的一部分，但是藥物的副作用也是一個(gè)值得擔(dān)心的問(wèn)題。比如抗癌藥物不僅能殺死癌癥細(xì)胞，同時(shí)也可能對(duì)腫瘤周圍正常細(xì)胞造成傷害，以及抗藥性。單一的物理治療(如電治療)可以避免藥物副作用的影響，但是其治療效果較緩慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)用金屬材料表面改性，在其表面制備一層功能性導(dǎo)電藥物微囊，所述復(fù)合微囊不僅能通過(guò)電信號(hào)控制藥物釋放并且通過(guò)電信號(hào)可直接調(diào)控干細(xì)胞分化。在同一治療條件下，將藥物刺激與物理刺激相互協(xié)同，既減小了對(duì)藥物的依賴及其副作用，也有效地加快了骨修復(fù)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法，包括以下步驟：

a、在醫(yī)用金屬材料表面形成微球模板陣列備用；

b、將多巴胺單體、導(dǎo)電高分子單體、和帶負(fù)電的藥物配制形成電解液，所述多巴胺單體的濃度為1～20mmol/l，所述導(dǎo)電高分子單體濃度為0.1～0.5mol/l，所述帶負(fù)電的藥物的濃度為1～10mmol/l；

c、將步驟b中的電解液接入三電極電化學(xué)系統(tǒng)中，所述工作電極、參比電極與對(duì)電極構(gòu)成電流回路，其中，以具有微球模板的醫(yī)用金屬材料為工作電極，在醫(yī)用金屬材料上沉積得到多巴胺、導(dǎo)電高分子和藥物復(fù)合包裹的微球模板；

d、將步驟c得到的醫(yī)用金屬材料浸泡于有機(jī)溶劑中，待醫(yī)用金屬材料表面的微球全部溶解后，制得表面微囊包被的醫(yī)用金屬材料，所述微囊是由多巴胺、導(dǎo)電高分子和藥物復(fù)合形成的。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述步驟a具體為：將醫(yī)用金屬材料依次用丙酮和蒸餾水超聲清洗后，在醫(yī)用金屬材料表面滴加微球溶液，干燥后制得表面形成微球模板陣列的醫(yī)用金屬材料。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述步驟c中以具有微球模板的醫(yī)用金屬材料為工作電極，將工作電極與電化學(xué)工作站連接，在電壓范圍為0.8～2v的氧化條件下沉積0.5～2小時(shí)，制得多巴胺、導(dǎo)電高分子和藥物復(fù)合涂層包裹的微球模板。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的微球?yàn)榫郾揭蚁┪⑶蚧蚨趸栉⑶颉?/p>

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的導(dǎo)電高分子單體為吡咯、苯胺、乙炔和噻吩中的任一種。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的帶有負(fù)電的藥物為青霉 素、硝苯地平、地塞米松、二甲雙弧鹽酸鹽和異煙肼中的任一種。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的醫(yī)用金屬材料為鈦、鈦合金、鈷合金、鎳合金、不銹鋼和鎂合金中的任一種。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的對(duì)電極為鈦、鈦合金、鈷合金、鎳合金、不銹鋼和鉑中的任一種。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的參比電極為飽和甘汞電極、氫電極、ag/agcl電極和hg/hgo電極中任一種。

本發(fā)明所述復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料的制備方法中，所述的有機(jī)溶劑為四氫呋喃、甲苯、氯仿、二氯甲烷、醋丁酯和乙苯中任一種。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明在醫(yī)用金屬表面制備出的復(fù)合微囊在結(jié)構(gòu)方面具有微米多孔結(jié)構(gòu)，不僅能提高藥物的負(fù)載量而且能為體內(nèi)細(xì)胞提高類似于細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境，有利于細(xì)胞增殖和分化。

2.本發(fā)明以多巴胺為藥物載體，在電化學(xué)氧化條件下與藥物同時(shí)摻雜到導(dǎo)電高分子主鏈中形成復(fù)合微囊附著于醫(yī)用金屬材料表面；多巴胺(da)因其結(jié)構(gòu)兼具黏附蛋白中的主要成分l-3,4-二羥苯丙氨酸(dopa)和少量的賴氨酸殘基，被證明具有超強(qiáng)的黏附性能，并且多巴胺含有大量活性官能團(tuán)在作藥物載體的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)良好附著于微球模板表面。同時(shí)，多巴胺(da)形成聚多巴胺(pda)過(guò)程簡(jiǎn)單，多巴胺在水溶液中很容易被溶解氧所氧化繼而引發(fā)自聚-交聯(lián)反應(yīng)，在幾乎任何一種固體材料表面可以形成緊密附著的聚多巴胺復(fù)合層；聚多巴胺(pda)具有良好的生物相容性，可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)用金屬材料表面改性，提高材料表面親水性，從而有利于細(xì)胞的黏附，可以提高對(duì)骨細(xì)胞的生物相容性；聚多巴胺(pda)表面含有大量?jī)翰璺雍桶被然钚曰鶊F(tuán)，也有利于藥物的固定；此外，聚多巴胺(pda)對(duì)于鈣離子有較強(qiáng)的作用力可以實(shí)現(xiàn)材料表面的鈣化，從而促進(jìn)骨修復(fù)治療。

3.本發(fā)明在醫(yī)用金屬表面制備出的復(fù)合微囊具有電刺激響應(yīng)能力；由于本發(fā)明中采用的導(dǎo)電高分子具有氧化還原特性，以聚吡咯為例：聚吡咯為具有碳碳單鍵和碳碳雙鍵交替排列的共軛結(jié)構(gòu)的五元雜環(huán)分子，共軛高分子具有較強(qiáng)的導(dǎo)電傾向，因此對(duì)外部電信號(hào)有著較良的響應(yīng)；本發(fā)明采用吡咯單體通過(guò)電化學(xué)聚合方式制備聚吡咯，通過(guò)制備參數(shù)的調(diào)整可以制備出結(jié)構(gòu)、性能不同的功能聚吡咯材料。根據(jù)聚吡咯的氧化還原特性：在電化學(xué)氧化條件下，聚吡咯主鏈帶正電需要帶負(fù)電的藥物分子摻雜中和其電性；而在電化學(xué)還原條件下，聚吡咯主鏈不帶電，所以帶負(fù)電的藥物分子就會(huì)釋放出來(lái)。因此，可以通過(guò)控制還原電壓的大 小來(lái)精確控制藥物釋放的劑量。

4.本發(fā)明在醫(yī)用金屬表面制備出的復(fù)合微囊因含有導(dǎo)電高分子而具有導(dǎo)電性，當(dāng)對(duì)微囊施加電壓時(shí)，電信號(hào)可以通過(guò)微囊傳遞到粘附在微囊上的細(xì)胞，最后通過(guò)電信號(hào)調(diào)控細(xì)胞分化，達(dá)到與藥物治療協(xié)同作用進(jìn)一步提高治療效果。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)用金屬材料表面改性，提高醫(yī)用金屬材料的生物相容性，尤其克服了現(xiàn)有醫(yī)用金屬植入支架存在的骨誘導(dǎo)能力不足，從而提高了醫(yī)用金屬材料的性能。

2.本發(fā)明提供了一種新的釋藥系統(tǒng)達(dá)到控制藥物釋放、提高藥物利用率、減小機(jī)體長(zhǎng)期處于高藥物濃度引發(fā)的耐藥性；本發(fā)明制備出的復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料在治療過(guò)程中利用導(dǎo)電高分子的氧化還原特性可實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)電壓達(dá)到控制藥物釋放的目的。

3.本發(fā)明制備出的復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料在同一治療條件下將藥物刺激與物理刺激相互協(xié)同，既減小了對(duì)藥物的依賴及其副作用，也發(fā)揮了物理治療的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，從而有效地加快了骨修復(fù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備方法的步驟a中醫(yī)用金屬材料表面的微球模板陣列掃描電鏡示意圖。

圖2為本發(fā)明制備方法的步驟c制得的多巴胺、導(dǎo)電高分子和藥物形成的復(fù)合微囊包被的微球模板掃描電鏡示意圖。

圖3為本發(fā)明制備方法的步驟d中利用有機(jī)溶劑除去微球模板后得到多巴胺、導(dǎo)電高分子和藥物形成的復(fù)合微囊包被醫(yī)用金屬材料表面的掃描電鏡示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述：

實(shí)施例1：

一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法，其具體步驟如下：

a、將醫(yī)用鈦經(jīng)過(guò)清洗后，在其表面滴加聚苯乙烯微球溶液，干燥后在醫(yī)用金屬材料表面形成聚苯乙烯微球模板，將通過(guò)上述方式制得的醫(yī)用鈦備用；

b、將多巴胺單體、吡咯單體、和地塞米松配置成電解液：先將多巴胺單體與地塞米松混合，待其充分反應(yīng)后，再加入吡咯單體。所述電解液中，多巴胺單體為1mmol/l，吡咯單 體0.1mol/l，地塞米松的濃度為1mmol/l。

c、將b步的電解液放入三電極電化學(xué)系統(tǒng)電解槽中：具有聚苯乙烯微球模板的醫(yī)用鈦為工作電極，鉑金板為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極。在電壓為0.8v的氧化條件下沉積0.5小時(shí)，在醫(yī)用鈦表面得到由多巴胺、聚吡咯和地塞米松復(fù)合包裹的聚苯乙烯微球模板。

d、將c步沉積后得到醫(yī)用鈦浸泡于四氫呋喃中，待其表面聚苯乙烯微球全部溶解后得到表面由多巴胺、聚吡咯和地塞米松形成復(fù)合微囊的醫(yī)用鈦。

實(shí)施例2：

一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法，其具體步驟如下：

a、將醫(yī)用鈦合金經(jīng)過(guò)清洗后，在其表面滴加聚苯乙烯微球溶液，干燥后在醫(yī)用金屬材料表面形成聚苯乙烯微球模板，將通過(guò)上述方式制得的醫(yī)用鈦合金備用；

b、將多巴胺單體、噻吩單體、和硫酸軟骨素配置成電解液：先將多巴胺單體與硫酸軟骨素混合，待其充分反應(yīng)后，再加入噻吩單體。所述電解液中，多巴胺單體濃度為20mmol/l、噻吩的濃度為0.5mol/l，地塞米松的濃度為10mmol/l。

c、將b步的電解液放入三電極電化學(xué)系統(tǒng)電解槽中：具有聚苯乙烯微球模板的醫(yī)用鈦合金為工作電極，鉑金板為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極。在電壓為2v的氧化條件下沉積2小時(shí)，在醫(yī)用鈦合金表面得到由多巴胺、聚噻吩和硫酸軟骨素復(fù)合包裹的聚苯乙烯微球模板。

d、將c步沉積后得到醫(yī)用鈦合金浸泡于二氯甲烷中，待其表面聚苯乙烯微球全部溶解后得到表面由多巴胺、聚噻吩和硫酸軟骨素形成復(fù)合微囊的醫(yī)用鈦合金。

實(shí)施例:3：

一種在醫(yī)用金屬表面制備具有電刺激響應(yīng)復(fù)合微囊的方法，其具體步驟如下：

a、將醫(yī)用不銹鋼經(jīng)過(guò)清洗后，在其表面滴加聚苯乙烯微球溶液，干燥后在醫(yī)用不銹鋼表面形成聚苯乙烯微球模板，將通過(guò)上述方式制得的醫(yī)用不銹鋼備用；

b、將多巴胺單體、乙炔單體、和青霉素配置成電解液：先將多巴胺單體與青霉素混合，待其充分反應(yīng)后，再加入乙炔單體。所述電解液中，多巴胺單體濃度為10mmol/l，乙炔單體的濃度為0.3mol/l，青霉素的濃度為5mmol/l。

c、將b步的電解液放入三電極電化學(xué)系統(tǒng)電解槽中：具有聚苯乙烯微球模板的醫(yī)用不銹鋼為工作電極，鉑金板為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極。在電壓為1.5v的氧化條件下 沉積1小時(shí)，在醫(yī)用不銹鋼表面得到由多巴胺、聚乙炔和青霉素復(fù)合包裹的聚苯乙烯微球模板。

d、將c步沉積后得到醫(yī)用不銹鋼浸泡于甲苯中，待其表面聚苯乙烯微球全部溶解后得到表面由多巴胺、聚乙炔和青霉素形成復(fù)合微囊的醫(yī)用不銹鋼。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的導(dǎo)電高分子單體由吡咯換成苯胺。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的導(dǎo)電高分子單體由吡咯換成乙炔。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的導(dǎo)電高分子單體由吡咯換成噻吩。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的醫(yī)用金屬材料由醫(yī)用鈦換成醫(yī)用鈦合金。

實(shí)施例8：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的醫(yī)用金屬材料由醫(yī)用鈦換成醫(yī)用不銹鋼。

實(shí)施例9：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的醫(yī)用金屬材料由醫(yī)用鈦換成醫(yī)用鎂合金。

實(shí)施例10：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的帶負(fù)電的藥物由地塞米松換成青霉素。

實(shí)施例11：

本實(shí)施例的操作與實(shí)施例1基本相同，只是將實(shí)例1中所使用的帶負(fù)電的藥物由地塞米 松換成硫酸軟骨素。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。