一种具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层及其制备方法与应用。所述涂层包括在基材表面构建的纳米管载药体系以及在纳米管表面原位聚合形成由氧化还原响应官能团修饰的聚多巴胺构成的并使得至少部分纳米管管口被全部或部分包封的三维网状结构纳米复合涂层。结构纳米复合涂层。结构纳米复合涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种具有良好生物抗氧化功能的氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层及其制备方法与应用，属于生物医用


技术介绍

[0002]随着人口老龄化进程的加速，以及交通事故、疾病、自然灾害等造成的骨损伤事故的增多，人工植入材料的需求量日益增加。传统促进植入体周围骨组织修复的解决办法是口服或者静脉注射相应的药物，但此法会对人体正常的组织器官造成严重损伤。而局部给药可避免上述副作用的同时，为骨组织修复营造一个较好的再生微环境。
[0003]传统的药物释放，仅仅将药物以简单的范德华力或者共价键的形式结合在材料上，其主要的弊端是药物释放的速度非常快，无法满足长期释药的需求，而且大量药物进入人体后，会对周围的正常细胞造成严重损伤。与正常生理状态的骨缺损患者相比，患有系统性疾病(如糖尿病、高血压、骨质疏松等)的骨折或骨缺损患者体内，活性氧簇(主要包括过氧化氢分子、超氧根离子和羟基自由基)水平较高，导致机体氧化能力超过抗氧化能力，易在骨植入材料周围引发组织的氧化应激损伤，抑制成骨细胞活性，严重影响了术后骨组织的修复。因此，结合患者体内活性氧水平高的特点及其特殊的病理微环境，开发具有氧化还原响应型药物释放功能，同时具良好生物抗氧化性能的骨植入材料，对于促进氧化应激下骨修复并改善骨质量具有重要临床意义。
[0004]多巴胺因具有邻苯二酚基团和氨基官能团的类贻贝分泌粘附蛋白的特殊结构，水溶液中，能进行自发的氧化聚合-交联反应，可以在几乎任何一种固体材料表面都能形成紧密附着的复合层，具有良好的生物相容性，有利于成骨细胞在其表面粘附增殖。除此之外，其表面富含-NH2基团，还能够进行二次反应，将功能分子引入材料表面，以实现材料表面的进一步功能化。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中所存在的缺陷，本专利技术提供了一种具有氧化还原响应型生物释药功能且具生物抗氧化性能良好的生物涂层材料及其制备方法与应用。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层。所述涂层包括在基材表面构建的纳米管载药体系以及在纳米管表面原位聚合形成由氧化还原响应官能团修饰的聚多巴胺构成的并使得至少部分纳米管管口被全部或部分包封的三维网状结构纳米复合涂层。
[0007]所述氧化还原响应官能团修饰的聚多巴胺为修饰甲酸二茂铁和β-CD@CeO2纳米颗粒(贝塔-环糊精和CeO2组成的复合纳米颗粒)的聚多巴胺。该“β-CD@CeO2纳米颗粒”也可以称为“β-CD功能化的纳米CeO2颗粒”。
[0008]所述生物涂层，可有效避免药物暴释，提高基体(也可以称为“植入体”或“植入体
材料”)的智能化和响应性，同时赋予涂层良好的生物抗氧化性能。与直接在材料表面装载药物相比，在活性氧水平比较高的情况下，聚多巴胺分子链上甲酸二茂铁官能团的疏水端被氧化为亲水端，二茂铁官能团带正电，由于分子链之间的存在较大的静电排斥作用，三维网络结构舒张，包封的管口被打开，所述涂层能根据周围氧化应激水平释放药物，有效避免药物暴释，避免材料周围局部药物浓度过高对正常组织造成损伤。另外，涂层具有良好的生物相容性和生物抗氧化性，能有效促进氧化应激环境中的骨组织修复，是一种潜在的生物医用材料，可用于硬组织修复与替换生物材料的研究与开发。
[0009]上述涂层中，β-CD@CeO2纳米颗粒和甲酸二茂铁共同组成氧化还原的响应开关。涂层中的纳米CeO2颗粒可用于消除过多的活性氧。甲酸二茂铁的疏水端和β-CD的疏水内腔可以通过主-客作用识别相结合，具有氧化还原响应作用的开关作用。活性氧水平升高时，甲酸二茂铁上的二价亚铁离子被迅速氧化为带正电的三价铁鎓离子，疏水端变为亲水端，由于分子链之间的静电排斥作用，三维网络结构舒张，并伴随管内药物(或纳米酶)和纳米CeO2颗粒的释放，所述涂层能根据植入体周围氧化应激水平的高低释放促进骨组织修复的药物(或纳米酶)，有效避免药物(或纳米酶)暴释的同时，具有良好的生物抗氧化性。
[0010]本专利技术中的CeO2纳米颗粒应理解为氧化铈纳米颗粒。在部分实施方式中，该CeO2纳米颗粒也可以称为“CeO
2-x
纳米颗粒”。该CeO2纳米颗粒(CeO
2-x
纳米颗粒)中三价铈离子和四价铈离子共存。经对Ce 3d轨道的精细谱图进行拟合分析可知，Ce
3+
的含量约为35％～39％，Ce
4+
的含量约为65％～61％，其中Ce
3+
和Ce
4+
的质量百分之和为100％。Ce
4+
的含量较多时，主要发挥过氧化氢酶模拟活性，可有效分解植入体周围过多的H2O2，降低药物的释放速率，从而达到药物缓释的目的。
[0011]较佳地，所述基材可采用包括纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合金等常用的医用金属或医用合金材料以及二氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化钽等金属氧化物材料。
[0012]较佳地，所述纳米管的长度为50～800nm，管径为20～150nm，壁厚为5～20nm。纳米管管径越大，长度越长，药物的负载量越大。
[0013]较佳地，所述纳米管为在基材表面原位生长的、作为所述药物储池的金属或金属氧化物纳米管。其开口结构垂直于基材表面，更加有利于前期药物的负载以及后期药物的响应型释放。
[0014]较佳地，所述纳米涂层的厚度为20～50nm。纳米涂层的厚度与多巴胺在材料表面自聚合的时间有关，自聚合的时间约长，涂层越厚。纳米涂层厚度低于限定厚度时，无法完全包封纳米管管口，易发生药物暴释现象，涂层高于限定厚度时，涂层的刺激响应性变差，无法及时将管内药物释放出来。
[0015]纳米管载药体系可以负载药物或者纳米酶。所述药物可以是促进骨组织修复的药物。所述促进骨组织修复的药物包括但不限于降钙素、阿仑膦酸钠、雷奈酸锶等。
[0016]第二方面，本专利技术提供了上述具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：步骤(1)，通过阳极氧化法在基材表面形成管状纳米结构；步骤(2)，通过真空负压法在步骤(1)所得纳米管状结构中负载药物或纳米酶，获得表面构建纳米管载药体系的基材；步骤(3)，将表面构建纳米管载药体系的基材置于含有多巴胺单体的缓冲溶液中，通过
氧化聚合反应获得三维网状结构纳米复合涂层。
[0017]该制备方法具有成本低、操作简单、可重复性好、应用范围广等优点。
[0018]上述缓冲溶液中多巴胺单体的浓度为1mg/mL-3mg/mL。由于游离态多巴胺不稳定且容易被氧化，可使用盐酸多巴胺替换游离多巴胺作为多巴胺单体。
[0019]较佳地，所述缓冲溶液还包括浓度为0.5～1mg/mL的甲酸二茂铁和浓度为0.5～1mg/mL的β-CD@CeO2纳米颗粒。
[0020]在可选的实施方式中，甲酸二茂铁在使用之前应对其-COOH官能团进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有氧化还原响应释药功能的生物抗氧化纳米涂层，其特征在于，所述涂层包括在基材表面构建的纳米管载药体系以及在纳米管表面原位聚合形成由氧化还原响应官能团修饰的聚多巴胺构成的并使得至少部分纳米管管口被全部或部分包封的三维网状结构纳米复合涂层。2.根据权利要求1所述的生物抗氧化纳米涂层，其特征在于，所述氧化还原响应官能团修饰的聚多巴胺为修饰甲酸二茂铁和β-CD@ CeO2纳米颗粒的聚多巴胺，其中β-CD@CeO2纳米颗粒和甲酸二茂铁共同组成氧化还原的响应开关。3.根据权利要求1或2所述的生物抗氧化纳米涂层，其特征在于，所述纳米管的长度为50 ~ 800 nm，管径为20 ~ 150 nm，壁厚为5 ~ 20 nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物抗氧化纳米涂层，其特征在于，所述纳米管为在基材表面原位生长的、作为所述药物储池的金属或金属氧化物纳米管，纳米管的开口结构垂直于基材表面。5.根据权利要求1至4中任一项所述的生物抗氧化纳米涂层，其特征在于，所述基材包括医用金属、医用合金材料或者金属氧化物材料，其中所述医用金属或医用合金材料包括纯钛、钛合金、不锈钢或钴铬钼合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恺，邵丹丹，刘诗伟，谢有桃，郑学斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：