放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其中，采用放射性同位素對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，所述放射性同位素為31Si、32P、45Ca中的任意一種或幾種的組合。該放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，能有效地對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，可定量和直觀的檢測(cè)介孔生物玻璃多孔支架的體內(nèi)降解情況，可以用于生物玻璃支架的體內(nèi)吸收和生物分布的研究。
【專利說明】放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種介孔生物玻璃多孔支架，尤其涉及一種放射性同位素標(biāo)記的介孔 生物玻璃多孔支架。

【背景技術(shù)】
[0002] 生物玻璃能實(shí)現(xiàn)特定的生物、生理功能的玻璃，具有良好的生物相容性、生物 降解性和力學(xué)性能。1971年Hench等利用熔融法首先制備具有骨修復(fù)性能的生物玻璃 (bioactive glass,BG)材料以來，經(jīng)過30多年的研究與發(fā)展，生物玻璃已被應(yīng)用于骨組織 置換、骨缺損修復(fù)、骨充填材料和生物涂層等領(lǐng)域。
[0003] 但研究發(fā)現(xiàn)致密型生物玻璃存在降解速度慢、生物活性不足、不利于成骨等問題。 于是，人們?cè)噲D通過設(shè)計(jì)多孔支架并在生物玻璃中引入介孔結(jié)構(gòu)以提高生物玻璃的生物活 性和降解性能?；诮榭捉Y(jié)構(gòu)的生物玻璃多孔支架即介孔生物玻璃多孔支架具有高的比 表面積和可調(diào)節(jié)的介孔通道，其在生物礦化和藥物載體等方面具有重要的應(yīng)用潛能。例如 CN102188749A公開了一種具有介孔生物玻璃涂層的三維多孔支架，通過介孔生物玻璃涂層 引入到三維聚合物支架的大孔表面，有效地增加支架的親水性能，改善支架的細(xì)胞親和性 及力學(xué)性能，并且同時(shí)具備有效擔(dān)載與傳輸抗炎藥物的功能，實(shí)現(xiàn)支架與藥物載體的雙效 作用。又如CN102190428A公開了一種有序介孔微球藥物載體，運(yùn)用乳液技術(shù)，制備含有氧 化物CaO、Si0 2和P205的油包乙醇-水乳液，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，陳化后煅燒除去模板 劑得到具有生物活性的介孔微球。制得的介孔玻璃微球具有可控的規(guī)則外形，一定的孔道 有序性，額可以調(diào)節(jié)的孔徑和比表面積，表面可以進(jìn)行化學(xué)改性，提高藥物裝載量，達(dá)到更 好的藥物緩釋效果。
[0004] 然而，有關(guān)介孔生物玻璃多孔支架在體內(nèi)的降解特性、代謝轉(zhuǎn)歸、以及對(duì)機(jī)體局部 和全身組織器官的影響等一系列問題目前尚不清楚。要回答這些問題，首先必須解決支架 進(jìn)入生物體內(nèi)發(fā)生降解以及降解產(chǎn)物的示蹤問題，而示蹤的前提則需確定該介孔生物玻璃 多孔支架能否被有效的標(biāo)記？標(biāo)記物是否適合支架的降解時(shí)間？標(biāo)記物本身的穩(wěn)定性如 何？等等，迄今為止，還沒有一種標(biāo)記介孔生物玻璃多孔支架的有效方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多 孔支架，能有效地對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，可定量和直觀的檢測(cè)介孔生物玻璃 多孔支架的體內(nèi)降解情況。
[0006] 本發(fā)明提供了一種放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其中，采用放射 性同位素對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，所述放射性同位素為 31Si、32P、45Ca中的任意 一種或幾種的組合。
[0007] 優(yōu)選地，所述放射性同位素為45Ca。
[0008] 優(yōu)選地，所述的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的組成成份包括CaO、 Si0jPP205，其中，Ca、Si 和 P 的摩爾比為（1-30) : (50-100) : (1-10)。
[0009] 優(yōu)選地，Ca、Si和P的摩爾比為15 : 80 : 2. 5。
[0010] 其中，放射性同位素45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的平均放射強(qiáng)度為 185kBq。 toon] 優(yōu)選地，所述介孔生物玻璃多孔支架具有介孔結(jié)構(gòu)及大孔通聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選地，所述大孔通聯(lián)結(jié)構(gòu)中的大孔孔徑為200-500 μ m。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種上述放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的制備方 法，包括以下步驟：
[0014] 步驟1，制備前驅(qū)體溶膠液：將硅源、鈣源、磷源和表面活性劑溶解在溶劑中， 酸性條件下攪拌8-48小時(shí)，其中，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為 (1-30) : (50-100) : (1-10)，所述表面活性劑與鈣源的質(zhì)量比為（0.5-4) : (0.2-1.4)， 所述溶劑與鈣源的質(zhì)量比為30 : (0.2-1. 4)，其中：
[0015] 所述硅源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的硅源，和/或
[0016] 所述鈣源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的鈣源，和/或
[0017] 所述磷源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的磷源；
[0018] 步驟2,將支架模板浸入到步驟1制得的前驅(qū)體溶膠液中，然后取出干燥，重復(fù)操 作；
[0019] 步驟3,將步驟2處理后的支架模板500-900° C溫度下燒結(jié)3-12小時(shí)，得到所述 放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架。
[0020] 優(yōu)選地，所述硅源為正硅酸酯類。
[0021] 優(yōu)選地，所述硅源選自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和正硅酸丙酯中的至少一種；
[0022] 優(yōu)選地，所述鈣源為無機(jī)鈣。
[0023] 優(yōu)選地，所述鈣源選自硝酸鈣、醋酸鈣和其水合物中的至少一種。
[0024] 優(yōu)選地，所述磷源為有機(jī)磷酸酯類。
[0025] 優(yōu)選地，所述磷源選自磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少一種。
[0026] 優(yōu)選地，所述表面活性劑為嵌段共聚物非離子表面活性劑。
[0027] 優(yōu)選地，所述嵌段共聚物非離子表面活性劑選自P123、P105、P104、P103、P85、P84、 P75、P65、P38、F127、F108、F98、F88、F87、F77、F68、F38、L122、L121、L101、L92、L81、L72、 L65、L64、L63、L62、L61、L44、L43、L42、L35、L31 和 FC-4 中的至少一種；；
[0028] 更優(yōu)選地，所述硅源為正硅酸乙酯（TEP)，所述鈣源為四水合硝酸鈣，所述磷源為 磷酸三乙酯（TE0S)，所述嵌段共聚物非離子表面活性劑為P123。
[0029] 優(yōu)選地，所述放射性同位素為31Si、32P或45Ca。
[0030] 更優(yōu)選地，所述放射性同位素為45Ca。
[0031] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鈣源為四水合硝酸鈣，含有至少示蹤量的45Ca(N0 3)2 · 4H20。
[0032] 優(yōu)選地，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的氯化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)楹惺聚櫫? 45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，既得所述鈣源。
[0033] 優(yōu)選地，步驟1中，酸性條件為通過加入使用濃度為0. 05-5mmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH 值至 pH=l-6。
[0034] 優(yōu)選地，使用濃度為0· 1-lmmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至pH=2-5。
[0035] 優(yōu)選地，使用濃度為0. 5mmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至pH=3-4。
[0036] 其中，優(yōu)選地，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為15 : 80 : 5。
[0037] 優(yōu)選地，步驟2中，支架模板浸入到步驟1制得的前驅(qū)體溶膠液中至少5min。
[0038] 優(yōu)選地，步驟2中，重復(fù)操作3-20次。
[0039] 優(yōu)選地，步驟3中，燒結(jié)溫度為700° C，燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)，燒結(jié)升溫速度為5° C/ min〇
[0040] 其中，步驟1中所述溶劑可以為有機(jī)溶劑、無機(jī)溶劑或二者的混合物。
[0041] 所述無機(jī)溶劑優(yōu)選為水。
[0042] 所述有機(jī)溶劑優(yōu)選為脂肪烴、芳香烴、氯代烴、醇、酮、醛、酯、腈、羧酸、亞砜、酰胺 類溶劑。
[0043] 所述脂肪烴的例子包括：戊烷、己烷、辛烷、環(huán)己烷等。
[0044] 所述芳香烴的例子包括：苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等。
[0045] 所述氯代烴的例子包括：二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、溴仿、氯苯、二氯苯(對(duì)二氯 苯、鄰二氯苯)、四氯乙烷等。
[0046] 所述醇的例子包括：甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、丙二醇、叔丁醇、甘油、丁二 醇、戊二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等。
[0047] 所述酮的例子包括：丙酮、丁酮、甲基丁基酮、環(huán)己酮等。
[0048] 所述醛的例子包括：乙醛、丙醛、戊二醛、乙二醛等。
[0049] 所述酯的例子包括：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲酸甲 酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸戊酯等。
[0050] 所述腈的例子如：乙腈等。
[0051] 所述羧酸的例子包括：甲酸、乙酸等。
[0052] 所述亞砜的例子包括：二甲基亞砜、氯化亞砜、二苯基亞砜等。
[0053] 所述酰胺的例子包括：N，N-二甲基甲酰胺、N，N_二乙基甲酰胺等。
[0054] 優(yōu)選地，步驟1中所述溶劑包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、六氟異丙醇、丙 二醇、叔丁醇、甘油、丁二醇、戊二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等中的至 少一種。
[0055] 優(yōu)選地，步驟1中所述溶劑還包括水。
[0056] 本發(fā)明還提供了上述放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架在骨組織置換、 骨缺損修復(fù)、骨充填材料和/或生物涂層中的應(yīng)用。
[0057] 本發(fā)明提供的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，能有效地對(duì)介孔生物 玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，可定量和直觀的檢測(cè)介孔生物玻璃多孔支架的體內(nèi)降解情況，可 以用于生物玻璃支架的體內(nèi)吸收和生物分布的研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058] 圖1為實(shí)施例所得介孔生物玻璃多孔支架的小角度X射線衍射圖；
[0059] 圖2為實(shí)施例所得介孔生物玻璃多孔支架的掃描電鏡（SEM)圖；
[0060] 圖3為實(shí)施例所得介孔生物玻璃多孔支架的透射電鏡（TEM)圖；
[0061] 圖4為實(shí)施例所得45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的45Ca體外的釋放結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0062] 放射性核素標(biāo)記示蹤技術(shù)是利用放射性核素或其標(biāo)記的化合物作為示蹤劑，應(yīng)用 射線來檢測(cè)示蹤劑的分布，并結(jié)合放射自顯影、顯微鏡觀察計(jì)數(shù)、液體閃爍計(jì)數(shù)儀等進(jìn)行定 性定量觀察分析的方法，具有靈敏度高、方法簡便、定位定量準(zhǔn)確的特點(diǎn)，因此，采用放射性 核素標(biāo)記示蹤技術(shù)來標(biāo)記介孔生物玻璃多孔支架，可以為體內(nèi)支架材料的生物分布和材料 轉(zhuǎn)歸的研究提供重要的技術(shù)手段。
[0063] 介孔生物玻璃多孔支架是以Ca0-Si02-P20 5為基礎(chǔ)組成成分，體外研究證明該支架 在模擬體液中浸泡不同時(shí)間后，可檢測(cè)到大量的Ca、Si和P元素，由此表明支架的降解產(chǎn)物 主要是這三種元素，通過分別分析它們所對(duì)應(yīng)的放射性同位素標(biāo)記物后發(fā)現(xiàn)，常用31Si的 半衰期為170分鐘， 32P的半衰期為14. 3天，而45Ca的半衰期則為163天。根據(jù)介孔生物玻 璃多孔支架的體外降解時(shí)間(大約90天)，顯然最優(yōu)選地選擇 45Ca作為放射性核素對(duì)介孔生 物玻璃多孔支架進(jìn)行原位標(biāo)記，來達(dá)到揭示支架體內(nèi)降解特性和生物分布的預(yù)期目的。 [0064] 下面參照附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，以更好地理解本發(fā)明。
[0065] ( 1)含放射性同位素 45Ca的溶膠液制備
[0066] 首先利用硝酸鈉，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的氯化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)楹惺聚?量 45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，使四水合硝酸鈣的總量為 〇· 7g。然后分別加入 0· 365g TEP，3. 35g TE0S，0· 5g 的 0· 5mol/L HC1 和 2. 0g 的 P123,攪拌 溶解于30g的乙醇中（溶液中，Si、Ca和P的摩爾比為80 : 15 : 5)，室溫下攪拌一天后，得 到含放射性核素45Ca的溶膠液。
[0067] 其中，試劑四水合硝酸鈣、TE0S、TEP及P123 (MW=5800)均購于Sigma。
[0068] (2)含放射性同位素45Ca的介孔生物玻璃多孔支架制備
[0069] 用無水乙醇將直徑3mm、高3mm的小圓柱體聚氨酯海綿浸洗3次，干燥后備用。取 一定量小圓柱體聚氨酯海綿浸入到所得含放射性核素45Ca的溶膠液中，室溫下保持15分 鐘，期間不斷擠壓小圓柱體聚氨酯海綿，以確保溶膠液滲透到整個(gè)海綿結(jié)構(gòu)中；取出小圓柱 體聚氨酯海綿到玻璃皿，并將其置于通風(fēng)櫥于室溫下干燥24小時(shí)。為保證支架的孔隙開放 和涂層均勻，取出小圓柱體聚氨酯海綿到玻璃皿后，要將多余的溶膠液擠出。重復(fù)上述過程 8次。
[0070] 將上述處理后的聚氨酯海綿在空氣環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700° C，燒結(jié)時(shí) 間為6小時(shí)，燒結(jié)升溫速率為5° C min-1。冷卻后，既得帶有45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多 孔支架。
[0071] 對(duì)所得介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行X射線衍射觀察，結(jié)果如圖1所示，圖中具有明 顯的衍射峰，表明介孔生物玻璃多孔支架具有有序介孔結(jié)構(gòu)；掃描電鏡下觀察所得介孔生 物玻璃多孔支架，結(jié)果如圖2所示，可見大孔通聯(lián)結(jié)構(gòu)；透射電鏡下觀察介孔生物玻璃多孔 支架，結(jié)果如圖3所示，可見有序的納米通道結(jié)構(gòu)。
[0072] 測(cè)量45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的放射性強(qiáng)度：將45Ca標(biāo)記的介孔生物玻 璃多孔支架經(jīng)HF消化后，再用液體閃爍測(cè)量儀測(cè)量每個(gè) 45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架 的放射性量（DPM，每分鐘的放射性衰變次數(shù))，計(jì)算其平均放射性強(qiáng)度為185kBq。
[0073] 對(duì)所得45Ca標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行體外釋放實(shí)驗(yàn)：取8個(gè)所得 45Ca標(biāo) 記的介孔生物玻璃多孔支架，分別放入各個(gè)小塑料管中，再分別加入2mlSBF溶液到每個(gè)管 子中。間隔一定時(shí)間后（1、3、6、24和48小時(shí)等），取出lml溶液，0. 22um濾膜過濾，再用 lml SBF溶液洗過濾器后，合并過濾液，用液體閃爍測(cè)量儀測(cè)量所得液體的放射性量，結(jié)果 如圖4所示，45Ca在體外24天的平均累計(jì)釋放率為19. 52%。
[0074] 本實(shí)施例選用放射性同位素45Ca，它具有合適的半衰期，為163天，可以用于介孔 生物玻璃多孔支架在體內(nèi)吸收和生物分布的研究。放射性污染易于控制和處理。通過放射 性同位素 45Ca可以定量和直觀的檢測(cè)介孔生物玻璃多孔支架的體內(nèi)降解情況。利用45Ca的 特性，可以通過組織消化，用液體閃爍技術(shù)對(duì)介孔生物玻璃支架進(jìn)行體內(nèi)生物學(xué)分布研究。
[0075] 通過含有45Ca的CaCl2在合成過程中對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行直接的原位標(biāo) 記，通過這種標(biāo)記方法所得到的標(biāo)記產(chǎn)物 45Ca穩(wěn)定，可以用于介孔生物玻璃支架的體內(nèi)吸 收和生物分布的研究。
[0076] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限 制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和 替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于，采用放射性同位素 對(duì)介孔生物玻璃多孔支架進(jìn)行標(biāo)記，所述放射性同位素為 31Si、32P、45Ca中的任意一種或幾 種的組合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述放射性同位素為45Ca。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的組成成份包括CaO、Si0 2和P205，其 中，Ca、Si 和 P 的摩爾比為（1-30): (50-100): (1-10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架，其特征在于， 所述介孔生物玻璃多孔支架具有介孔結(jié)構(gòu)及大孔通聯(lián)結(jié)構(gòu)。
5. -種權(quán)利要求1所述放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架的制備方法，其特 征在于，包括以下步驟： 步驟1，制備前驅(qū)體溶膠液：將硅源、鈣源、磷源和表面活性劑溶解在溶劑中，酸性條件 下攪拌8-48小時(shí)，其中，所述硅源、鈣源和磷源中Ca、Si和P的摩爾比為（1-30): (50-100): (1-10)，所述表面活性劑與鈣源的質(zhì)量比為（0.5-4) : (0.2-1. 4)，所述溶劑與鈣源的質(zhì)量 比為 30: (0· 2-1. 4)，其中： 所述硅源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的硅源，和/或 所述鈣源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的鈣源，和/或 所述磷源中含有至少示蹤量的含放射性同位素的磷源； 步驟2,將支架模板浸入到步驟1制得的前驅(qū)體溶膠液中，然后取出干燥，重復(fù)操作； 步驟3,將步驟2處理后的支架模板500-900°C溫度下燒結(jié)3-12小時(shí)，得到所述放射性 同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述硅源為正硅酸酯類； 所述鈣源為無機(jī)鈣；所述磷源為有機(jī)磷酸酯類。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述硅源選自正硅酸乙酯、正硅酸 甲酯和正硅酸丙酯中的至少一種；所述鈣源選自硝酸鈣、醋酸鈣和其水合物中的至少一種； 所述磷源選自磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的制備方法，其特征在于，所述鈣源為四水合硝酸鈣，含 有至少示蹤量的45Ca(N0 3)2 · 4H20。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，利用硝酸鈉，把含有示蹤量45CaCl2的 氯化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)楹惺聚櫫?45Ca(N03)2 · 4H20的四水合硝酸鈣，再加入余量四水合硝酸鈣，既 得所述鈣源。
10. 權(quán)利要求1所述放射性同位素標(biāo)記的介孔生物玻璃多孔支架在骨組織置換、骨缺 損修復(fù)、骨充填材料和/或生物涂層中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】A61L27/56GK104117090SQ201310143666
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月24日
【發(fā)明者】孫皎, 隋佰延, 鐘高仁 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院