本發(fā)明涉及一種基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種以磷酸鈣骨水泥為基質(zhì)，同時(shí)復(fù)合介孔二氧化硅包覆金納米棒治療試劑的新型納米骨修復(fù)材料。本發(fā)明屬于生物醫(yī)用無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
應(yīng)用骨組織和人工骨材料在骨折的修復(fù)和骨骼的重建方面已經(jīng)取得了明顯的療效，其臨床應(yīng)用也在不斷增加。特別是腫瘤轉(zhuǎn)移至骨缺損的情況下，要求在修復(fù)骨缺損的同時(shí)，又要預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)及促進(jìn)骨修復(fù)。因此，通過熱療輔助骨腫瘤術(shù)后治療及保持局部組織中有效的藥物濃度是確保組織正常修復(fù)的必要條件。所以尋找一種既可填充骨缺損又能將熱療和藥物載入其中，使之在局部進(jìn)行熱療及緩慢釋放藥物的生物材料是許多科研和臨床工作者追求的目標(biāo)。
臨床研究表明,熱療-化療的聯(lián)合治療可以明顯增強(qiáng)抗腫瘤療效,主要由于熱療在殺死癌細(xì)胞的同時(shí),有助于化療藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞和增加化療藥物的細(xì)胞毒性。因此，開發(fā)新型多功能納米材料, 將治療藥物載體和熱療試劑整合在同一種材料上也是目前研發(fā)的熱點(diǎn)。 其中, 介孔二氧化硅包覆金納米棒作為一種新型的納米材料, 同時(shí)具有介孔二氧化硅和金納米棒的優(yōu)勢, 是一種理想化的載體:介孔二氧化硅（MS）因其獨(dú)特的介孔結(jié)構(gòu)，使其孔道具有高效負(fù)載藥物的功能，在藥物載體的研發(fā)中被廣泛使用; 金納米棒（AuNRs）具有獨(dú)特的表面等離子吸收特征和熒光特性，其對特定波長光的散射和吸收使其可以作為優(yōu)良的成像造影劑和光熱轉(zhuǎn)換劑, 在生物醫(yī)學(xué)方面具有很大的應(yīng)用前景。綜上所述，本發(fā)明制備了以磷酸鈣骨水泥為基質(zhì)，同時(shí)復(fù)合介孔二氧化硅包覆金納米棒治療試劑的新型納米骨修復(fù)材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料及其制備方法和應(yīng)用。該發(fā)明以磷酸鈣骨水泥為基質(zhì)，同時(shí)復(fù)合介孔二氧化硅包覆金納米棒治療試劑。該介孔二氧化硅利用自身孔道能高效負(fù)載腫瘤治療藥物，而包覆的金納米棒具有獨(dú)特的光學(xué)特性,可用于光熱治療。該新型骨修復(fù)材料不僅具有傳統(tǒng)的修復(fù)骨缺損的功能，還具有化療和熱療治療的作用，從而預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)及促進(jìn)骨修復(fù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
（1）β-TCP的制備
以摩爾比2：1 準(zhǔn)確稱取分析純二水磷酸氫鈣和碳酸鈣, 按質(zhì)量比1：1. 5 加入蒸餾水, 以400r/ m 的轉(zhuǎn)速球磨4h, 于80℃干燥。將干燥粉末加熱至1100℃ , 保溫6 h 后隨爐冷卻。按質(zhì)量比1：1. 5 加入無水乙醇, 以400r/ m 的轉(zhuǎn)速球磨4h，旋蒸去除無水乙醇，于80℃干燥后以備用；
（2）骨水泥固化液的制備
稱取0.2g明膠、0.2g磷酸化殼聚糖，溶解于19.6g 20wt%檸檬酸水溶液中，制備得到濃度為20wt%檸檬酸、1wt%明膠、1wt%磷酸化殼聚糖的骨水泥固化液；
（3）載藥介孔二氧化硅包裹金納米棒的制備
首先, 將7.5 mL 0.1 mol/ L 的CTAB 與250 μL 10mmol/ L HAuCl4混合, 加水至總體積為9.4 mL，然后在上述溶液中加入0.6 mL 冰浴后的NaBH4水溶液0.01 mol/ L，攪拌2分鐘后25度靜置2小時(shí)形成納米金種子，向反應(yīng)容器中依次加入100 mL 0.1 mol/ L CTAB, 5 mL 0.01 mol/ L HAuCl4, 0.8 mL 10 mmol/ L AgNO3, 2 mL 0.5 mol/ L H2SO4以及800μL 0.1 mol/ L 抗壞血酸，攪拌2分鐘，制成金納米棒的生長液，在生長溶液中加入240μL 上述納米金種子，攪拌2分鐘后28度靜置3小時(shí)，得到充分生長的金納米棒，將制備所得的金納米棒用Milli-Q水進(jìn)行離心清洗，每管40 mL, 轉(zhuǎn)速9500 r/ min, 25 min, 然后重新分散在20ml的水中，在攪拌條件下用200μL 0.1 mol/ L NaOH 溶液調(diào)節(jié)金納米棒水溶液至pH 10.0，再以一定速度加入180μL 20%TEOS/甲醇溶液后, 在40度條件下溫和反應(yīng)24小時(shí), 即得到介孔二氧化硅包覆的金納米棒, 記為AuNR@ SiO2；最后，將10 mg AuNR@ SiO2 在腫瘤治療藥物溶液(4 mL, 1 mg/ mL)中浸泡24 h，藥物溶液， mL, 1 mg/ mL， 納米粒子通過離心、再分散的方式反復(fù)清洗以除去未裝載的藥物分子, 即得到負(fù)載腫瘤治療藥物的AuNR@ SiO2，記為Drug-AuNR@ SiO2；
（4）基于納米載體的化療-熱療型骨水泥的制備
取β-TCP和一水合磷酸二氫鈣混合，研磨均勻，制成骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體；再將Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒加入到所制骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體研磨均勻，得到基于納米載體的化療-熱療型骨水泥固相，將固化液加入到的該骨水泥固相粉體中，調(diào)拌均勻，并置于37℃100%濕度環(huán)境中固化。
所述的Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒與骨水泥基質(zhì)粉體按質(zhì)量比為1:5-1:20進(jìn)行混合制得化療-熱療型骨水泥固相。
所述的腫瘤治療藥物為阿霉素、甲氨喋呤、異環(huán)磷酰胺、環(huán)磷酰胺、三苯氧胺、地塞米松及甲羥孕酮酯中的一種。
所述的化療-熱療型骨水泥固相粉體與固化液之比為2.2 g/ml -3.3g/ml。
一種基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料，其特征在于，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。
一種基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料在骨修復(fù)的應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明以磷酸鈣骨水泥為基質(zhì)，同時(shí)復(fù)合載藥介孔二氧化硅包覆金納米棒治療試劑。該骨修復(fù)材料具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，所用原料生物安全性高，部分已是商業(yè)化產(chǎn)品。
本發(fā)明制備的基于納米載體的化療-熱療型骨修復(fù)材料在修復(fù)骨缺損的同時(shí)又可以通過熱療輔助骨腫瘤術(shù)后治療及保持局部組織中有效的藥物濃度，從而可以起到預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)及促進(jìn)骨修復(fù)的效果。
具體實(shí)施方式
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下的實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
1.β-TCP的制備
實(shí)驗(yàn)中以摩爾比2：1 準(zhǔn)確稱取分析純二水磷酸氫鈣和碳酸鈣, 按質(zhì)量比1：1. 5 加入蒸餾水, 以400r/ m 的轉(zhuǎn)速球磨4h, 于80 ℃干燥。將干燥粉末加熱至1100℃ , 保溫6 h 后隨爐冷卻。按質(zhì)量比1：1. 5 加入無水乙醇, 以400r/ m 的轉(zhuǎn)速球磨4h，旋蒸去除無水乙醇，于80 ℃干燥后以備用。
2.骨水泥固化液的制備
稱取0.2g明膠、0.2g磷酸化殼聚糖，溶解于19.6g 20wt%檸檬酸水溶液中，制備得到濃度為20wt%檸檬酸、1wt%明膠、1wt%磷酸化殼聚糖的骨水泥固化液。
3.載藥介孔二氧化硅包裹金納米棒的制備。
首先, 將7.5 mL 0.1 mol/ L 的CTAB 與250 μL 10mmol/ L HAuCl4混合, 加水至總體積為9.4 mL。然后在上述溶液中加入0.6 mL 冰浴后的NaBH4水溶液(0.01 mol/ L)，攪拌2分鐘后25度靜置2小時(shí)形成納米金種子。向反應(yīng)容器中依次加入100 mL 0.1 mol/ L CTAB, 5 mL 0.01 mol/ L HAuCl4, 0.8 mL 10 mmol/ L AgNO3, 2 mL 0.5 mol/ L H2SO4以及800μL 0.1 mol/ L 抗壞血酸，攪拌2分鐘，制成金納米棒的生長液。在生長溶液中加入240μL 上述納米金種子，攪拌2分鐘后28度靜置3小時(shí)，得到充分生長的金納米棒。將制備所得的金納米棒用Milli-Q水進(jìn)行離心清洗(每管40 mL, 轉(zhuǎn)速9500 r/ min, 25 min)后, 然后重新分散在20ml的水中。在攪拌條件下用200μL 0.1 mol/ L NaOH 溶液調(diào)節(jié)金納米棒水溶液至pH 10.0左右。再以一定速度加入180μL 20%TEOS/甲醇溶液后, 在40度條件下溫和反應(yīng)24小時(shí), 即得到介孔二氧化硅包覆的金納米棒, 記為AuNR@ SiO2。最后，將10 mg AuNR@ SiO2 在腫瘤治療藥物溶液(4 mL, 1 mg/ mL)中浸泡24 h。 納米粒子通過離心、再分散的方式反復(fù)清洗以除去未裝載的藥物分子, 即得到負(fù)載腫瘤治療藥物的AuNR@ SiO2，記為Drug-AuNR@ SiO2。
4.基于納米載體的化療-熱療型骨水泥的制備
取β-TCP和一水合磷酸二氫鈣混合，研磨均勻，制成骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體；再將Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒與所制骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體按質(zhì)量比為1:5的比例混合，研磨均勻，得到基于納米載體的化療-熱療型骨水泥固相，將固化液加入到的該骨水泥固相粉體中，調(diào)拌均勻，并置于37℃100%濕度環(huán)境中固化。
骨水泥的初凝時(shí)間為10min，終凝時(shí)間為32min；抗壓強(qiáng)度為17Mpa；可注射系數(shù)為65%。
實(shí)施例2
步驟1、2、3同實(shí)施例1
4.基于納米載體的化療-熱療型骨水泥的制備
取β-TCP和一水合磷酸二氫鈣混合，研磨均勻，制成骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體；再將Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒與所制骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體按質(zhì)量比為1:10的比例混合，研磨均勻，得到基于納米載體的化療-熱療型骨水泥固相，將固化液加入到的該骨水泥固相粉體中，調(diào)拌均勻，并置于37℃100%濕度環(huán)境中固化。
骨水泥的初凝時(shí)間為7min，終凝時(shí)間為25min；抗壓強(qiáng)度為25Mpa；可注射系數(shù)為78%。
實(shí)施例3
步驟1、2、3同實(shí)施例1
4.基于納米載體的化療-熱療型骨水泥的制備
取β-TCP和一水合磷酸二氫鈣混合，研磨均勻，制成骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體；再將Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒與所制骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體按質(zhì)量比為1:15的比例混合，研磨均勻，得到基于納米載體的化療-熱療型骨水泥固相，將固化液加入到的該骨水泥固相粉體中，調(diào)拌均勻，并置于37℃100%濕度環(huán)境中固化。
骨水泥的初凝時(shí)間為5min，終凝時(shí)間為27min；抗壓強(qiáng)度為34Mpa；可注射系數(shù)為80%。
實(shí)施例4
步驟1、2、3同實(shí)施例1
4.基于納米載體的化療-熱療型骨水泥的制備
取β-TCP和一水合磷酸二氫鈣混合，研磨均勻，制成骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體；再將Drug-AuNR@ SiO2納米顆粒與所制骨水泥基質(zhì)復(fù)合粉體按質(zhì)量比為1:20的比例混合，研磨均勻，得到基于納米載體的化療-熱療型骨水泥固相，將固化液加入到的該骨水泥固相粉體中，調(diào)拌均勻，并置于37℃100%濕度環(huán)境中固化。
骨水泥的初凝時(shí)間為3min，終凝時(shí)間為20min；抗壓強(qiáng)度為33Mpa；可注射系數(shù)為85%。