阅读说明：本技术 一种基于双层异相结构的药物缓释涂层及其制备方法和应用 (Drug sustained-release coating based on double-layer heterogeneous structure and preparation method and application thereof ) 是由 计剑 任科峰 汪璟 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于双层异相结构的药物缓释涂层的制备方法,包括：1)利用医用聚合物I和油溶性药物在基底上构建底层载药涂层；2)将医用聚合物II与水溶性聚合物溶于溶剂后喷涂于所述底层载药涂层上,再用水浸没后得到上层为多孔涂层的双层异相涂层；3)利用多孔涂层的毛细作用,将双层异相涂层通过浸没吸附的方式负载水溶性功能分子得到。本发明还公开了上述方法制得的药物缓释涂层及其在医疗领域中的应用。本发明方法简单高效,大大简化了制备步骤,制得的涂层能使生物因子能高度活性负载,从而实现了活性因子与药物的复合,进一步提高了药物的效果。(The invention discloses a preparation method of a drug sustained-release coating based on a double-layer heterogeneous structure, which comprises the following steps: 1) constructing a bottom drug-loaded coating on a substrate by using a medical polymer I and an oil-soluble drug; 2) dissolving a medical polymer II and a water-soluble polymer in a solvent, spraying the solution on the bottom drug-loaded coating, and immersing the solution in water to obtain a double-layer heterogeneous coating with a porous coating on the upper layer; 3) the double-layer heterogeneous coating is obtained by loading water-soluble functional molecules in a submerged adsorption mode by utilizing the capillary action of the porous coating. The invention also discloses a drug sustained-release coating prepared by the method and application thereof in the medical field. The method is simple and efficient, the preparation steps are greatly simplified, and the prepared coating can enable the biological factors to be loaded with high activity, so that the compounding of the active factors and the medicine is realized, and the effect of the medicine is further improved.)

一种基于双层异相结构的药物缓释涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，具体涉及一种基于双层异相结构的药物缓释涂层及其制备方法和应用。

背景技术

在生物医用材料领域，具有特定功能的涂层是赋予材料与器械多功能化的重要工具，这种功能医用涂层，不仅能改善材料与生命体的相容性，也能赋予材料与器械新的治疗功能，降低并发症的发生。例如，具有抗增生能力的药物洗脱支架与球囊系统的出现，极大地降低了传统的裸支架与裸球囊术后再狭窄的问题，显著改善了患者的术后疗效；而具有超润滑涂层修饰的医用导管能显著改善传统导管的安全性与功效。因此，功能医用涂层为传统的基于力学支撑的医用材料与器械提供了丰富的可设计性与多样的定制化应用前景，成为组合医疗产品(Combination Products)最为重要的方法之一。

随着医疗技术与医用材料的发展，近年来，越来越多的研究者们从仿生的角度出发将具有高生物活性的大分子吸附或固定于材料表面，进而极大地拓展了仿生功能医用涂层的研发。然而，到目前为止，具有生物活性的功能医用涂层在临床中的应用寥寥无几。OrbusNeich公司开发的Genous支架为代表的抗体修饰涂层是目前为数不多的生物活性涂层。但是在实际的临床对比研究中，抗体anti-CD34修饰的Genous支架相对于传统药物洗脱支架并没有展现出复合预期优越效果。事实上，具有生物活性的医用涂层在实际的应用中存在诸多的挑战：一方面，制备过程不可或缺的灭菌和储存的过程将会对生物活性分子造成不可逆的破坏，使得生物活性分子部分或者全部失效，从而大大减弱生物活性分子的作用；另一方面，传统的小分子药物在许多疾病的治疗过程中依然是不可或缺的。因此，如何在传统的医用药物缓释涂层基础上，构建生物活性分子复合的组合涂层，是进一步拓展医用涂层技术、提高材料与器械的安全性与有效性的重大挑战与机遇。而考虑到灭菌与储存的问题，如何有效去确保生物活性功能分子的活性是关键瓶颈问题。

在国外先进的组合医用产品中，以美敦力骨植入材料Infuse为代表的生物活性组合医用器械得到广泛关注。其采用的骨成型蛋白-2(BMP-2)利用术中溶解后吸附于胶原海绵块体的策略有效保障了BMP-2的生物活性。然而，这种方式与传统药物缓释涂层结合的涂层设计理念至今没有报道，能否实现术中的生物活性分子在药物缓释涂层中的负载仍亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于双层异相结构的药物缓释涂层的制备方法，通过在药物缓释涂层上构建具有相互贯穿的微米级多孔涂层，即可利用毛细作用实现水溶性功能分子的负载，从而实现了与油溶性药物的复合。

为了实现发明目的，本发明提供了一种基于双层异相结构的药物缓释涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用医用聚合物I和油溶性药物在基底上构建底层载药涂层；

(2)将医用聚合物II与水溶性聚合物溶于溶剂后喷涂于所述底层载药涂层上，再用水浸没后得到上层为多孔涂层的双层异相涂层；

(3)利用多孔涂层的毛细作用，所述双层异相涂层通过浸没吸附的方式负载水溶性功能分子得到。

本发明所述的双层异相结构的设计思想如下：涂层底层为含有油溶性小分子药物的致密医用聚合物涂层，实现了小分子药物的缓释；涂层顶层为相互贯穿的微米级多孔涂层，通过毛细吸附作用吸附水溶性功能分子，尤其是具有高生物活性但又十分脆弱的生物活性因子，从而实现水溶性功能分子与油溶性药物分子的有效复合。

上述基于双层异相结构的药物缓释涂层的制备方法包含三个步骤：底层载药涂层构建、上层微米级贯穿多孔涂层构建、水溶性功能分子负载。

(一)步骤(1)中，底层载药涂层构建：

所述底层载药涂层的构建方法具体包括：将医用聚合物I和油溶性药物溶于溶剂后喷涂于基底上得到。

所述医用聚合物I为医用级聚左旋乳酸(PLLA)、聚混消旋乳酸(PDLLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种；其数均分子量为1-30万。考虑涂层喷涂的加工性能，数均分子量优选为5-15万。

所述油溶性药物根据使用环境与功能的需要来选择，本发明强调的是异相双层结构涂层实现油溶性药物与水溶性功能分子复合的特性，并不对具体的药物进行限制。

所述油溶性药物包括但不仅限于抗增生药物(如紫杉醇及其衍生物、雷帕霉素及其衍生物等)、抗菌药物(如三氯生、庆大霉素、达托霉素或哌拉西林等)。所述油溶性药物的使用量根据实际的应用而定，通常的使用范围为1-100μg/cm²，优选为5-50μg/cm²。

所述的溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃中的一种或几种，优选为丙酮、乙酸乙酯与氯仿的一种或几种。

所述底层载药涂层的厚度为3-50μm，优选5-20μm。

(二)步骤(2)中，上层多孔涂层的构建：

所述医用聚合物II为医用级聚左旋乳酸(PLLA)、聚混消旋乳酸(PDLLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)聚氨酯(PU)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种，数均分子量为1-30万。考虑喷涂的加工性能，涂层材料数均分子量优选为5-15万。

需要指出的是，上层多孔涂层中的医用聚合物II与底层载药涂层中的医用聚合物I之间需要达到相容性匹配，从而避免两层涂层之间出现脱落现象。

所述水溶性聚合物包含聚乙二醇或聚乙烯基吡咯烷酮，数均分子量为1-20万。考虑到水溶性聚合物的水溶性与分子量密切相关，优选数均分子量为1-8万。

所述的溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃中的一种或几种，考虑到两种聚合物的共同溶解性，优选为二氯甲烷或氯仿。

所述医用聚合物II与水溶性聚合物的混合溶液中，水溶性聚合物占总聚合物质量分数的20％-80％。所述水溶性聚合物作为溶蚀相，当水溶性比例太低时，相分离得到的多孔结构均匀性较差；而当水溶性比例太高时，多孔涂层的稳定性会受到影响；因此考虑到多孔结构的均匀性与涂层的稳定性，优选后水溶性聚合物占总聚合物质量分数为40％-60％。

优选地，将医用聚合物II与水溶性聚合物溶于溶剂后利用超声雾化的方式喷涂于所述底层载药涂层上，再利用超纯水浸没溶蚀得到上层多孔涂层。所述超纯水的溶蚀时间为4-6分钟/次，溶蚀次数为2-3次。

所述上层多孔涂层的厚度为2-50μm，优选为5-20μm。

(三)步骤(3)中，利用毛细作用吸附水溶性功能分子：

所述水溶性功能分子的负载通过将双层异相涂层浸没于水溶性功能分子的水溶液中实现。所述浸没时间为1-60分钟，优选为1-20分钟；吸附完成之后，采用无菌超纯水清洗。

本发明强调的是基于多孔涂层毛细作用实现水溶性功能分子负载的特性，所述水溶性功能分子的类型与浓度根据实际的应用情况而定。

本发明还公开了上述基于双层异相结构的药物缓释涂层在医疗领域中的应用。

上述在医疗领域中的应用包括在心脑血管植入介入产品(如心血管支架、外周血管支架等)、骨科植入物(如骨钉、骨板等)、疝补片以及外科美容植入物中的应用。

根据实际应用的不同，高活性生物因子的选择大不相同，本发明不限定生物因子的种类，仅提供上述双层异相结构涂层的构建方法。所述的生物因子具体包括蛋白类功能分子、具有治疗功能的核酸分子以及具有催化活性分子释放的亲水分子等。

所述蛋白类功能分子包括人血管内皮细胞生长因子(VEGF)、人肝细胞生长因子(HGF)或骨成型蛋白-2(BMP-2)。所述具有治疗功能的核酸分子包括质粒DNA、信使RNA、短发夹RNA或MicroRNA。所述具有催化活性分子释放的亲水分子包括一氧化氮供体SNAP或***油。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明针对高活性的生物功能分子在功能医用涂层中的应用受到涂层制备、灭菌与储存等诸多过程的严重限制，通过在载药涂层上进一步构建互相贯穿的多孔涂层，实现了高生物活性生物因子的负载，从而在克服现有涂层中水溶性生物因子活性难以保存的困境，实现了生物因子与小分子药物的有效组合。

(2)本发明方法制备过程高效、简便，能实现上述基于双层异相结构的药物缓释涂层的工业化高效稳定制备。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的药物缓释涂层的显微图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1：VEGF/雷帕霉素共负载双层异相涂层

(1)雷帕霉素/PDLLA药物层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为可降解涂层材料，雷帕霉素作为抗增生药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度10μm，载药量为20μg/cm²。

(2)PDLLA多孔涂层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为涂层材料，重均分子量4万的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为溶蚀相，氯仿作为溶剂，溶蚀相的质量分数为55％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)VEGF负载：将涂层浸没于浓度为50μg/ml的VEGF无菌水溶液中，充分浸润10分钟后取出，采用无菌水清洗后得到VEGF/雷帕霉素共负载涂层，VEGF的负载量为560±40ng/cm²。

上述制得的药物缓释涂层的显微图如图1所示。

实施例2：VEGF/紫杉醇共负载支架涂层

(1)紫杉醇/PLGA药物层制备：采用数均分子量10万的PLGA(LA:GA＝75:25)作为可降解涂层材料，紫杉醇作为抗增生药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度10μm，载药量为30μg/cm²。

(2)PLGA多孔涂层制备：采用数均分子量10万的PLGA作为涂层材料，重均分子量4万的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为溶蚀相，氯仿作为溶剂，溶蚀相的质量分数为60％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)VEGF负载：将涂层浸没于浓度为100μg/ml的VEGF无菌水溶液中，充分浸润20分钟后取出，采用无菌水清洗后得到VEGF/紫杉醇共负载涂层，VEGF的负载量为860±65ng/cm²。

实施例3：HGF/佐他莫司共负载支架涂层

(1)佐他莫司/PCL药物层制备：采用数均分子量10万的PCL作为可降解涂层材料，紫杉醇作为抗增生药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度5μm,载药量为15μg/cm²。

(2)PCL多孔涂层制备：采用双键封端的数均分子量10万的PCL作为涂层材料，重均分子量1万的聚乙二醇(PEG)作为溶蚀相，溶蚀相的质量分数为50％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)HGF负载：将涂层浸没于浓度为50μg/ml的HGF无菌水溶液中，充分浸润10分钟后取出，采用无菌水清洗后得到HGF/佐他莫司共负载涂层，HGF的负载量为520±45ng/cm²。

实施例4：编码VEGF质粒DNA/佐他莫司共负载支架涂层

(1)佐他莫司/PDLLA药物层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为可降解涂层材料，佐他莫司作为抗增生药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度5μm，载药量为15μg/cm²。

(2)PDLLA多孔涂层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为涂层材料，重均分子量4万的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为溶蚀相，溶蚀相的质量分数为55％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)质粒DNA负载：将涂层浸没于浓度为500μg/ml的编码VEGF质粒DNA无菌水溶液中，充分浸润30分钟后取出，采用无菌水清洗后得到编码VEGF质粒DNA/佐他莫司共负载涂层，质粒DNA的负载量为2.3μg/cm²。

实施例5：BMP-2/达托霉素共负载支架涂层

(1)达托霉素/PLLA药物层制备：采用数均分子量8万的PLLA作为可降解涂层材料，达托霉素作为抗菌药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度10μm，载药量为15μg/cm²。

(2)PDLLA多孔涂层制备：采用双键封端的数均分子量10万的PDLLA作为涂层材料，重均分子量4万的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为溶蚀相，溶蚀相的质量分数为55％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)BMP-2负载：将涂层浸没于浓度为100μg/ml的BMP-2无菌水溶液中，充分浸润20分钟后取出，采用无菌水清洗后得到BMP-2/达托霉素共负载涂层，BMP-2的负载量为680±60ng/cm²。

实施例6：SNAP/佐他莫司共负载支架涂层

(1)佐他莫司/PDLLA药物层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为可降解涂层材料，佐他莫司作为抗增生药物，氯仿作为溶剂，通过超声雾化喷涂制备得到载药基底层，药物涂层厚度10μm，载药量为15μg/cm²。

(2)PDLLA多孔涂层制备：采用数均分子量10万的PDLLA作为涂层材料，重均分子量4万的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)作为溶蚀相，溶蚀相的质量分数为55％，采用超声喷涂方法将共混物涂覆与基底载药层之上，并通过无菌超纯水溶蚀后真空干燥得到厚度为5μm的多孔涂层。

(3)一氧化氮供体SNAP负载：将涂层浸没于浓度为1.0mg/ml的SNAP无菌水溶液中，充分浸润15分钟后取出，采用无菌水清洗后得到SNAP/佐他莫司共负载涂层，SNAP的负载量为880±60ng/cm²。