壳聚糖-二氧化硅药物缓释涂层的制备及其生物活性

本研究中,采用溶胶-凝胶法在钛合金表面制备壳聚糖-二氧化硅多级孔涂层过程中,阐明壳聚糖与无机前驱体在溶胶-凝胶过程中的相互作用机制，探究无机前驱体的水解缩合条件与涂层多级孔结构及孔径分布之间关系，揭示生物活性涂层的组成、微观结构对药物释放控制的影响规律，并对壳聚糖-二氧化硅药物缓释涂层的生物及组织相容性进行评价，从而为这一新的多级孔药物缓释体的实际应用奠定基础。

有机、无机和复合材料在临床治疗中被广泛用作硬组织植入体，但现有材料难以同时满足硬组织在应用过程中对力学、生物学等多方面的要求。生物活性因子与许多支架材料复合后都可以达到一定的缓释效果，但其缓释效果离组织再生要求还相差很远，且大部分关于生长因子载体系统的研究集中在由降解性聚合物材料制备的支架，对于金属支架涂层的局部药物可控系统的研究很少。壳聚糖由于其具有引导骨再生膜的灵活性、生物相容性、生物降解性、抗菌性等优点，最近在生物活性材料领域中引起了学者的广泛兴趣。但是由单组份壳聚糖得到的生物材料，其生物活性还不够理想，而且刚性也不高，特别是浸湿的时候的刚性更不能令人满意。壳聚糖与无机材料很容易形成均匀的复合物，所得到的涂层形貌均匀，附着稳定，无裂纹，其表面的亲水性可由复合体壳聚糖含量的变化来调节。因此，本研究采用溶胶-凝胶法成功表面制备出各种形式的壳聚糖/二氧化硅基多级孔涂层材料。结果发现：（1）PH=2时有利于壳聚糖分子在水溶液中的舒展，有利于形成微孔。当其含量增大时将导致分子间团聚，生成介孔结构。同时，还可以提高壳聚糖分子与硅溶胶的复合程度，有利于制备高质量的壳聚糖-硅基复合涂层。（2）通过控制壳聚糖含量变化，涂层表面的亲水性可调至适合细胞试验的范围，涂层对细胞的附着、生长和表面及涂层的功能化有重要意义。（3）壳聚糖与硅源的配比影响絮凝效果，当复合凝胶中加入铝离子时，会影响整体溶胶-凝胶骨架的结构，还可以调节孔隙结构。SiO2/ Al2O3复合膜的最大比表面积为607 m2/g，最大总孔容为0.34cm3/g及窄介孔孔径分布。SiO2／Al2O3纳米复合材料作为左旋氧氟沙星载体研究其药物释放行为，表现出快速的初始释放及较长的缓释行为。（4）采用静电纺丝法制备了聚乙烯醇（PVA）/壳聚糖（CS）/硅酸四乙酯（TEOS）复合纤维。研究了纺丝液中各组分配比、电压、极距、给液率对复合纤维膜性能的影响。实验结果表明在CS浓度为5%，PVA/CS配比为70/30， PVA/TEOS配比为1/1.2时复合纤维膜具有良好的形貌，纤维粗细均匀，分布规则，平均纤维直径在250nm左右。这些研究结果提示，壳聚糖不仅改善二氧化硅成膜能力，而且使壳聚糖/二氧化硅复合膜具有良好的药物缓释作用，从而为这一新的多级孔药物缓释体的实际应用奠定基础。