（生物医学工程专业论文）磷酸钙药物控释系统影响因素研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页磷酸钙浸泡在s b f 中，在选定的时间点测量s b f 中的p h 值、s m b 的紫外吸光度值、以及钙离子浓度的变化情况，浸泡前后的磷酸钙进行热分析。实验结果表明：1 、通过在湿法合成磷酸钙的过程中加入中药丹参，可制备各种载中药丹参的磷酸钙，丹参的加入对h a 和c d h a 的晶相无影响，但导致其某些晶面的取向生长，而对d c p 基本无影响。这主要是由于d c p 成核和生长速率较快，易形成较大尺寸的颗粒。三种磷酸钙盐的比表面积随着钙磷比的增加而增加，粒度随着钙磷比的增加而减小。比表面积和粒度对丹参的载药体外释放有着很大影响，比表面积的增加提高了磷酸钙材料的吸附能力。因此，三种磷酸钙盐的载药量：h a c d h a d c p 。2 、不同剂量的丹参对三种磷酸钙盐的载药体外释放研究表明，随着丹参剂量的增加，磷酸钙丹参中丹参的含量随之增加。每种磷酸钙盐的丹参释放量也随之增加，药物释放规律为释放初期( 1 2 小时内) ，药物浓度变化紊乱，随时间的增加，药物释放量增加并逐渐趋于稳定，药物释放量的大小：c a p 5 0 c a p 4 0 c a p 3 0 。钙离子的浓度也随着丹参的释放而增加，c a p 5 0 c a p 4 0 c a p 3 0 ，p h 值的变化主要受释放的丹参影响，随着丹参的释放量增加p h 值降低的越多，浸泡不同剂量的磷酸钙丹参的s b f 的p h值大小为c a p 5 0 c a p m o c d h a s m b d c p s m b ；药物释放规律为释放初期( 1 2 小时内) ，药物浓度变化紊乱，随时间的增加，药物释放量增加并逐渐趋于稳定。p h 值的变化主要受释放的丹参影响，浸泡磷酸钙盐的s b f的p h 值大小为c d h a s m b h a s m b h a c d h a ，但是丹参的扩散促进了磷酸钙盐的溶解。所以测得的钙离子浓度c d h a s m b h a s m b c a p 4 0 c a p 3 0 b u tt h ec h a n g eo ft h ep hv a l u ew a sc o n t r a s t e dw i t ht h ec a + r e s u l t t h i sw a sm a i n l yd u et ot h ep hv a l u ed e c r e a s e dw i t ht h eq u a n t i t yo ft h es m bi n c r e a s i n g t h ed o s a g eo ft h es m bh a dm o r ei n f l u e n c ei nt h er e l e a s i n go ft h eh at h a nt h ed c p 3 t h er e s u l to ft h er e l e a s i n go ft h es m bs h o w e dt h a tt h er e l e a s i n gq u a n t i t yo ft h es m bw a si n c r e a s e dw i t ht h ec a l c i u mp h o s p h a t em o l a rr a t ei n c r e a s i n g t h es m br e l e a s e df r o mt h ec a pp o w d e r sa c c o m p a n y i n gw i t ht h ed e g r a d a t i o no fc a p t h eo r d e ro ft h et h r e ec a l c i u mp h o s p h a t e ss o l u t i o nw a sd c p c d h a h aa tt h es c o p eo fp hv a l u ef r o m7 2t o7 4 b u tt h er e l e a s eo ft h es m bs t i m u l a t e dt h e西南交通大学硕士研究生学位论文第vl 页d i s s o l u t i o no ft h ec 狃s ot h ec a 2 + c o n c e n t r a t i o na n dt h ep hv a l u eh a db e e na f f e c t e db yt h er e l e a s eo ft h es m b a n dt h eo r d e ro ft h ec a 2 + c o n c e n t r a t i o na n dt h ep hv a l u eo ft h et h r e ec a p s m bw a sc d h a s m b h a s m b t c t c p a t c p d c p d d c p o c p b t c p p h a h a 。1 3c p c 骨水泥的发展和应用磷酸钙骨水泥( c p c ) 最早由美国的b r o w n 和c h o w 发明于2 0 世纪8 0年代，c p c 是由一种或几种磷酸钙盐粉末的混合物与调和用的液相发生水化发应，在生理条件下能自固化，具有可降解、生物相容性好的骨修复材料【1 5 ，1 6 】o在过去几十年中，c p c 的发展一直是骨修复材料中的热点之一。随着对磷酸钙盐和c p c 的水化机理、凝固机理、理化性能和生物学特性研究的深入【1 1 9 1 ，许多学者对最初的c p c 的配方进行了调整和改性处理，常见的c p c配方见表1 - 3 所示。西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页123d c p d + t r ( ：p ：d + t r l 口+ h am c p m + p 砌a - t c p + d c p db r o w na n dc h o w 研制出世界上第一个c p c ，h a 含量增加，凝固时间由2 2 分钟缩至8 分钟用水调成膏状，2 m i n 固化：其最终产物为d c p d用水调成膏状后，9 - 3 0 r a i n 内固化，产物为一o c p将生物玻璃陶瓷粉碎到平均直径瓤m 粉料，4c a o s i o r p 2 0 5 c a 峨生物玻璃陶瓷用州4 ) 2 m ，0 4 溶液调成膏状，在室温下6 r a i n固化5a 1 k = p + m c p m + c a o + 姒6a - t c p 为基础+ m c p m + c a c 0 3用水调和，根据组成、粒度、料水比等变化可制得用于牙科缺损和矫形的骨水泥用n a 3 p 0 4 溶液调成膏状，1 0 m i n 固化变硬，固体产物为含c 0 2 。3 和n a + 的非化学计量的h a ，1 2h 后抗压强度5 5 m p a ，抗张强度2 1 m p am c p m 、d c p d 、i i c p 、a r i c p 、对不同的配方用水调和，进行凝结时间测定，7b - t c p 、o c p 、c a o 、c a m 9 0 2 等组来研究反应物之间的反应及产物的种类配成1 0 8 个配方对不同配方用水调和，进行终凝时间，反应产m c p m 、d ( = p d 、d c p 、c a ( o n ) 2 、物，抗压强度等研究，筛选出产物分别为8a - t c p 、b 册、1 - r ( ：p 、s h a 和c a o 、d c p d ，c 姗，o c p 和c d h a 的四种类型骨m g o 为原料组配成4 5 0 个配方水泥西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页1 3 1c p c 的优点c p c 得以在骨修复材料中广泛应用，与其材料自身特性密切相关 2 0 - 2 2 ：1 、c p c 在生理环境下可以自固化，但固化后的性质随着c p c 的配方、c p c 粉末的粒径、液相的种类、液固比的量、凝固时候的温度、湿度、时间等有着密切的联系。2 、c p c 在调和后呈膏状，可按要求与骨缺损部位任意塑形。通过固化液的调节，可以得到5r a i n 3 0m i n 初凝时间的c p c ，有足够的时间让外科医生在骨缺损部位准确塑形，也可以在固化后做外形的修整。3 、生物相容性优良，其成分最终转化为h a ，并且具有较高强度，与活体骨发生骨性结合，因此继承了h a 陶瓷生物相容性好的优点，克服了聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥( p o l y m c t h y l m c t h a c r y l a t cc e m e n t ，p m m a ) 的缺陷。总之，优良的生物相容性和能任意塑形的特性使磷酸钙骨水泥克服了其他骨修复材料的缺陷，成为临床人体硬组织修复常用材料之一。1 3 2 载药磷酸钙骨水泥现代社会中由于人们对高速运输工具和高风险剧烈运动的青睐，出现开放性骨折变得非常的频繁，而此类骨折引起的细菌性和真菌性骨感染，也就是骨髓炎，据报道高达1 0 1 5 ，而且治疗起来非常困难。除了通常的去除坏死的骨组织和反复冲洗伤口外，还要长期系统的服用抗生素。另外骨质疏松性骨折和肿瘤及骨关节病等在进行外科手术后也很容易引发术后感染。然而常规的抗生素和抗感染药物的使用对于预防术后并发症的发生和减轻患者病痛来说是不够的，因为药物很难直接到达病灶，同时还要对身体的其他部位和器官有毒副作用。此外，许多骨缺损与骨科疾病有关，例如肿瘤或骨质疏松等导致的骨缺损，临床处理此类骨缺损除需要填充外，还需要给予一些药物治疗。因此对于骨组织来说，局部药物释放是一种有效的预防术后感西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页染和治疗骨科疾病的手段，它可以减少全身的用药量，降低毒副作用，提高治疗效果。这种载药人工合成骨修复材料被称之为“骨骼药物释放体系( s k e l e t a ld r u gd e l i v e r ys y s t e m ，s d d s ) t 2 3 1 。磷酸钙骨水泥由于具有优良的生物相容性，被用于骨缺损的主要填充材料之一，尤其磷酸钙骨水泥可在室温下自行固化，固化过程不放熟，因此避免了对药物的影响，非常适合作为骨骼药物载体。例如将抗癌或消炎等药物引入c p c 中，利用药物定点缓释以提高治疗效果、简化用药方式、降低毒副作用，使材料在填充修复的同时也具有进一步治疗的目的【肄2 6 1 。根据文献报道，已有许多关于c p c 载药的研究，涉及药物包括：抗生素、止痛剂、生长因子、中药等。其中一些研究对这些药物c p c 结合的释放动力学以及体外释放规律进行了研究，证明了药物的引入基本对于磷酸钙的理化性能不带来影响，其释放模型满足i - i j g u c i f i 模型1 2 7 3 。i - l i g i l c h j 等对基体型药物扩散控制体系进行了研究，并建立了该体系的一维假稳态传质动力学模型( 即h i g i l c h i 模型) 如式( 1 1 ) 。珈= d a c s ( c d - c se - t r( 式1 - 1 )式中q t 为溶质在t 时的释放量：d a 为溶质扩散系数：c s 为溶质溶解度：c d 为溶质浓度：e 为孔隙率：t 为曲折度。该模型表明，在假稳态下，药物在基体中的释放量( 0 t ) 与时间的平方根( 严) 成正比。1 3 2 1 药物载入对c p c 理化性能及药物活性的影响o t s u k am 等对c p c 缓释体系作了大量的研究，先后将消炎痛、6 - m p 、阿司匹林等药物载入c p c 中进行研究。在所有实验中经x 射线衍射分析均发现：载药c p c 固化后出现典型的( 姒) 衍射峰，而不出现相应的药物衍射峰，提示c p c 转化成h a 晶体而药物呈现非晶体结构，药物的载入并不干扰c p c西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页固化过程。而且载药c p c 硬化后其衍射峰比单纯c p c 的衍射峰要宽，说明载药c p c 转化成晶体化程度较低的磷灰石，而这种磷灰石比晶体化程度较高者对硬组织的亲和力更高。红外线光谱分析也证实了此结论 3 2 - 3 5 3 。而药物和c p c 复合，不会影响药物的活性。b o h n c r 等【3 明将硫酸庆大霉素( g s ) 载入含少量硫酸钙的c p c 中，并对其药物活性进行测定，结果显示：载入c p c 的g s 抑菌敏感性在载入前后未发现明显变化。g u i c h e u x 通过研究也得到相同结果，测得载入c p c 的g s 在释放前后其活性有无明显变化。1 3 2 2 影响药物缓释的因素通过对药物释放过程的研究发现，载药c p c 的控制释放受诸多因素影响，如体系的几何因素、药物物理化学参数、骨水泥材料的结构参数、药物的装填量、添加剂、生物学因素等。( 1 ) 固液比的影响固液比较小时，c p c 在水化时留下的空间距离增大，当固化液随蒸发等作用减少时，它所占的空间仍然存在，因而液量的增加会相应地增加孔隙率及孔隙的曲折度，提高药物在c p c 孔隙中的扩散程度，从而加速药物的释放。加载蔡普生钠5 的c p c 的固液比由2 7 变为2 0 时，经线性拟合得到的直线斜率也相应增加，即缓释速率增大【3 8 ，3 9 1 。o t s u k am 经研究发现，固化液比例高时，固化体的孔隙率也高，二者之间成正比关系。同时药物的释放率随孔隙率增加而增加，但是不是简单的直线关系，它还与药物在c p c 孔内的弥散程度有关。他的进一步研究表明，微孔的结构( 大小) 能控制药物在孔隙中的弥散程度，进而控制了药物的释放。在复合抗癌药6 - m p 的实验中，o t s u k am 采用压汞法测定了在不同固化液比例的情况下，c p c 内部孔隙率的总体积，进一步证实了：所用固化液的量的不同导致药物释放率的差异，源自于c p c 内部的孔隙不同而引起的药物在其中的弥散程度不同i 柏】。西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页( 2 ) 添加剂的影响c p c 由于还具有固化时间长、机械性能不足及降解缓慢等缺点，使其应用受到一定的限制，许多学者采用掺杂无机离子、复合有机物或生物活性物质对其进行改性。这些添加剂有可能影响药物的缓释。o t s u k am 等1 4 1 】在载2 消炎痛的c p c 中加入0 1 0 的碳酸钠后观察药物释放规律，结果显示消炎痛的平均释放时间和5 0 药量的释放时间均缩短，通过扫描电镜观察发现碳酸钠的加入使c p c 的孔隙率增加，而影响到消炎痛的分布，使药物释放加快。( 3 ) 药物加载量的影响释放速率与药物包埋量有关。因为增加药物加载量提高了传质推动力，所以药物加载量越多，早期释放速率越大，释放持续时间越长，但早期释放量占总量的比例却下降。o t s u k a m 报道了c p c 为载体，消炎痛为释放药物的结果。2 和5 消炎痛的5 0 药量的释放时间分别为5 0 h 和1 0 0 h ，9 5 的药量的释放时间分别为1 7 0 h 和3 9 0 h 1 4 2 1 。( 4 ) 释放介质和环境的影响释放介质的类型对于c p c 载药体系的药物释放速率和释放规律有很大的影响。o t s u k am 等【4 3 】报道了含消炎痛的c p c 在磷酸缓冲溶液( p b s ) 和模拟体液( s b f ) 中的释放情况，结果表明p b s 中的药物释放符合h i g u c h i 模型，而在s b f 中药物释放不符合h u g c h i 模型，且释放量要远小于在p b s 中。o t s u k am 还报道f 删以s b f 为释放介质时，c a 2 + 浓度对药物释放的影响。在含雌二醇的c p c 体系中，药物释放量与释放平方根符合直线关系，但速率随释放介质s b f 中的c a 2 + ( 0 ，5 ，l o m g l o o m l ) 的含量的增大而下降。o t s u k am 在体内植入实验中，对病鼠提供不同钙含量的饲料，使得其体内钙离子浓度改变，也发现随着动物体内钙离子浓度的增大，药物释放速率下降，体内西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页药物释放同体外相关性良好嘲。o t s u k am 认为这是由于在s b f 溶液中h a是过饱和，其会在骨水泥的表面沉积，从而影响样品的结构降低药物释放速率。相反，如果是在h a 的未饱和溶液中，磷酸钙骨水泥基体就会发生溶解和侵蚀，从而会加速药物的释放。1 4 中药在生物材料中的应用发展中药( c h i n e s em e d i c i n e ) 是中国传统药物的总称。中药包括中药材、中药饮片和中成药。在我国传统中医，常采用一些中药促进骨愈合或治疗骨科疾病。中药对于骨缺损具有良好的治疗效果。长期实践中已经发现大量对骨缺损具有良好疗效的中药材，如丹参、骨碎补、三七、淫羊霍等等【删】。常见用于骨科的中药材如表1 4 【4 9 删。表1 4 常见用于骨科的中药材n a m em a i ne f i e c to nb o n eg e g e ng us u ib uy m gy a n gh u od 强s h e np uh u a n gw u m i n g y io r i e n t i a ld a v a l l i ag uc h iw 缸，g uc 1 1 ig a ob u z o n g - y i - q i - t a n gb o n eg r o w t hf l i u d卫汕- k a r l - g a nr u - - j i i l h u a n g - s a a n ，j i e - g u u - s a n nh e r b a le x t r a c tf r o mg u a n g z h o uu n i v e r s i t yi n c r e a s e sb o n ed e n s i t yi n c r e a s e sb o n ec e l la c t i v i t ys t i m u l a t e so s t e o b l a s t i cp r o l i f e r a t i o ni n c r e a s e ss y n t h e s i so fb o n em a l t o wc e l l s ，i n c r e a s e sv a s c u l a r i z a t i o ne n h a n c e so s t e o i n d u c t i o np o t e n t i a lo fd e m i n e r a l i z e db o n em a t r i xp r o m o t e so s t e o b l a s t i c st os y n t h e t i z eb m pi n c r e a s e sb r e a k i n gs t r e n g t ho ff r a c t u r es i t ei n c r e a s e sb o n ef i l li np e r i o d o n t a ld e f e c tp r e v e n t sb o n el o s si n0 v xr a t sp r o m o t i o ni no s t e o g e n e s i sa n db o n er e m o d e l i n gi n h i b i t sb o n er e s o r p t i o np r o m o t e sf r a c t u r eh e a l i n gi h i b i t sb o n er e s o r p t i o nx i a n z h e n g g u b a op r e v e n t sb o n el o s s堡垒尘q ：! q呈三呈曼坐曼垒垒垒呈璺垫垒坠g 箜! 里q ! 互匿三坐西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页近年来，一些研究利用磷酸钙基生物材料作为中药的药物释放载体，f e n g h u c il i n 等对磷酸氢钙表面进行有机大分子修饰，然后接枝中药骨碎补，通过高效液相( h p l c ) ，对此方法接枝后的含中药磷酸氢钙的体外药物释放进行了表征，发现通过表面修饰后的磷酸氢钙表面的骨碎补的释放较仅仅物理骨碎补的磷酸氢钙更长划5 1 】。j u i s h c n gs u n 等研究了中药骨碎补对骨细胞活性的影响，通过不同浓度的骨碎补提取物与骨细胞体外培养的情况，并提出了对骨细胞成骨活性最有效的浓度，并且推断骨碎补对骨细胞的一个较大的影响很可能在调节破骨细胞的活性上【5 2 5 3 1 。张明宇等进行了加入中药黄芪后的兔关节软骨细胞和海藻酸钠复合材料的研究，发现黄芪的加入能促进软骨细胞合成i i 型胶原蛋白和g a g 基因的作用，可保持软骨细胞的表型，再和海藻酸钠复合培养可以构建组织工程化软骨【5 4 j 。黎晖等研究龟板对骨赞间充质干细胞( m s c s ) 的成骨分化影响，发现m s c s 受龟板诱导可以高效的向成骨细胞分化，可以促进植入式骨组织工程种子细胞的增殖【5 5 】。丹参是我国传统医学中用以活血化瘀血的重要中药，为唇形科多年生草本植物。丹参的根及根茎，本身可以单独成方，被广泛地应用于临床各科。丹参的有效成分可分为水溶性及脂溶性两大部分。其水溶性部分为酚性芳香酸以及该类酸缩合成的多酚芳酸，目前已分离到：丹酚酸乙( s a l b i a n i ca c i db ) 、丹酚酸丙( s a l b i a n i ca c i dc ) 、丹参素( 丹参酸甲s a l b i a n i ca c i da ) 、原儿茶醛( p r o t o e a t e c h u a l d e h y d e ) 等。丹参酚酸类成分具有抗心血肌缺血，抑制血小板聚集、纤溶，耐缺氧和抗脂质过氧化等药理活性。丹参的脂溶性成分主要有二萜类化合物。已分离到丹参酮( t a n s h i n o n e ) 、丹参酮i i a( t a n s h i n o n ei ia ) 、隐丹参酮( c r y p t o t a n s h i n o n e ) 等约2 5 个化合物。丹参酮类成分具有抑菌、抑制血小板聚集、耐缺氧、改善冠状动脉供血等药理作用【5 8 】。丹参对于骨折愈合具有多方面的积极作用，能够有效地促进骨折愈合。丹参具有非常显著促进鸡胚骨生长的作用，能促进胚胎骨组织及细胞发育与成熟。丹参促进愈合的作用与其提高血清含量，以及通过提高骨痂中锌含量，西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页锌与铜比值来加速痂生长和钙化过程有关。傅子令，张文海曾指出：据x 线片显示和临床愈合标准来看，配合复方丹参治疗能使骨折愈合提早1 2 周 5 6 1 。丹参对骨折愈合的影响可分为以下几个方面：1 ) 对骨折后局部血液供应的影响g u a c c i 认为：骨折处血液供应恢复是骨折愈合的必要条件，骨折处血液供应破坏必然影响骨折愈合。影响骨组织修复最根本的原因为局部血液供应。丹参可降低毛细血管通透性，减少炎症渗出和红细胞外漏，促进局部血液循环尽早恢复。同时也能通过改善血液流变学的性质，使瘀血程度减轻，加快血肿内瘀血的吸收1 5 7 1 。2 ) 对各种修复细胞的影响成骨细胞：丹参不仅可以促进间充质细胞向成骨细胞转化，还能促进软骨细胞向成骨细胞转化，从微观角度讲，丹参治疗后，成骨细胞形态不规则，胞质内线粒体及粗面内质网明显扩展肿大，表现旺盛的合成能力。成纤维细胞：它在愈合过程中，可以分泌形成胶原纤维，产生基质小泡形成钙化与骨化。使用丹参后，该种细胞明显增多，使成纤维细胞的蛋白质合成旺盛，进而使胶原纤维增多且富集。破骨细胞：骨的望形改建是成骨细胞和破骨细胞共同活动的结果。骨折愈合仅靠成骨作用无法真正愈合，只有破骨细胞将多余骨痂吸收掉才能顺利改建。丹参可使骨小梁周围出现成团的破骨细胞，且细胞体积增大。吞噬细胞：丹参还能够分别激活单核吞噬细胞分泌t n f ，i l l 、i , - 6 及i l - 8 ，提示其可能具有抗炎及增强机体免疫力等方面的调节作用【5 8 1 。3 ) 对基质钙化的影响在骨折修复过程中，先由成纤维细胞、软骨细胞及成骨细胞分别合成、分泌基质，基质又通过钙盐沉积而形成骨组织。基质钙化的三个基本条件为：a 细胞能分泌或形成可钙化的基质小泡：b 能提供基质钙化所必需的钙；c 细胞能合成分泌可钙化的胶原纤维，并与无机盐紧密结合。丹参可以对基西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页质钙化的这三个环节均产生积极性影响，从而更快促进骨折的愈合【5 9 1 。4 ) 对微量元素的影响1 9 6 5 年以前人们认为骨折愈合过程中，成骨细胞起主要和决定性作用。但现在认为，除此之外，还需多种物质参与，包括多种微量元素，其中锌最为重要。丹参治疗可减慢血清锌浓度下降，保持其相对稳定，达到补锌目的。铜在胶原形成过程中起重要作用，丹参可明显抑制血清铜的提高。因锌与铜有相互拮抗作用且丹参富含锌、铜、钙等微量元素。1 。5 本课题组的前期研究本课题组，自2 0 0 3 年开始载中药磷酸钙生物材料的研究，目前已在以下方面取得进展：1 、研究载中药磷酸钙的制备方法；采用喷雾干燥方法制备载中药磷酸钙粉末，并进行表征。该方法可适合制备多种中药磷酸钙的制备，并且中药含量可调f 6 1 】。2 、比较研究不同复合方式的载药( s m b ) ，通过分别在合成前在c a 2 +盐溶液和p 0 4 3 盐溶液加入中药( s m b ) 、反应过程中加入中药、合成后的磷酸钙浆料加入中药，研究表明在反应过程中加入中药( s m b ) 的方法，可制得含中药量最多的磷酸钙1 6 2 】。2 、丹参的有效成分分析研究，通过分离提纯s m b 中的成分单体，进行小鼠骨髓原代细胞进行体外培养，证明s m b 中丹酚酸b 和原儿茶醛对于促进细胞的增殖和分化有着明显作用f 6 3 1 。3 、载药磷酸钙骨水泥的研制，研究了以h a ( 8 5 ) 、a 磷酸三钙( t c p5 8 o ) 、d c p ( 2 5 0 ) 、和c a c 0 3 ( 8 5 ) ；液相n a 2 h p 0 4 - - n a h 2 p 0 4 的混合液做液相制备的载丹参磷酸钙骨水泥。证明含丹参c p c 的水化机理大致为：溶解、反应、成核、生长和硬化五个阶段；含丹参c p c 的体外释放为西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页明显的两阶段释放现象，前8 小时出现明显的暴释，8 小时后丹参的释放趋于平缓1 6 4 阀。综上所述，为了利用中药促进骨愈合和治疗骨科疾病，需要进一步完善含丹参的磷酸钙骨水泥的研究，如：选择合理磷酸钙骨水泥成分与丹参复合，研究丹参的体外释放规律，是非常必要的。但是，如前所述磷酸钙骨水泥的配方众多，尚未见关于载中药的磷酸钙骨水泥的药物释放规律报道。前期关于载药磷酸钙骨水泥药物释放研究的报道，都以磷酸钙骨水泥为载体进行研究分析，关于单个磷酸钙盐载药对载药磷酸钙骨水泥的释放规律尚不清楚。如果了解单个磷酸钙盐的载药性能和药物释放性能对于选择载药磷酸钙骨水泥的配方有着指导作用，可以选择性的将药物加载到骨水泥的一种或者多种磷酸钙盐中，可控制磷酸钙骨水泥的载药量和药物释放速度；同时还可将多种药物分别加载于磷酸钙骨水泥中的不同成分中，从而实现磷酸钙骨水泥的多级释放，即将需要先释放的药物加载到易降解和药物释放速度快的磷酸钙盐相中，而需要后期释放的药物加载到降解和药物释放缓慢的磷酸钙盐相中，从而实现药物在不同时段的选择性释放。因此，深入研究不同磷酸钙盐的载药性和药物释放性能，将为进一步研发可控释药物的磷酸钙骨水泥提供科学依据。1 6 本文的研究目的和内容本文的研究目的是研究影响载药磷酸钙的因素，对制各可控释载药磷酸钙骨水泥提供理论依据和技术储备。本论文的主要研究内容是：1 、不同钙磷比的磷酸钙钙盐载药和对药物控释的影响；2 、不同的剂量对不同钙磷比的磷酸钙钙盐药物控释的影响；3 、不同药物对磷酸钙盐药物控释的影响。西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页1 7 技术路线图本研究通过湿法合成，分别制各地v s m b ，c d 地v s m b ，d c p s m b 等三种复合物。制得的样品先进行x r d 检测，然后将制得的样品进行模拟体液体外释放试验，进行红外吸收光谱( f 1 职) ，紫外风光光度计( u v ) ，热分析( t g ) ，原子吸收分光光度计( a a s ) ，p h 值等检测。试验流程图如1 - 4 ：- - - - - - - - - - - - - - l 紫夕t - n - i i t红外测量p h 值测量x r d热分析图l _ 4 技术路线图西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页2 1 引言第二章载药磷酸钙的制备、表征磷灰石是一系列具有m l o ( p 0 4 ) x 2 通式的一类矿物晶体的统称：r 最常见为p ；尽管m 通常为c a ，但是还是有许多的金属元素可能替代m 的位置；而x 则可能为f 、c l 、0 、o h 等离子或基团 c , 6 - 6 s 。磷酸钙的制备方法很多。粉末磷酸钙的制备主要有湿法( w 色tm e t h o d ) 、干法( d r ym e t h o d ) 和热液法( h y d r o t h e r m a lm e t h o d ) 等等。本实验选用反应条件温和可控，实验过程简单，得到的产物相对较纯的湿法合成。2 2 材料和方法2 2 1 磷酸钙和中药丹参( s m b ) 复合物的制各本实验采用湿法合成磷酸钙( c a l c i u mp h o s p h a t e ，c a p ) 载中药丹参( s m b )复合物( c a p s m b ) ，在水浴3 7 c 用磷酸氢二铵溶液滴入硝酸钙( 成都科龙化工厂) 和丹参的混合溶液中( 其中丹参为四川升和制药厂生产的丹参注射液) ，反应时间为3 0 分钟。反应完成后搅拌4 小时，静置老化2 4 小时后，抽滤、烘干，通过控制钙磷比，按照下列反应方程式，分别得到载丹参的h s m b ，c d h a s m b ，d c p s m b 等三种复合物。心飓i - h o + 5 c a ( n 侥) 2 4 1 1 2 0 + 3 ( n h i ) 2 唧饥：c ( p 0 4 ) 3 0 h + i on i n 0 3 + 2 3 h 2 0( 式2 - 1 )9 c a ( n o d2 4 2 h 0 + 6 ( n i ) 艘仉堋岫l h o = c a , ( 肿仉) 5 ( o h ) + 1 8 n i - h n 0 3 + 4 1 h 2 0 ( 式2 2 )c a ( n o d2 d 王h o + ( n l i ) 2 i p 0 。：a i p 0 。+ 2 n h n o 。+ 4 也0( 式2 3 )根据添加的丹参剂量的不同，分别将添加3 0 、4 0 、5 0 m i 丹参的磷酸钙盐命名为c a p 3 0 、c a p 4 0 、c a p 5 0 。西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页2 2 2 磷酸钙丹参的表征利用粉末x 射线衍射( x p e r tp h i l i p s 荷兰) 扫描条件：电压4 0 k v ，电流2 0 m a ，c u k dx = 0 1 5 4 n m ，扫描速度2 0 m i n ，扫描范围2 0 在1 5 0 6 0 0 。利用傅立叶红外光谱仪( m c o u t 美国) 对三种磷酸钙在中药丹参样品和空白样品用溴化钾压片进行红外测试。在反应过程中，对三种磷酸钙盐的粒度变化进行检测。分别在反应过程中的第5 m i n ，1 0 r a i n ，1 5 m i n 2 0 ，r a i n ，2 5 m i n ,3 0 m i n 提取生成的沉淀置于乙醇溶液中。利用激光散射粒度分析仪( l a 9 2 0h o r i b a 日本) 检测不同磷酸钙盐在反应过程中的粒径变化情况。比表面积检测方法，三种磷酸钙粉末过8 0 目筛，粒度基本一致。利用比表面积测试仪( r n s 中国) 对三种磷酸钙盐的比表面积进行测试。2 3 结果2 3 。1x r d 结果不同剂量c a p s m b 粉末的x r d 数据如图2 1 ，2 2 ，2 3 。图2 1 不同剂量i i a s m b 粉末的x r d 射线衍射图谱西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页oo c d h a ( j c p d s4 6 - 0 9 0 5 )一_ r t 1 _ r 一r 厂1 t 一1)2 03 04 05 06 0、2 e ( 。)图2 - 3 不同剂量d c p s m b 粉末粉末的x r d 射线衍射图谱由于实验中，严格控制反应的钙磷原子比，反应溶液的p h 值以及陈化时间，因此实验得到的h a ，c d h a 和d c p 的x p , d 结果分别与标准卡片中相_=1图西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页应衍射峰的位置和强度吻合，表明晶格没有明显的畸变，也没有观察到其它磷酸钙相的衍射峰。但是，在载中药h a 和c d h a ，随着中药丹参的加入一些较小的衍射峰较空白试样更明显，如2 5 8 5 。和2 8 6 9 。的衍射峰变的更锐，表明随着s m b 的加入，促进h a 和c d h a 的某些晶面的结晶。而d c p的衍射峰随s m b 的加入，在强度和峰宽没有明显的变化。且h s m b 在1 8 0 9 0 和3 7 2 4 。出现微弱峰为硝酸铵的峰，s m b 的加入对h a 和c d h a 的晶体生长有一定促进作用。2 3 2f r - i r 结果不同剂量c a p s m b 粉末的f t - l r 数据分别如图2 4 ，2 - 5 ，2 - 6 。3 5 0 03 0 0 02 5 0 02 0 0 015 0 01o o o5 0 0wa v enu mb er ( c1 1 1 1 )图2 - 4 不同剂量i - i a s m b 粉末的f t i r 射线衍射图谱03 5 0 03 0 0 02 5 0 02 0 0 015 0 010 0 05 0 0wa v e nu mb er ( e r a 。)图2 - 5 不同剂量c d h a s m b 粉末的f i i r 射线衍射图谱3 8 0 03 0 0 02 5 0 1 32 0 0 015 0 010 0 05 0 0w a v e n u mb er ( c md )图2 6 不同剂量d c p s m b 粉末的f t - i r 射线衍射图谱三种空白磷酸钙和载药磷酸钙出现了3 5 7 0 c m 1 为羟基特征峰，3 4 4 0 c m 1为分子间缔合羟基特征峰，3 1 6 0 c m d 为分子内螯合羟基特征峰，1 0 3 0 c m 1 为游离羟基特征峰，6 3 4 c m 1 为羟基特征峰，1 1 0 0 c m 以归属为p 0 2 。特征峰；9 6 2 c m 、1 0 3 0 c m 、6 0 4 c m 、5 6 3 c m 1 为p 0 4 3 - 特征峰。c d h a 还在16 3 0c m 。1西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页出现游离氨基特征峰，其产生原因可能是沉淀洗涤不充分，沉淀的残余氨所造成；c d h a 和d c p 在1 3 8 0 c m 1 的峰为i - t _ p 0 4 2 - 特征峰；红外分析的结果，磷酸钙的羟基和p 0 4 3 。的红外吸收峰的位置未发生改变，说明中药的加入，对这两个基团的影响较小。同时在三种磷酸钙丹参的，红外图中没有发现明显的丹参特征峰，这主要是由于所加载丹参注射液中，丹参的有效成分有限，从而使得其特征峰不明显。2 3 3 粒度检测结果反应过程中主要时间点的粒度分布如表2 - 1 。表2 - 1 反应过程中主要时间点的粒度分布名称粒度分布( p m )。! 董一二+ ；。：睦，二。一：i ；i ：0 ：。j：一。一i：；i ：_ 一；! _ 。 。：； - 5陲琴鼗三：i !i - i ：；!谭：! ：! ，；! ：；，卜j；i ! 一：。：；了| ? 一“i! ；：；：i b1、：卜? j j ：，：；：!j4fi ! ! !0 0一_ ：邛jf 一；一一一j：!r、：! ：”r ? ：- _ ，、一：、暴黑j - o 一_ 一坤一，?lr?+f：k ；薹二j ：i lf：、! ! 矗! ! ： k l、r r ；：十；一， ；j 。二。，：；：“! !：，。h a。瓣- _；量一，：i ：t“h k k ， 51 ：。f y ：番卜一一!”二；一1 0 0 01 0 0 01 0 0 0工u u uu u u- u u ul 。0 0 01 0 0 01 0 0 。0二，：5 ；：；：! ：；虎：曩一；”! ij ；：一7 7 i蓬蓬三；! i；一一l 一：f 孵：；： ：。，t_ ； 引譬寸一一一- 7 一一 ! r e一l 。一o o i ：；o o ；+ t：；zi 一事女誓“? 一”：i 蔓一：l ij ：- 、i ：强“曩；一：。!：；随 _默一。蠢：日j ；j t 一；一一j -遣” 一i：卜o 露曩一一瓣黼| 曩l三点二卜jj一世一镳一兰! ：c d h a ? 譬”：j7 ：、二o k ：、：l7 、曩j 、产、j ：越：奠7 ：；：4 - 、：-：、：；j一。：1 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 0西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页j：，：；! ：；i z：，、一y ：r ：! x：一：! fq：。誊。；= 。二：“r _ i ：；i 一hh：t! ：! ：i_一a。“。一干一二：o ：t 一- i 一删一r ；乏! 附、h、- ：善o ，霹 fo蝴、)“0 00 001000 000 00 00i na i na i n种磷酸钙盐反应过程中不同时间点的平均粒度变化如图2 7 。52 02 5e ( m i n u t e )图7 反应过程中c a p 的粒度变化图酸钙的粒度随反应时间的推移，总体均呈现先上升然后略下降再上于稳定的趋势；在合成初期，颗粒尺寸快速增大，尤其是dcp。ha和ha的粒径主要集中在530强m，dcp的粒径主要集中在10100zm；三种钙盐的平均粒径：d c p c d h a h a 。j3i旦口里口c母me西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页2 3 4 比表面积检测结果三种磷酸钙盐的比表面积如表2 2 ，其中h a 的比较面积最大，c d h a的次之，d c p 的比较面积最小，这与文献中报道的顺序一致【6 9 1 ，但是比表面积的绝对值有一些差异，可能是由于测试的设备、试样条件的差异所致。表2 - 2 三种钙磷盐的比表面积2 4 讨论根据h a s m b 和c d h a s m b 的x r d 结果，可以看到加入s m b 后，衍射峰的位置和强度都对应的很好，而且没有其它的磷酸钙盐衍射峰出现，但是个别峰的强度有所增加，表明，s m b 的加入不影响h a 和c d h a 的相成分，但是可能影响某些晶面的取向生长。根据d c p s m b 的x r d 图，随着s m b 加入，各衍射峰的强度和宽度没有明显变化，但是d c p i s m b 的衍射峰较h a s m b 和c d h a s m b 要尖锐的多。表明d c p s m b 的结晶性较h s m b和c d h s m b 好。图2 7 是三种磷酸钙盐在反应过程中不同时间点的平均粒度变化图。从图中可以看到d c p 的平均粒径主要集中在5 0 , u r n ，c d h a 的平均粒径集中在1 5 , u r n ，h a 的平均粒径集中在1 0 , u r n 。相应的随着磷酸钙盐颗粒尺寸的增加，其比表面积减小。这是由于沉淀的形成过程，分为晶核形成和晶核长大两个过程。大致表示如图2 8 1 7 0 。西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页凝聚无定形沉淀r ，fj i 定向排列图2 - 8 沉淀形成过程图沉淀颗粒的大小，由聚集速度和定向速度的相对大小所决定。构晶离子聚集成晶核，进一步聚集成沉淀颗粒的速度成为聚集速度。构晶离子在自己的晶核上按一定顺序排列于晶格内，晶核就继续长大，这种定向排列的速度称为定向速度。在沉淀过程中，如果聚集速度大，而定向速度小，则生成的晶核数较多，来不及排列成晶格，就会得到无定形沉淀；反之，如果定向速度大于聚集速度，则构晶离子在自己的晶核上有足够的时间进行晶格排列，就得到晶形沉淀。聚集速度主要由溶液的过饱和程度决定。冯韦曼( v o n w c i m a r n ) 曾用经验公式描述了沉淀生成的初速度v ( 即聚集速度) 与溶液相对饱和度成正比的关系，如式( 2 - 4 ) ：v-k(q-s)s(式24)式中q 为加入沉淀剂时溶质的瞬间总浓度；s 为晶核的溶解度；q s 为过饱和度；k 为沉淀性质、温度和介质等因素有关的常数。如果沉淀的溶解度较大，生成沉淀物质的瞬间浓度较低，则相对过饱和度小，聚集速度小，就容易得到颗粒较大的晶形沉淀；反之，则易形成无定形沉淀或晶粒尺寸较小的沉淀。因此沉淀颗粒大小决定于沉淀时溶液中沉淀物质的过饱和度。因为三种磷酸钙盐的溶解度：d c p c d 地b h a ，所以溶液中三种磷酸钙盐的过饱和度：d c p c d 也峪h a 。d c p 容易生成颗粒较大的晶形沉淀。因此得到的沉淀平均粒径d c p c d 地吟h a ；这和实验得到的x r d 图和粒径变西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页化图吻合。由于d c p 的成核和晶体生长速度较快，因此加入的s m b 对其影响较小。2 。5 小结通过检测合成载中药磷酸钙的x r d ，f t - i r ，粒度和比表面积得到如下结论：1 、通过在湿法合成磷酸钙的过程中加入中药丹参，可制备各种载中药丹参的磷酸钙，丹参的加入对h a 和c d h a 的晶相无影响但导致其某些晶面的取向生长，而对d c p 基本无影响。，2 、三种磷酸钙盐丹参的红外吸收峰的位置未发生改变，丹参的有效成分有限，从而使得其特征峰不明显。3 ，由于d c p 成核和生长速率较h a 和c d h a 快，因此，d c p 易形成较大的颗粒，其粒径主要集中在的粒径主要集中1 0 1 0 0pm ，而h a 和c d h a的粒径主要集中在5 3 0i lm ，三种磷酸钙盐的平均粒径：d c p c d m 吟h a 。相应的三种磷酸钙盐的比表面积h a c d h a d c p ，表明三种磷酸钙的吸附性能h a c d h a d c p ，所以s m b 对h a 和c d h a 的影响大于对d c p的影响。西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页第