一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及氧化铈/介孔硅复合材料制备领域，具体涉及一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

慢性难愈性皮肤创伤给患者带来痛苦，同时给医疗卫生系统带来沉重的负担。由于慢性难愈性创伤具有很高的致残率和致死率，亟需开发新的治疗手段弥补现存治疗手段的不足。据统计，仅在美国慢性难愈性创伤患者就大约有650万，每年用于慢性难愈性创伤的花费就超过250亿美元，而且可以预见，随着肥胖症，糖尿病的发病率越来越高，这一数字还将继续增长。

对正常伤口愈合过程所必需的各种分子细胞信号的功能缺失或者受到干扰是形成慢性难愈性创伤的根本原因。此外，外界环境中的微生物持续侵入创面也会导致慢性炎症反应，更加不利于创面的愈合。已有文献报道，慢性炎症反应与肿瘤的产生存在一定相关性。除了慢性难愈性创伤以外，促进由肝，肾，肺，心脏等内脏手术造成的伤口的愈合和器官功能的恢复也是当前一个比较棘手的医学难题。对于由肝，肾，肺，心脏等内脏手术造成的伤口，手术缝合和聚合物黏合剂是目前常用而且行之有效的治疗手段。但是对于肝脏，肺等软结缔组织来说，手术缝合会造成一定的器官损害。聚合物黏合剂也因为控制体内的聚合或者交联反应的条件过于复杂和在湿润的体内环境中作用有限等原因限制了其应用范围。

针对某些内脏器官柔软湿润的特点和导致慢性难愈性创伤的诸多外在内在因素，最近的一些基础研究和临床前研究显示纳米粒子在促进各种原因造成的创伤愈合方面具有巨大的潜力。ludwikleibleretal.的研究成果发现在室温条件下一滴硅纳米粒子溶液能在两块单独的水凝胶之间产生快速强烈的黏合作用。在动物皮肤创伤和内脏手术创伤模型上ludwikleibleretal.的实验结果表明与在水凝胶上的结果一致，纳米粒子溶液能够借助一种所谓的纳米桥联效应加速伤口的愈合。

但是已有研究结果表明，由于缺乏谷胱甘肽，维生素e等内源性的抗氧化剂，使得不能中和创伤处升高的活性氧簇是糖尿病和年龄老化等形成慢性难愈性创伤的原因之一。因此，现有技术中只通过纳米桥联效应加速伤口的愈合，没有运用抗氧化剂来平衡创伤处的活性氧簇，加速伤口愈合的效果不明显。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料及其制备方法和应用。

本发明提供的技术方案如下：

一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料，包含配体转换的氧化铈纳米晶和氨基修饰的介孔硅纳米粒子，所述的配体转换的氧化铈纳米晶修饰于氨基修饰的介孔硅纳米粒子的表面；配体转换的氧化铈纳米晶与氨基修饰的介孔硅纳米粒子的质量比为1～20；所述的配体转换的氧化铈纳米晶利用2-溴代异丁酸进行配体转换。

本发明提供的上述氧化铈/介孔硅的纳米复合材料能够平衡创面的活性氧自由基水平，降低炎症水平，并利用纳米桥联效应发挥黏合作用。首先，介孔硅纳米粒子具有纳米桥联效应，能够促进创伤愈合；其次，氧化铈纳米晶能够平衡创伤处升高的活性氧簇，进而减少活性氧簇对创伤周围环境的细胞膜和蛋白质的氧化损害作用，将能中和活性氧簇的氧化铈纳米晶用于创伤修复，能够弥补内源性抗氧化剂的不足。为了将氧化铈纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面，先利用2-溴代异丁酸对氧化铈纳米晶进行配体转换，再对介孔硅纳米粒子表面进行氨基修饰，有利于两者之间的复合，最终使得两种材料复合后性能进一步的提升。

作为优选，所述的配体转换的氧化铈纳米晶的粒径为1～10nm，所述的氨基修饰的介孔硅纳米粒子的粒径为5～500nm。氧化铈纳米晶与介孔硅纳米粒子所属粒径范围，便于氧化铈纳米晶均匀得修饰于介孔硅纳米粒子的表面，得到形貌与性能优异的复合材料。

本发明还提供一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将醋酸铈水合物和油胺加入到二甲苯中，在85℃～95℃下反应3～6h，老化、沉淀，得到氧化铈纳米晶；

2)对步骤1)中得到的氧化铈纳米晶，利用2-溴代异丁酸进行配体转换，得到配体转换的氧化铈纳米晶；

3)然后将十六烷基三甲基氯化铵和三乙醇胺溶于水，在90℃～100℃下反应0.5～5h，继续加入正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷反应0.5～5h，离心，洗涤，得到氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子；

4)将配体转换的氧化铈纳米晶和氨基修饰的介孔硅纳米粒子加入到乙醇中，在45℃～55℃下反应8～15h，得到氧化铈/介孔硅的纳米复合材料。

采用上述制备方法，能够制备出氧化铈/介孔硅的纳米复合材料，该复合材料既能借助氧化铈纳米晶平衡创面的活性氧自由基水平，降低炎症水平，又能利用介孔硅纳米粒子的纳米桥联效应发挥黏合作用，因此，两种材料的优势相互辅助，使得氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的性能进一步得到提升。

作为优选，所述的步骤1)中醋酸铈水合物与油胺的质量比为1:7～9。

作为优选，所述的步骤3)中十六烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、正硅酸乙酯与3-氨丙基三乙氧基硅烷的投料比为：1.5～2.5g：0.03～0.05g：1.4～1.6ml：0.14～0.16ml。

作为优选，所述的步骤4)中配体转换的氧化铈纳米晶与氨基修饰的介孔硅纳米粒子的质量比为1～20。通过调控两者之间的质量比，控制氧化铈/介孔硅的纳米复合材料中配体转换的氧化铈纳米晶的含量，使得配体转换的氧化铈纳米晶易于修饰于氨基修饰的介孔硅纳米粒子表面，便于形貌的调控以及氧化铈纳米晶的修饰。

作为优选，所述的步骤2)中配体转换是指，将步骤1)中得到的氧化铈纳米晶、2-溴代异丁酸和柠檬酸依次加入到氯仿和n-n二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌20～30h。配体转换是为了将氧化铈纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面。

作为优选，所述的2-溴代异丁酸与氧化铈纳米晶的质量比为：20～60。

本发明还提供一种氧化铈/介孔硅的纳米复合材料在创伤愈合中的应用。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)氧化铈/介孔硅新型纳米复合材料能够平衡创面的活性氧自由基水平，降低炎症水平，利用纳米桥联效应发挥黏合作用等机制促进急慢性创伤愈合和组织修复。

(2)本发明涉及反应体系温和，条件可控，所制备的材料均具有良好的生物相容性，具有良好的临床转化可能性。

附图说明

图1为实施例1中的配体转换的氧化铈纳米晶的x射线衍射图；

图2为实施例1中的配体转换的氧化铈纳米晶的透射电子显微镜照片；

图3为实施例1中的氨基修饰的介孔硅纳米粒子的透射电子显微镜照片；

图4为实施例1中的氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的透射电子显微镜照片；

图5为实施例1中的氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的扫描透射电子显微镜照片；

图6为实施例1中的氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的元素分布图；

图7为应用例中的氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的mts细胞活性定量分析结果图；

图8为本发明中的不同材料处理sd大鼠创伤模型愈合速率，其中msn-ceria为氧化铈/介孔硅的纳米复合材料，msn为介孔硅纳米粒子，control为空白试验；

图9为本发明中的不同材料的处理sd大鼠创伤模型的图片，其中msn-ceria为氧化铈/介孔硅的纳米复合材料，msn为介孔硅纳米粒子，control为空白试验。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和附图详细阐述本发明氧化铈/介孔硅纳米复合材料的制备及其在促进创伤愈合中的应用。

实施例1

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和3.2g油胺加入到15ml二甲苯中，室温搅拌4小时，以2摄氏度每分钟的升温速速升至90摄氏度；将1ml去离子水注射到反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。将合成得到的氧化铈纳米晶、0.5g2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时即得。

对得到的配体转换的氧化铈纳米晶进行x射线衍射，如附图1所示；并且对配体转换的氧化铈纳米晶用透射电镜进行形貌表征，如图2所示。

(2)氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的合成：将2g十六烷基三甲基氯化铵和0.02g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.5ml和150μl3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应0.5～1h。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子。

对制备得到的氨基修饰的介孔硅纳米粒子进行透射电子显微镜形貌表征，如图3所示。

(3)氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的合成：将5ml配体转换的浓度为0.6mm氧化铈纳米晶的乙醇溶液和1ml的0.5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的乙醇溶液在45摄氏度反应12小时即可得到氧化铈/介孔硅的纳米复合材料。对得到氧化铈/介孔硅的纳米复合材料进行透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜，所得结果如图4和5所示，氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的直径为50～60nm；另外还进行了元素分析，如图6所示，可知灰色的球指的是介孔硅，白色点指的是氧化铈。

实施例2

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和3.6g油胺加入到二甲苯中，室温搅拌6小时，以2摄氏度每分钟的升温速速升至95摄氏度；将1ml去离子水注射到惰性气体保护的反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。将合成得到的氧化是纳米晶、0.5g2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时即得。

(2)氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的合成：将2.4g十六烷基三甲基氯化铵和0.05g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.4ml和160μl3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子。

(3)氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的合成：将8ml配体转换的浓度为0.6mm氧化铈纳米晶的乙醇溶液和1ml的0.5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子在乙醇体系中50摄氏度反应12小时即可得到氧化铈/介孔硅的纳米复合材料。

实施例3

(1)氧化铈纳米晶的合成和配体转换：将0.4g醋酸铈水合物和2.8g油胺加入到二甲苯中，室温搅拌3小时，以2摄氏度每分钟的升温速速升至88摄氏度；将1ml去离子水注射到惰性气体保护的反应体系中，老化三小时，丙酮沉淀，离心得到氧化铈纳米晶。将合成得到的氧化是纳米晶、0.5g的2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时即得。

(2)氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的合成：将2g十六烷基三甲基氯化铵和0.04g三乙醇胺加入到20ml去离子水中，搅拌升温至95摄氏度，加入正硅酸乙酯1.4ml和160μl3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌反应。通过离心和1wt％氯化钠甲醇溶液洗去模板剂即可得到氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子。

(3)氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的合成：将4ml配体转换的浓度为0.6mm氧化铈纳米晶的乙醇溶液和1ml的0.5mg/ml氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子在乙醇体系中60摄氏度反应12小时即可得到氧化铈/介孔硅的纳米复合材料。

应用例

氧化铈/介孔硅的纳米复合材料用于sd大鼠促进皮肤创伤愈合

体外生物相容性评价：选择人皮肤成纤维细胞株(hsf)考察不同浓度介孔硅纳米材料和氧化铈/介孔硅的纳米复合材料的体外生物相容性。mts细胞活性定量分析结果如图7所示，不同浓度组细胞成活率均在80％以上，表明介孔硅纳米材料(msn)和氧化铈/介孔硅的纳米复合材料(msn-ceria)均具有良好的体外生物相容性。

皮肤创伤模型的建立与结果分析：按照4ml/kg的给药剂量将10wt％水合氯醛给sd大鼠腹腔注射麻醉，剔除背部毛发，在背部划一个2厘米长的全皮厚度的伤口。将大鼠随机分成3组，每组5只。3组大鼠背部创伤处分别给空白(control)、50μl10mg/ml介孔硅纳米粒子水分散溶液(msn)、50μl10mg/ml氧化铈/介孔硅的纳米复合材料水分散溶液(msn-ceria)。在指定时间点记录各组伤口长度恢复情况。伤口的修复速率如图8所示，图9为大鼠背部创伤在第一日与第九日的照片。

以上所述实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改，补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。