有序介孔材料负载荧光稀土-POSS配合物用于增强骨修复材料的制备及产品和应用的制作方法

本发明涉及一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法及其产品和应用，具体涉及一种以稀土介孔纳米材料为增强剂和荧光剂，生物可降解聚酯为基体，制备同时具有荧光效果和自增强效果的复合材料。本发明属于生物医用复合材料领域。

背景技术：

应用可降解聚合物材料作为骨修复和骨骼重建等方面已经得到了明显疗效，其临床应用研究也在不断增加，但是单一的可降解聚合物材料在降解后期力学支撑强度不足，材料体内降解速率与骨愈合速率不匹配等一直是限制其临床应用的主要问题，而生物可降解复合材料有望解决上述问题。

氧化硅基介孔材料具有一些优越的结构性质，如极高的比表面积，大的孔体积，可调的孔尺寸以及易于功能化性等，使其在作为聚合物的增强剂方面具有广泛应用。如run等（mater.chem.phys.2007,105,341）采用原位聚合的方法合成了pmma/mcm-41复合材料，对其力学行为研究表明mcm-41介孔材料的加入，改变了pmma的断裂机理和能耗方式，对其起到了增强增韧的作用。此外，相对于其他非硅材料的低生物相容性而言，氧化硅基介孔材料具有优良生物相容性。所以其在生物传感、生物成像与诊断、生物催化、骨修复与支架工程以及药物传递等方面亦有着广阔的应用前景。

笼型聚倍半硅氧烷，英文名称polyhedraloligomericsilsesquioxane，简称poss，通式(rsio3/2)n，其中r为八个顶角si原子所连接基团。poss是由si-o交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，在其八个顶角上si原子所连接的基团r可以为反应性或者惰性基团。

目前对可降解材料体内降解过程观察主要采用组织定量分析法进行检测和评价，组织定量分析法是通过观察不同时期组织切片中材料与组织所占的面积变化来估算材料的降解程度。但是这一方法需要制作大量的组织切片并将图像量化，整个过程费时费力。而稀土发光具有荧光穿透力强的特点，可以用来定量和直观的检测植入材料的体内降解过程而不需要手术过程。含有活性官能团的多面体低聚倍半硅氧烷（poss）可作为结构单元组装制备出不同特殊结构的杂化材料。在poss发光性能的研究中，poss改性有机高分子和金属-有机配合物均对其发光性能有一定的提高。如：将氨基poss与吡啶配体合成具有酰胺基团的有机无机杂化配体，再与稀土硝酸盐配合，得到光热稳定性强的发光稀土配合物。如中国发明专利申请号：201110056754.5涉及一种胺苯基poss改性的发光稀土配合物的制备方法。

技术实现要素：

针对现有荧光纳米颗粒容易团聚，荧光强度不高，生物相容性差等缺点，本发明目的在于提供一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法，以有序介孔氧化硅为载体，以氨基poss为传能配体敏化稀土离子发光的纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

1）、原位合成有序介孔材料负载氨基poss的制备

硅烷偶联剂修饰胺基poss。将一定量的氨基poss加入到100ml三颈瓶中，接着注入20mln,n-二甲基甲酰胺作为反应溶剂，在氮气保护下搅拌至其溶解，然后慢慢滴加三乙氧基硅基异氰酸丙酯（tepic），氨基poss与tepic的摩尔比为1:1~1:5；使反应体系维持在氮气氛围中，80˚c，搅拌回流6~48h，反应结束自然冷却，旋转蒸发仪除溶剂，得到黄色粘稠油状液体，记作poss-si；

将p123表面活性剂加入到去离子水中，35˚c下搅拌使之溶解，然后加入一定浓度的盐酸，在搅拌过程中慢慢滴加正硅酸乙酯(teos)和poss-si的混合溶液，使所述的p123/teos/poss-si/hcl/h2o反应物之间的摩尔比为0.0172/0.96/0.04/6/208.33，滴加完毕，继续在35˚c条件下搅拌24h后放入聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，100˚c下晶化12~48h，去离子水反复洗涤产物至中性；65˚c下烘干后，在索氏提取器中用乙醇提取2天，干燥得到有序介孔材料负载的poss，记为(sba-15)-poss；

2）、有序介孔材料负载稀土-poss配合物的制备

将一定量的介孔杂化材料(sba-15)-poss、稀土硝酸盐溶液以及林菲洛琳（phen）配体加入到乙醇溶液中，使re³⁺/(sba-15)-poss/phen的摩尔比例是1/3/1，搅拌下回流反应6~48h，抽滤，用乙醇反复洗涤得到固体样品粉末，65˚c下真空干燥，产物记为(sba-15)-poss-re(phen)纳米颗粒；

3）、聚乳酸表面改性有序介孔材料的制备

称取干燥好的(sba-15)-poss-re(phen)纳米颗粒，一定量的丙交酯（lla）和催化剂加入到除水除氧的甲苯溶剂中，lla与(sba-15)-poss-re(phen)纳米颗粒之间的质量比为1/1~10/1；在氮气保护和磁力搅拌下于120°c下反应12~48小时，冷却至室温，产物离心分离，用大量三氯甲烷（chcl3）溶剂洗涤除去未接枝于(sba-15)-poss-re(phen)表面的plla；最后分离出的沉淀产物在50°c下真空干燥至恒重，得到plla修饰的纳米颗粒，产物记为plla-(sba-15)-poss-re(phen)；

4）、聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料的制备

首先将聚酯共聚物以5~20w/v%的浓度溶解在ch2cl2溶剂中，其次，将修饰过后的plla-(sba-15)-poss-re(phen)干燥颗粒加入到聚酯共聚物溶液中，通过磁力搅拌和超声处理将其混合均匀后转移至石英盒中自然挥发干燥，最后于常温下真空干燥至恒重，即得到聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料，其中plla-(sba-15)-poss-re(phen)颗粒的添加量为：1-20wt%。

本发明方法对同时具有增强剂和荧光剂作用的纳米颗粒进行聚合物修饰后加入到需要提升力学性能的聚酯基体中，不仅使可降解聚合物满足骨修复材料的要求，并且可以直接在体内观察骨修复材料的降解。

本发明解决了可降解材料后期力学支撑不足，降解行为无法体外观测等挑战，以可降解聚乳酸基无规共聚物为基体，以聚乳酸改性过后的稀土介孔材料为增强剂和荧光剂，制备同时具有自增强效果以及可体外观测降解过程的骨修复材料。

所述的稀土硝酸盐溶液为：硝酸铽、硝酸铕、硝酸镱、硝酸铥具有荧光特性的稀土硝酸盐中的一种。

所述的有序介孔材料的结构指标为：孔径为2-10nm，孔体积为0.5~1.5cm³/g，bet比表面积为500~1500m²/g。

所述的硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、双（2-羟乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。

所述的催化剂为辛酸亚锡、氧化锌、锌、氯化锌中的一种。

所述的聚酯基主要是聚乳酸及其共聚物为聚左旋乳酸（plla）、聚右旋乳酸（pdla）、聚d,l-丙交酯（pdlla）、聚乳酸-羟基乙酸（plga）、聚乳酸-己内酯（pla-pcl）、聚乳酸-三亚甲基碳酸酯-乙交酯（pltg）中的一种。

本发明提供一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料，根据上述任一所述方法制备得到。

本发明提供一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料在骨修复中的应用

本发明将具有规整结构单元的多面体低聚倍半硅氧烷作为敏化稀土离子发光的配合物，然后将其负载到有序介孔材料中，有利于提高稀土元素发光效率和稳定性，同时提高稀土元素的生物相容性。进一步采用化学接枝的方法在介孔材料基体上涂覆一层低聚物聚乳酸，来提高纳米颗粒的相容性。本发明制备的新型纳米颗粒可以作为增强剂、相容剂以及荧光剂通过溶液共混的方法加入到聚酯基体中，不仅增加了聚合物的力学性能，同时可起到实时监控修复材料在体内的降解行为，拓展了可降解聚酯基体在骨修复材料领域的应用。

通过该方法得到的可降解复合骨修复材料，不仅具有稳定的荧光性能，便于体内直接观察材料降解行为，且力学强度较纯有机聚合物得到较大提升，可应用于性能指标要求较高的承重骨部位的骨修复材料使用。该发明制备工艺简单，可操作性强，无机纳米材料的加入量少，易加工成型，所得复合材料能满足临床应用的需求。

附图说明

图1为实施例1所制备的荧光稀土有序介孔纳米颗粒（(sba-15)-poss-tb(phen)）的sem图；

图2为实施例1所制备的荧光稀土有序介孔纳米颗粒（(sba-15)-poss-tb(phen)）的tem图；

图3为实施例1所制备的(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的激发（a）和发射（b）荧光谱图；

图4为实施例1所制备的聚酯和添加5%含量的plla-(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的复合材料的应力应变曲线；

图5为实施例2所制备的荧光稀土有序介孔纳米颗粒（(sba-15)-poss-eu(phen)）的sem图；

图6为实施例2所制备的荧光稀土有序介孔纳米颗粒（(sba-15)-poss-eu(phen)）的tem图；

图7为实施例2所制备的(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒的激发（a）和发射（b）荧光谱图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法，以有序介孔氧化硅为载体，以氨基poss为传能配体敏化稀土离子发光的纳米材料的制备方法，按如下步骤：

1）、原位合成有序介孔材料负载的poss的制备

硅烷偶联剂修饰胺基poss：将1mmol，0.875g氨基poss加入到100ml三颈瓶中，接着注入20mldmf，在氮气保护下搅拌至其完全溶解，然后，慢慢滴加2mmol0.500g的tepic，氮气氛围中于80˚c搅拌回流12h，旋转蒸发仪除溶剂，反应结束自然冷却、除溶剂，得到黄色粘稠油状液体，得poss-si；

将1.0gp123表面活性剂加入到7.5g去离子水中，35˚c下搅拌溶解后加入30g2mmol盐酸，然后在搅拌过程中慢慢滴加正硅酸乙酯(teos)和poss-si的混合溶液，滴加完毕，继续在35˚c条件下搅拌24h后放入聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，100˚c条件下晶化48h，去离子水反复洗涤产物至中性。65˚c下烘干后，在索氏提取器中用乙醇提取2天，干燥得到白色固体粉末为介孔杂化材料，记为(sba-15)-poss；

2）、有序介孔材料负载稀土-poss配合物的制备

将介孔杂化材料sba-15-poss、稀土硝酸铽以及林菲洛琳（phen）配体加入到乙醇溶液中，以摩尔比tb³⁺：sba-15-poss：phen=1：3：1加入到的乙醇溶液中，搅拌下回流反应12h，抽滤，用乙醇反复洗涤得到固体样品粉末，65˚c下真空干燥，得到(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒。

3）、聚乳酸表面改性有序介孔材料的制备

将1g(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒到除水除氧的反应瓶中，氮气保护和磁力搅拌下，加入硅烷偶联剂0.0016mlsn(oct)2和5g丙交酯溶解在40ml除水除氧的甲苯溶剂中，120°c下反应24h。离心分离，用大量三氯甲烷（chcl3）洗涤除去未接枝于(sba-15)-poss-tb(phen)表面的plla。最后，分离出的沉淀产物在50°c下真空干燥，得到plla修饰的纳米颗粒plla-(sba-15)-poss-tb(phen)；

4）、聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料的制备

具有荧光功能的增强型复合材料膜通过超声分散和溶液浇筑方法制备：首先将丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯的摩尔比为90/5/5的聚（乳酸-乙交酯-三亚甲基碳酸酯）（plgt）三元共聚物，溶解在二氯甲烷溶剂中，浓度为10w/v%；其次，将质量分数为5wt%的plla-(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒加入到上述共聚物溶液中，通过磁力搅拌和超声波处理分散均匀后转移至石英盒中自然挥发，待常温下真空干燥至恒重，得到有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物与聚酯共聚物的增强型可降解骨修复材料，即聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料。

图1为(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的sem图。由图可见，该纳米颗粒尺寸大约为600nm，呈蠕虫状，组成平均尺寸为2μm的绳状物。

图2为(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的tem图。由图可见，该纳米材料具有有序介孔材料的六方对称结构。

图3为(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的激发（a）和发射（b）荧光谱图。由图可见，材料展示了稀土铽离子的绿光特征发射峰。

图4为纯聚酯聚合物和添加5%含量的plla-(sba-15)-poss-tb(phen)纳米颗粒的复合材料的应力应变曲线。由图可见，在添加一定量的该新型无机纳米颗粒以后，复合材料的力学性能较纯聚酯共聚物明显增加。

实施例2

一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法，步骤与实施例1近似，按下述步骤：

1）、原位合成有序介孔材料负载的poss的制备

硅烷偶联剂修饰胺基poss：将1mmol，0.875g氨基poss加入到100ml三颈瓶中，接着注入20mldmf，在氮气保护下搅拌至其溶解，氮气保护下搅拌至其完全溶解后慢慢滴加2mmol0.500g的tepic，氮气氛围中于80˚c搅拌回流12h，，反应结束自然冷却，旋转蒸发仪除溶剂，得到黄色粘稠油状液体，记作poss-si得poss-si；

将1.0gp123表面活性剂加入到7.5g去离子水中，35˚c下搅拌溶解后加入30g2mmol盐酸，然后在搅拌过程中慢慢滴加正硅酸乙酯(teos)和poss-si的混合溶液，滴加完毕，继续在35˚c条件下搅拌24h后放入聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，100˚c条件下晶化48h，洗涤产物至中性；65˚c下烘干后，在索氏提取器中用乙醇提取2天，干燥得到白色固体粉末为介孔杂化材料，记为(sba-15)-poss；

2）、有序介孔材料负载稀土-poss配合物的制备

将介孔杂化材料(sba-15)-poss、稀土硝酸铕溶液以及林菲洛琳（phen）配体加入到乙醇溶液中，以摩尔比eu³⁺：sba-15-poss：phen=1：3：1加入到稀土硝酸的乙醇溶液中，搅拌下回流反应12h，抽滤，用乙醇反复洗涤得到固体样品粉末，65˚c下真空干燥，得到(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒；

3）、聚乳酸表面改性有序介孔材料的制备

将1g(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒，0.0016mlsn(oct)2和5g丙交酯溶解在40ml除水除氧的甲苯溶剂中，在氮气保护和磁力搅拌下于120°c下反应24h；冷却至室温，离心分离，用大量三氯甲烷洗涤除去未接枝于(sba-15)-poss-eu(phen)表面的plla。最后，分离出的沉淀产物在50°c下真空干燥至恒重，得到plla修饰的纳米颗粒plla-(sba-15)-poss-eu(phen)。

4）、聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料的制备

具有荧光功能的增强型复合材料膜通过超声分散和溶液浇筑方法制备：首先将丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯的摩尔比为90/5/5的聚（乳酸-乙交酯-三亚甲基碳酸酯）（plgt）三元共聚物，溶解在二氯甲烷溶剂中，浓度为10w/v%；其次，将质量分数为5wt%的plla-(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒加入到上述共聚物溶液中，通过磁力搅拌和超声波处理分散均匀后转移至石英盒中自然挥发，待常温下真空干燥至恒重，得到有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物与聚酯共聚物的增强型可降解骨修复材料，即聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料。

图5为(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒的sem图。由图可见，该纳米颗粒尺寸大约为600nm，呈蠕虫状，组成平均尺寸为2μm的绳状物。

图6为(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒的tem图。由图可见，该纳米材料具有有序介孔材料的六方相结构。

图7为(sba-15)-poss-eu(phen)纳米颗粒的激发（a）和发射（b）荧光谱图。由图可见，材料展示了稀土铕离子的绿光特征发射峰。

实施例3

一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法，步骤与实施例1近似，按下述步骤：

1）、原位合成有序介孔材料负载的poss的制备

将1mmol，0.875g氨基poss，溶解在20mldmf中，氮气保护下搅拌至其完全溶解后慢慢滴加2mmol0.500g的tepic，氮气氛围中于80˚c搅拌回流12h，旋转蒸发仪除溶剂，得poss-si；

将1.0gp123表面活性剂加入到7.5g去离子水中，35˚c下搅拌溶解后加入30g2mmol盐酸，然后在搅拌过程中慢慢滴加正硅酸乙酯(teos)和poss-si的混合溶液。滴加完毕，继续在35˚c条件下搅拌24h，100˚c条件下晶化48h，洗涤产物至中性，65˚c下烘干后，在索氏提取器中用乙醇提取2天，干燥得到白色固体粉末为介孔杂化材料，记为(sba-15)-poss。

2）、有序介孔材料负载稀土-poss配合物的制备

将一定量的介孔杂化材料sba-15-poss以摩尔比yb³⁺：sba-15-poss：phen=1：3：1加入到稀土硝酸镱的乙醇溶液中，搅拌下回流反应12h，抽滤，用乙醇反复洗涤得到固体样品粉末，65˚c下真空干燥，得到(sba-15)-poss-yb(phen)纳米颗粒。

3）、聚乳酸表面改性有序介孔材料的制备

将1g(sba-15)-poss-yb(phen)纳米颗粒，0.0016mlsn(oct)2和5g丙交酯溶解在40ml除水除氧的甲苯溶剂中，120°c下反应24h。离心分离，用大量三氯甲烷洗涤除去未接枝于(sba-15)-poss-yb(phen)表面的plla。最后，分离出的沉淀产物在50°c下真空干燥，得到plla修饰的纳米颗粒plla-(sba-15)-poss-yb(phen)。

4）、聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料的制备

具有荧光功能的增强型复合材料膜通过超声分散和溶液浇筑方法制备：首先将丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯的摩尔比为90/5/5的聚（乳酸-乙交酯-三亚甲基碳酸酯）（plgt）三元共聚物，溶解在二氯甲烷溶剂中，浓度为10w/v%。其次，将质量分数为5wt%的plla-(sba-15)-poss-yb(phen)纳米颗粒加入到上述共聚物溶液中，通过磁力搅拌和超声波处理分散均匀后转移至石英盒中自然挥发，待常温下真空干燥至恒重，即得到有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物与聚酯共聚物的增强型可降解骨修复材料。

实施例4

一种有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物用于增强骨修复材料的制备方法，步骤与实施例1近似，按下述步骤：

1）、原位合成有序介孔材料负载的poss的制备

将1mmol，0.875g氨基poss，溶解在20mldmf中，氮气保护下搅拌至其完全溶解后慢慢滴加2mmol0.500g的tepic，氮气氛围中于80˚c搅拌回流12h，旋转蒸发仪除溶剂，得poss-si；

将1.0gp123表面活性剂加入到7.5g去离子水中，35˚c下搅拌溶解后加入30g2mmol盐酸，然后在搅拌过程中慢慢滴加正硅酸乙酯(teos)和poss-si的混合溶液。滴加完毕，继续在35˚c条件下搅拌24h，100˚c条件下晶化48h，洗涤产物至中性。65˚c下烘干后，在索氏提取器中用乙醇提取2天，干燥得到白色固体粉末介孔杂化材料，记为(sba-15)-poss。

2）、有序介孔材料负载稀土-poss配合物的制备

将一定量的介孔杂化材料sba-15-poss以摩尔比tm³⁺︰sba-15-poss︰phen=1︰3︰1加入到稀土硝酸铥的乙醇溶液中，搅拌下回流反应12h，抽滤，用乙醇反复洗涤得到固体样品粉末，65˚c下真空干燥，得到(sba-15)-poss-tm(phen)纳米颗粒。

3）、聚乳酸表面改性有序介孔材料的制备

将1g(sba-15)-poss-tm(phen)纳米颗粒，0.0016mlsn(oct)2和5g丙交酯溶解在40ml除水除氧的甲苯溶剂中，120°c下反应24h。离心分离，用大量三氯甲烷洗涤除去未接枝于(sba-15)-poss-tm(phen)表面的plla。最后，分离出的沉淀产物在50°c下真空干燥，得到plla修饰的纳米颗粒plla-(sba-15)-poss-tm(phen)。

4）、聚酯/荧光有序介孔复合可降解骨修复材料的制备

具有荧光功能的增强型复合材料膜通过超声分散和溶液浇筑方法制备。首先将丙交酯/乙交酯/三亚甲基碳酸酯的摩尔比为90/5/5的聚（乳酸-乙交酯-三亚甲基碳酸酯）（plgt）三元共聚物，溶解在二氯甲烷溶剂中，浓度为10w/v%。其次，将质量分数为5wt%的plla-(sba-15)-poss-tm(phen)纳米颗粒加入到上述共聚物溶液中，通过磁力搅拌和超声波处理分散均匀后转移至石英盒中自然挥发，待常温下真空干燥至恒重，即得到有序介孔材料负载荧光稀土-poss配合物与聚酯共聚物的增强型可降解骨修复材料。