一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料及其制备方法和应用 (Multifunctional bioactive glass ceramic nano material and preparation method and application thereof ) 是由 雷波 牛雯 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料及其制备方法和应用,方法包括以下步骤：基于溶胶凝胶模板法以TEOS、TEP、四水硝酸钙分别作为硅源、磷源和钙源合成BGN；将BGN与乙酰丙酮钼混合并通过水热反应得到钼掺杂的生物活性微晶玻璃纳米材料。本发明使用的溶胶-凝胶模板法和水热法的方法环保、操作方便、原料成本低；制备的Mo-BGN具有优异的光热性能、抗氧化性能、生物相容性、抗炎性质和促血管能力,同时,在近红外激光照射下Mo-BGN也表现出抗菌和抗肿瘤性质,因此该纳米材料在感染/肿瘤术后组织再生中有着很好的应用前景。(The invention discloses a multifunctional bioactive glass ceramics nano material and a preparation method and application thereof, wherein the method comprises the following steps: synthesizing BGN by respectively taking TEOS, TEP and calcium nitrate tetrahydrate as a silicon source, a phosphorus source and a calcium source based on a sol-gel template method; mixing BGN and molybdenum acetylacetonate, and carrying out hydrothermal reaction to obtain the molybdenum-doped bioactive glass ceramic nano material. The sol-gel template method and the hydrothermal method used in the invention are environment-friendly, convenient to operate and low in raw material cost; the prepared Mo-BGN has excellent photo-thermal property, oxidation resistance, biocompatibility, anti-inflammatory property and blood vessel promoting capability, and simultaneously, the Mo-BGN also shows antibacterial and anti-tumor properties under the irradiation of near-infrared laser, so the nano material has good application prospect in tissue regeneration after infection/tumor operation.)
技术领域
本发明属于可降解生物医用材料技术领域，具体涉及一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
皮肤作为抵御病毒入侵的第一道防线，不可避免地面临着严重癌变和创伤的威胁。虽然皮肤肿瘤治疗和创面修复各有成熟的治疗方案，但肿瘤与创面的协同治疗仍然是一个重大的临床挑战。特别是对于局部实体瘤的术后治疗，不仅存在肿瘤复发的风险，而且肿瘤残留部位的慢性炎症微环境对肿瘤手术切除引起的大量组织缺损的愈合也有负面影响。近年来，随着生物材料研究的不断深入，开发具有治疗、修复目的可降解生物平台是皮肤相关疾病治疗成功的关键。虽然目前开发的多功能生物材料在肿瘤治疗、组织修复领域具有应用优势，但多种功能组分的叠加增加了制备与降解难度，并且治疗和修复的效率仍有待提高。
目前，在合成型生物可降解材料的使用中，生物活性玻璃纳米颗粒(BGN)因其结构可控、生物降解性优异、合成技术简单和制备成本低廉，在包括药物/基因传递、肿瘤治疗和组织修复等的生物医学应用中具有明显优势。但目前BGN的研究与应用还处于初级阶段，还存在易团聚、缺乏修饰位点等困难与挑战。但随着临床需求的复杂化，通过对BGN的组分进行控制，设计含其他功能离子的多功能BGN是解决应用难题的有效办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料及其制备方法，该方法工艺简单，获得的纳米材料具有良好的生物相容性、抗氧化性能和光热性能，在对感染/肿瘤治疗和术后组织修复上展现出巨大的应用优势。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
基于溶胶凝胶模板法以正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙分别作为硅源、磷源和钙源合成生物活性玻璃纳米颗粒；
将生物活性玻璃纳米颗粒与乙酰丙酮钼混合并通过水热反应得到钼掺杂的生物活性微晶玻璃纳米材料。
作为本发明的进一步改进，合成生物活性玻璃纳米颗粒的具体方法为：
将模板剂加入溶剂中搅拌直至充分溶解得混合溶液，加入正硅酸乙酯，充分反应后加入磷酸三乙酯和四水硝酸钙的水溶液，充分反应至结束；反应产物通过离心、洗涤，待冷冻干燥后煅烧得到生物活性玻璃纳米颗粒。
作为本发明的进一步改进，所述模板剂为十二胺或溴代十六烷基吡啶。
作为本发明的进一步改进，所述模板剂为十二胺，向无水乙醇与去离子混合液中加入十二胺，搅拌直至充分溶解得混合溶液。
作为本发明的进一步改进，所述模板剂为溴代十六烷基吡啶，将溴代十六烷基吡啶和尿素完全溶解在含有环己烷和去离子水的混合溶液中，搅拌充分后加入异丙醇，搅拌直至充分溶解得混合溶液。
作为本发明的进一步改进，水热反应的具体方法为：
将乙酰丙酮钼与生物活性玻璃纳米颗粒以(3～18):1的质量比完全分散在乙醇溶液中，超声处理使其混合均匀；在160～200℃进行水热反应，得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料。
作为本发明的进一步改进，BGN的化学组成为80SiO2-16CaO-4P2O5和60SiO2-36CaO-4P2O5。
一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料，由所述方法制得。
微晶玻璃纳米材料具有晶态与非晶态结构，Mo的价态以+4和+6两种形式存在。
一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料作为感染/肿瘤术后组织再生的修复材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明针对传统生物活性玻璃材料所存在的功能单一、表面修饰位点有限等缺点，提供了一种可用于感染/肿瘤术后组织再生的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料的制备方法，该方法首先以经典的溶胶-凝胶模板法或改进的模板法合成BGN颗粒，再以人体微量元素钼为掺杂离子，通过水热反应得到多价态钼掺杂的生物活性微晶玻璃材料(Mo-BGN)；将该微晶玻璃材料通过原位涂覆的方式作用于感染创面或肿瘤术后创面，以发挥其抗菌-抗肿瘤-组织愈合的多功能作用。本发明使用的离子掺杂技术具有掺杂离子丰富、掺杂流程简易、产物形貌可控等优势，所涉及的模板合成技术和水热合成方法安全环保、操作方便、成本低廉。实验结果证明：该方法制得的钼掺杂的生物活性材料为钼酸钙(CaMoO4)、二氧化钼(MoO2)和非晶玻璃组成的微晶玻璃，具有较强的光热升温能力和优异的抗氧化性能，其良好的生物相容性、光热抗肿瘤和光热抗菌作用能够有效的杀死肿瘤细胞与细菌，同时促进内皮细胞的迁移，并且表现出一定的促组织修复效应。本发明中所使用的BGN具有良好的生物相容性和可降解性，通过钼的掺杂，赋予BGN额外的抗菌、抗肿瘤功能，合成的Mo-BGN不仅不会引起免疫原性反应，还能通过抗菌、促血管化作用在创面愈合涉及的炎症期和增殖期发挥相应的功能。
本发明还具有以下优点：
1)本发明所使用的BGN合成方法为溶胶-凝胶模板法，模板-催化剂十二胺(DDA)或溴代十六烷基吡啶(CPB)都属于表面活性剂，溶解性良好，且廉价易得；尤其是利用模板-催化剂CPB合成的BGN具有枝状形貌，其较大的比表面积为离子掺杂提供丰富的位点。
2)本发明利用乙酰丙酮钼的水热反应对BGN进行改性，通过简单的合成工艺使得传统的生物活性材料展示出多功能的生物活性，相比于纳米复合材料具有工艺简单、性能稳度的优势。
3)本发明中钼离子的掺杂，使Mo-BGN具有优异的光热性能和抗氧化性；其光热性能产生的原因可能是Mo-BGN中MoO2的局域表面等离子共振(LSPR)效应，抗氧化性归因于Mo-BGN的氧空位结构可以高效捕获自由基。
4)本发明中Mo离子的掺杂不会对BGN固有的血液相容性和细胞相容性产生影响，这主要是因为Mo元素作为一种人体内的微量元素对生命的正常代谢不会产生不良影响。
5)本发明中制备的Mo-BGN在激光照射下具有生物相容性光热温度(42℃)，这一温度可以选择性地对细菌和肿瘤细胞产生不可逆损伤，同时不影响正常组织细胞的细胞活力；体外细胞迁移、抗炎和促血管实验综合表明，Mo-BGN的抗氧化活性和生物活性玻璃成分(Si和Ca)对创面环境具有持续的促内皮细胞迁移、抗炎和促血管生成作用，为感染型创面和肿瘤术后创面的修复提供了有利条件。
附图说明
图1是本发明纳米材料的结构示意图；
图2是本发明合成的可用于感染/肿瘤术后组织再生的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料的15Mo-BGN(乙酰丙酮钼：BGN＝15:1)TEM形貌照片；
图3是制得的15Mo-BGN的物理化学表征结果。其中，图3A为FTIR光谱；图3B为XRD图谱；图3C为XPS能谱；图3D为UV-Vis-NIR光谱；
图4为本发明制得的15Mo-BGN的光热和抗氧化特性。图4A为808nm激光照射的样品的温度随照射时间的变化曲线；图4B为循环稳定性曲线；图4C为DPPH溶液经材料孵育30分钟后溶液的UV-Vis光谱；图4D为抗氧化率；
图5为本发明制得的生物活性微晶玻璃纳米材料在激光作用前后对金黄色葡萄球菌(S.aureus，图5A)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA，图5B)、人脐静脉内皮细胞(HUVEC，图5C)和人恶性黑色素瘤细胞(A375，图5D)毒性的测定结果，“+”表示激光照射；
图6为本发明制得的15Mo-BGN的抗炎促血管化作用。其中，图6A为炎症因子TNF-α表达结果；图6B为炎症因子IL-1β表达结果；图6C为抗炎因子IL-10表达结果；图6D为相对血管因子(CD31)表达结果；
图7为本发明制得的生物活性微晶玻璃纳米材料的感染/肿瘤术后组织再生作用结果。其中，图7A为MRSA感染型皮肤创面修复的宏观结果；图7B为肿瘤部分切除型皮肤创面修复的宏观结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明致力于制备一种具有良好的生物相容性和抗菌抗肿瘤的生物活性微晶玻璃纳米材料，利用材料的光热和抗氧化性能实现感染/肿瘤术后组织再生。
生物活性玻璃纳米颗粒(BGN)因为具有可控的生物降解、良好的生物相容性以及低成本，已经广泛应用于生物医学领域。然而BGN不具备抗菌抗肿瘤性质，导致其生物功能受到了限制；离子掺杂技术是BGN改性的重要手段之一，其主要策略是在BGN中引入功能性离子以实现对其光、热、电、磁等特性的调控。
钼(Mo)是人体内重要的微量元素，对不同组织也有良好的生物效应。钼作为生物体必需的微量元素，对生命的正常代谢也非常重要，高价态的钼(Mo6+)与骨骼和牙齿的生长有关，低价态的钼MoO2可以作为光热剂在近红外(NIR)刺激下展示出可控的升温作用。另一方面，Mo是典型的变价元素，Mo6+和Mo4+分别具有促组织生长能力和光热性能。可以通过将Mo6+和Mo4+引入BGN中设计单组分的多功能Mo-BGN，为肿瘤/感染光热治疗和组织修复提供材料支持。Mo-BGN由BGN和乙酰丙酮钼通过水热反应合成，具有抗氧化活性强、光热转换效率高、毒性低、可生物降解等优点，如果能在合成过程中控制初始BGN的形貌、调整乙酰丙酮钼的用量，将大大提高Mo-BGN材料对感染/肿瘤治疗和术后组织修复的效率。
如果将多价态Mo掺入BGN网络中，就可以赋予BGN光热治疗和促修复功能。因此，本发明利用水热反应实现多价态Mo的掺杂，设计并合成一种具有强抗氧化活性、高光热转换效率、低毒的Mo-BGN。并对合成的多价态Mo掺杂生物活性玻璃纳米颗粒的理化性质、生物相容性、体内外光热性质及其在细菌感染和肿瘤切除引起的创面愈合过程中起到的作用及机理进行研究。
因此本发明第一个目的是提供一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
1)溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂十二胺(DDA)，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将磷酸三乙酯(TEP)滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经600～650℃的马弗炉煅烧3～10小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以(3～18):1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理20～40分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在160～200℃的烘箱中保温8～12小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-BGN)；
本发明进一步的改进在于：
步骤1)中BGN的化学组成可以为80SiO2-16CaO-4P2O5和60SiO2-36CaO-4P2O5。
步骤1)中可以使用十二胺(DDA)或溴代十六烷基吡啶(CPB)作为模板剂。如使用CPB，相应的合成过程修改为：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在600～650℃下煅烧3～10小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN。
步骤2)中的乙酰丙酮钼和BGN的摩尔比为3:1，9:1，15:1和18:1。
本发明第二个目的在于提供基于上述方法制备的多价态钼掺杂生物活性材料为多功能生物活性微晶玻璃纳米材料，该纳米材料的反应机理及产物结构如图1所示。
本发明上述方法制备的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料兼具Mo6+与Mo4+的促组织生长和光热升温性能。当Mo-BGN通过原位涂覆的方式应用于体内时，不仅能促进细菌感染和外科肿瘤切除引起的各种伤口愈合，还能有效抑制肿瘤复发。特别是在肿瘤切除后的治疗中，激光介导下材料的升温可以使伤口环境达到42℃，这一温度足以杀死肿瘤细胞和细菌，但会促进内皮细胞的迁移。同时，Mo-BGN中大量氧空位导致的抗氧化性对组织修复具有明显的促进作用。
本发明第三个目的在于提供一种多功能生物活性微晶玻璃纳米材料作为感染/肿瘤术后组织再生的修复材料中的应用。
结果表明，本发明通过原位水热法合成了具有生物活性的多功能微晶玻璃。该Mo-BGN具有分散性良好的纳米颗粒形貌；物理化学结构表征结果说明Mo-BGN具有CaMoO4-MoO2-BGN的微晶玻璃结构，Mo离子以Mo4+/Mo6+的形式存在于Mo-BGN；由于Mo-BGN结构中存在MoO2晶型和丰富的氧空位，Mo-BGN具有选择性光热抗癌、抗菌、清除自由基和抗氧化、抗炎和良好的血管生成活性。Mo-BGN不仅能有效改善感染创面和肿瘤切除缺损的组织重建，而且能抑制肿瘤复发，具有良好的组织安全性。这项工作为设计成分简单的多功能生物活性纳米材料治疗复杂疾病损伤的组织再生提供了一个很好的策略。
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
1)经典溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂DDA，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将TEP滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经650℃的马弗炉煅烧3小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-3BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以3:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-3BGN)。
实施例2
1)经典溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂DDA，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将TEP滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经630℃的马弗炉煅烧5小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-3BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以9:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-9BGN)。
实施例3
1)经典溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂DDA，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将TEP滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经620℃的马弗炉煅烧6小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-15BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以15:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-15BGN)。
实施例4
1)经典溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂DDA，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将TEP滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经650℃的马弗炉煅烧3小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-18BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以18:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-18BGN)。
实施例5
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在600℃下煅烧10小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN；
2)水热法制备Mo-3BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以3:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-3BGN)。
实施例6
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在600℃下煅烧10小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN；
2)水热法制备Mo-9BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以9:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-9BGN)。
实施例7
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在600℃下煅烧10小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN；
2)水热法制备Mo-15BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以15:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-15BGN)。
实施例8
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在600℃下煅烧10小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN；
2)水热法制备Mo-18BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以18:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在180℃的烘箱中保温10小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-18BGN)。
本发明所制备的用于感染/肿瘤术后组织再生的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-BGN)由于其特殊的微晶结构和氧空位以及生物活性成分，具有固有的光热抗氧化抗菌抗炎活性。当Mo-BGN作用于感染创面或肿瘤术后创面时，材料在808nm激光介导下具有生物相容性光热温度(42℃)，这一温度可以选择性杀伤肿瘤细胞和多种细菌，但对创面周围的正常细胞表现出优异的细胞相容性。除此之外，Mo-BGN的光热、抗氧化活性和生物活性玻璃成分(生物活性Si和Ca)对创面环境具有持续的抗炎和血管生成作用，这使得其在感染/肿瘤术后组织再生的应用中具有显著优势，下面结合实验数据详细分析。
图2是本发明合成的可用于感染/肿瘤术后组织再生的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料15Mo-BGN(乙酰丙酮钼：BGN＝15:1)的TEM形貌照片。从不同放大倍数的TEM照片可以看出，水热反应不仅不会影响纳米颗粒的分散性，而且能保持BGN原有的球形形貌与颗粒尺寸分布范围(200-300nm)。
图3是制得的15Mo-BGN的物理化学表征结果。由图3A所示的FTIR光谱可以看出，1632、1100和801cm-1处的红外吸收峰归属于BGN的特征吸收峰，945cm-1处的吸收带则对应于Mo-O-Mo的剪切振动。由图3B可知，23.0°处的衍射包对应于非晶态二氧化硅，2θ＝25.3、37.0、38.6与48.1°处的衍射峰对应于CaMoO4(JCPDS 29-0351)的(101)、(112)、(204)、与(220)晶面的衍射峰；2θ＝27.5，36.1与54.4°处的衍射峰对应于MoO2(JCPDS No.29-0351)的(011)、(211)与(311)晶面的衍射峰。证明此Mo掺杂制备的产物是晶态(CaMoO4与MoO2)与非晶态的混合物。这种兼具晶态与非晶态结构的产物被称为微晶玻璃。图3C可以看到4个特征峰，结合能为233.9eV和231.8eV的Mo 3d3/2的两个峰可分别归属于Mo6+和Mo4+，而在229.6eV和228.1eV的Mo 2d5/2峰分别对应于Mo6+和Mo4+，表明15Mo-BGN中的Mo以+4和+6两种形式存在。图3D所示的UV-Vis-NIR吸收光谱表明材料在400-1000nm的近红外波长范围内具有吸光度。因此，可以使用808nm近红外激光研究15Mo-BGN材料的光热升温性能。
图4为本发明制得的15Mo-BGN的光热和抗氧化特性。由图4A可知，样品对808nm(0.8W cm-2，10分钟)激光的吸收依赖于样品的浓度。激光照射后，100-200μg mL-1 15Mo-BGN的温度可达42℃。图4B所示的光热循环稳定性结果也说明样品在经历“激光开-激光关”的五个循环后还能保持稳定且持续的升温能力。15Mo-BGN可控的光热能力决定了它在肿瘤治疗与高效除菌领域的应用价值。如图4C所示，15Mo-BGN显示出与抗坏血酸(VC，阳性对照)类似的抗氧化性能。比较各组材料的抗氧化率(图4D)发现，材料在5μg mL-1的浓度下对DPPH·的清除效果能达到50.9％，表明15Mo-BGN具有很强的自由基捕获能力。推测氧空位的存在是其抗氧化活性高的主要原因。
图5为本发明制得的生物活性微晶玻璃纳米材料在激光作用前后对S.aureus细菌、MRSA细菌、HUVEC细胞和A375细胞毒性的测定结果。由抗菌结果(图5A和4B)可知，与15Mo-BGN样品接触12小时后，相比于不加激光的对照组(Blank组)，两种菌株均未受到明显抑制。图5D和4E所示的细胞相容性结果表明，在没有激光照射的情况下，材料在0-250μgmL-1浓度范围内对A375细胞与HUVEC细胞均没有明显的细胞毒性，但激光照射足以杀死80％以上的A375肿瘤细胞，然而近红外激光对HUVEC的细胞活力没有影响。以上结果表明，15Mo-BGN在激光照射下能有效杀伤细菌和皮肤肿瘤细胞，而不影响正常组织细胞。
图6为本发明制得的15Mo-BGN的抗炎促血管化作用。图6A为炎症因子TNF-α表达结果；图6B为炎症因子IL-1β表达结果；图6C为抗炎因子IL-10表达结果；图6D为相对血管因子(CD31)表达结果。如图6A-6C所示，与空白对照组相比，15Mo-BGN可显著抑制TNF-α和IL-1β的表达，但增加IL-10的表达。这一结果证实15Mo-BGN可以有效抑制炎症。这种显著的抗炎作用归因于多价态Mo掺杂，15Mo-BGN的氧空位结构利于捕获自由基。而自由基是炎症反应的效应器，氧自由基会通过PRRS和非PRRS途径诱发炎症反应。因此，通过15Mo-BGN消耗自由基的方式有效缓解炎症，这将促进感染引起的皮肤创面的修复。除此之外，由图6D所示，15Mo-BGN组CD31的表达高于对照组，表明其具有良好的血管生成能力。
图7为本发明制得的生物活性微晶玻璃纳米材料的感染/肿瘤术后组织再生作用结果。图7A为MRSA感染型皮肤创面修复的宏观结果，由图可知，与对照组相比，在14天内15Mo-BGN+组具有最快的创面恢复速率；图7B为肿瘤部分切除型皮肤创面修复的宏观结果，由图可知，经近红外照射的15Mo-BGN+组创面在14天内逐渐闭合，无明显肿瘤复发。可以看出，15Mo-BGN具有抗菌、抑制肿瘤复发和促进创面修复的作用，这些结果证实Mo-BGN有望作为一种感染/肿瘤术后组织再生的修复材料。
实施例9
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将1.25g CPB和0.75g尿素完全溶解在含有37.5mL环己烷和37.5mL去离子水的混合溶液中，剧烈搅拌15分钟后加入1.15g异丙醇，在25℃环境中继续搅拌2小时；随后，在保持搅拌的前提下，将3.40mL TEOS逐滴加入混合溶液中，反应30分钟后将温度升至70℃。继续搅拌7.5小时，待反应温度稳定后每间隔30分钟按照顺序依次加入0.77mL TEP和1mL四水硝酸钙的水溶液。进一步搅拌16小时后，得到白色的生物活性玻璃溶胶。然后，将离心分离出的凝胶分别用丙酮、乙醇和去离子水洗涤三次，制备出BGN前驱体。待前驱体冷冻干燥后，在620℃下煅烧6小时除去残余有机物并获得具有放射状形貌的BGN；
2)水热法制备Mo-18BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以6:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在160℃的烘箱中保温12小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-6 BGN)。
实施例10
1)改良溶胶-凝胶模板法合成BGN：将无水乙醇与去离子水按照摩尔比3:1的比例加入250mL圆底烧瓶中并充分混合，随后加入10g模板-催化剂DDA，在40℃环境中搅拌直至DDA溶解充分，然后在持续搅拌的条件将4mL正硅酸乙酯(TEOS)滴入上述混合溶液，反应30分钟后将TEP滴入上述反应体系，继续搅拌15分钟，加入1mL 5mol L-1四水硝酸钙的水溶液，在40℃环境中反应3小时；反应产物通过离心收集，并通过无水乙醇和去离子水的洗涤，待冷冻干燥后经640℃的马弗炉煅烧5小时得到BGN产物；
2)水热法制备Mo-18BGN：将乙酰丙酮钼与BGN以10:1的质量比完全分散在10mL的75％乙醇溶液中。其次，将此溶液超声处理30分钟，保证乙酰丙酮钼与BGN的均匀混合。随后将上述溶液直接转移到25mL高压反应釜中，在200℃的烘箱中保温8小时。随着高压反应釜冷却至室温，可将聚四氟乙烯内衬中的悬液取出，高速离心得到沉淀并将其冷冻干燥得到钼掺杂生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-10 BGN)。
本发明中所制备的用于感染/肿瘤术后组织再生的多功能生物活性微晶玻璃纳米材料(Mo-BGN)，制备过程简单，具有光热性能优异、抗氧化性强、生物相容性良好的特点，在激光作用下可以有效杀死肿瘤细胞和多种细菌，并且能够抑制炎症并促进血管化，因此该纳米材料在感染/肿瘤术后组织再生中有着很好的应用前景。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
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