一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料及其制备方法和应用

本发明涉及生物医用纳米材料领域，特别涉及一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、骨缺损修复是临床医学领域的重大难题，理想的骨修复材料需具备优良生物相容性、可控的生物活性成分释放能力及高效诱导成骨分化活性。镁离子作为人体骨骼组织的重要组成元素，参与骨代谢、细胞增殖分化调控及羟基磷灰石晶体形成等关键过程，对成骨微环境的构建具有重要意义。层状双金属氢氧化物（ldh）因可调控的金属组成、良好的生物相容性及离子交换能力，在生物材料领域备受关注。然而，现有ldh材料的镁离子负载量低，同时材料在结构适配性与力学性能调控上存在显著局限：其固有形貌设计缺乏对细胞接触行为的针对性优化，难以形成高效的细胞—材料相互作用界面，导致细胞与材料的关键接触过程受限；这些问题直接制约了促成骨效应的充分发挥，使得现有ldh材料的成骨分化的诱导效率不足，难以满足临床骨缺损修复的实际需求。

2、因此，开发一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料（magnesium ion-enriched framework layered double hydroxide，mf-ldh），对骨修复领域具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料及其制备方法和应用，及其在成骨分化中的应用，通过调控材料组成与结构，显著增强骨修复效果。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料，所述框架层状双金属氢氧化物材料为中空结构的独立六边形孔的晶体材料，所述独立六边形孔的形态为蜂窝结构中的单个六边形单元；所述镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料由传统层状双氢氧化物碱刻蚀得到。

4、进一步地，所述传统纳米层状双氢氧化物的通式为[m2+(1-x)m3+x(oh)2]x+[an-]x/n·zh2o，其中 m2+为二价金属阳离子，m3+为三价金属阳离子，an-为层间化合价为 n 的阴离子，x为三价阳离子占所有阳离子的摩尔比，z 是每个纳米层状双氢氧化物分子间结晶水的个数，所述 m2+和 m3+形成的盐均具有可溶性。

5、进一步地，所述m2+为mg2+；所述m3+为al3+；所述an-为co32-；所述材料中mg2+与al3+的摩尔比为(1-x):x=1:1-5:1。

6、本发明第二个方面提供上述镁离子富集的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料具体制备方法如下：

7、（1）将传统层状双氢氧化物材料（ldh）分散于水中，配制为1.0-2.5 mg/ml的ldh悬浮液；

8、（2）用去co2的双蒸馏水作为溶剂，配制为0.5-2 mol/l的碱溶液；

9、（3）将步骤（1）所得的ldh悬浮液和碱溶液按照ldh与碱溶液比例为1.5-2 mg/ml的比例混合，转移至水热合成釜，在150-160℃条件下加热2-5 h，得到悬浮液；

10、（4）用去离子水洗涤三次后，随后将悬浮液-80℃冷冻干燥或37℃真空干燥，即得到镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料。

11、进一步地，步骤（3）中所述碱溶液为氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的任一种；所述碱溶液的浓度为1m。

12、进一步地，传统层状双氢氧化物材料的制备方法包括以下步骤：

13、s1、将可溶性二价金属离子盐和可溶性三价金属离子盐溶解于水中，配制金属离子盐溶液；

14、s2、用去co2的双蒸馏水作为溶剂，配制尿素溶液；

15、s3、混合金属离子盐溶液和尿素溶液，转移至水热合成釜，在100℃条件下加热24h，得到悬浮液；

16、s4、将悬浮液干燥，得到传统层状双氢氧化物。

17、进一步地，步骤s1中，所述可溶性二价金属离子盐选自硝酸镁和氯化镁的任一种；所述可溶性三价金属离子盐选自硝酸铝和氯化铝的任一种。

18、进一步地，步骤s1中所述二价金属离子盐与三价金属离子盐的摩尔比为 1:1-5:1。

19、进一步地，步骤s3中尿素:金属离子盐溶液的摩尔比为 3 ~ 5 : 1。

20、本发明第三方面提供上述镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料在制备促进间充质干细胞成骨分化的药物中的应用。

21、进一步地，所述间充质干细胞为骨髓来源的间充质干细胞或成骨前体细胞。

22、本发明第四方面提供上述镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料在制备骨缺损修复和再生的药物中的应用。

23、进一步地，所述药物中镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的添加量为5-30 μg/ml。

24、与现有技术相比，本发明取得了如下有益技术效果：

25、1、本发明通过碱刻蚀法对传统ldh材料进行结构改造，成功制备了具有中空结构的独立六边形孔的mf-ldh材料，x射线光电子能谱表征结果显示，相比ldh，本发明制备得到的mf-ldh中镁离子与铝离子比例显著上调，达到atomic %mg：atomic % al=11.82，成功制备了镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料mf-ldh，实现了镁离子的高效富集，有利于充分发挥镁离子在骨代谢和成骨分化中的调控作用。

26、2、本发明提供镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料用于促进间充质干细胞成骨分化，从细胞存活率检测实验、细胞成骨分化后的碱性磷酸酶染色及茜素红染色、实时定量pcr 检测成骨分化基因的表达可知，mf-ldh材料干预后碱性磷酸酶和茜素红染色更深，上调成骨分化相关的基因bmp2、runx2 和opn 的表达，因此镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料能够更有效地促进间充质干细胞的成骨分化，具有广阔的应用前景。

1.一种镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料，其特征在于，所述框架层状双金属氢氧化物材料为中空结构的独立六边形孔的晶体材料，所述独立六边形孔的形态为蜂窝结构中的单个六边形单元；

2.根据权利要求1所述的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料，其特征在于，所述传统纳米层状双氢氧化物的通式为[m2+(1-x)m3+x(oh)2]x+[an-] x/n·zh2o，其中 m2+为二价金属阳离子，m3+为三价金属阳离子，an-为层间化合价为 n 的阴离子，x为三价阳离子占所有阳离子的摩尔比，z 是每个纳米层状双氢氧化物分子间结晶水的个数，所述 m2+和 m3+形成的盐均具有可溶性；所述m2+为mg2+；所述m3+为al3+；所述an-为co32-；所述材料中mg2+与al3+的摩尔比为(1-x):x=1:1-5:1。

3.一种权利要求1-2任一项所述的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求 3所述的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述碱溶液为氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的任一种；所述碱溶液的浓度为1m。

5.根据权利要求3所述的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的制备方法，其特征在于，传统层状双氢氧化物材料的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述可溶性二价金属离子盐选自硝酸镁和氯化镁的任一种；所述可溶性三价金属离子盐选自硝酸铝和氯化铝的任一种；

7.根据权利要求1-2任一项所述镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料在制备促进间充质干细胞成骨分化的药物中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述间充质干细胞为骨髓来源的间充质干细胞或成骨前体细胞。

9.根据权利要求1-2任一项所述镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料在制备骨缺损修复和再生的药物中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述药物中镁离子富集的框架层状双金属氢氧化物材料的添加量为5-30 μg/ml。