本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，涉及多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠，還涉及多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

整形外科領(lǐng)域，生物材料植入常常用于人體組織器官畸形、缺損修復(fù)與重建。其中，硅橡膠(sr)是目前較為常見的填充材料，主要用于乳房填充和隆鼻術(shù)，是一種以聚有機硅氧烷為主鏈的醫(yī)用高分子材料。它有良好的耐寒耐熱性和絕緣性、優(yōu)異的柔韌性和拉伸彈性，便于雕刻塑形且置入切口微??；具有穩(wěn)定的理化性能和生理惰性、不易被體液腐蝕、無毒無味，可在體內(nèi)長期埋存。同時，sr具有極佳的整體性、易于術(shù)前消毒、術(shù)后取出、補救等，被廣泛應(yīng)用。在其他醫(yī)學領(lǐng)域，sr也得到了廣泛的應(yīng)用，可根據(jù)臨床的需要，加工成各種形狀，用作醫(yī)療器械、軟組織填充體及人工臟器等。但是臨床實踐發(fā)現(xiàn)，sr仍存在許多問題，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)致密、疏水性強，細胞相容性較差，周圍易形成纖維結(jié)締組織包囊，易出現(xiàn)變形移位、甚至外露。對sr材料進行合適的改性處理，增強其細胞相容性，對提高軟組織材料臨床治療效果以及材料表面特性與細胞生物學行為之間的關(guān)系都有重要的意義。

目前，膨體聚四氟乙烯，高密度聚乙烯等新型材料已進入臨床應(yīng)用，但磨損顆粒引起的炎性反性，多孔結(jié)構(gòu)藏匿細菌引起感染等問題，限制了這些新型生物材料的臨床應(yīng)用效果。和上述材料相比，盡管硅橡膠(sr)的表面性能差，但其具有良好的理化穩(wěn)定性、生理惰性和加工性能等，目前仍是整形外科臨床最常用的軟組織填充材料。早在20世紀60年代，硅橡膠就已經(jīng)開始作為人體植入材料使用。到了20世紀70年代，以人工乳房、導(dǎo)尿管等為代表的硅橡膠產(chǎn)品已經(jīng)在臨床廣泛使用。國內(nèi)醫(yī)用硅橡膠產(chǎn)品起步于20世紀70年代，但發(fā)展較快，特別是近十幾年來，大量生物適應(yīng)性好、功能化、系列化的醫(yī)用硅橡膠制品投入了臨床應(yīng)用中。

對硅橡膠(sr)進行改性，使細胞在硅橡膠(sr)材料表面的粘附和遷移能力增強，以增強其細胞相容性，則有可能降低sr的局限性，進一步提高其在臨床的應(yīng)用效果。目前針對sr的改性主要集中在表面改性(如等離子體處理、接枝共聚、仿生涂層、離子注入等)。上述改性雖然提高了硅橡膠的細胞相容性，但需要二次加工，加工過程較為復(fù)雜，工藝條件要求苛刻。同時，由于改性集中在表面，對于需要雕刻加工的sr材料無法達到實際使用需求。硅橡膠本身的性質(zhì)和細胞相容性之間的具體關(guān)系仍然未知。尋找簡便易行的硅橡膠本體改性方法，是目前醫(yī)學，生物學，材料學共同關(guān)注的焦點。

一般認為高分子材料表面的化學結(jié)構(gòu)對細胞的粘附生長具有非常重要的影響。砜基、硫醚、醚鍵等對細胞生長影響不大，剛性結(jié)構(gòu)如芳香聚醚類不利于細胞粘附，羧基、羥基、磺酸基、胺基、亞胺基及酞胺基等基團可促進細胞粘附和生長，磺酸基能模擬肝素的生理活性而顯示出較好的促進細胞粘附和生長的性質(zhì)；含氮基團不僅能使材料表面帶上一定的正電荷(胺的陽離子化)，調(diào)節(jié)表面的親疏水性，而且可以與蛋白質(zhì)肽鏈發(fā)生官能團之間的作用，從多角度來促進細胞的生長，這已成為促進細胞粘附和生長材料表面改性的一個重要措施。因此把上述活性基團引入硅橡膠將很大程度上提高硅橡膠的臨床使用價值。

籠形倍半硅氧烷的每個面都由硅氧八元環(huán)組成，是一種具有對稱性的納米結(jié)構(gòu)，由二維si-o短鏈形成的無機骨架(內(nèi)核)和完全覆蓋內(nèi)核的有機取代基(外殼)組成。其中密度較大的無機內(nèi)核能抑制聚合物分子的鏈運動，因而賦予雜化材料良好的耐熱性和絕緣性能；有機取代基和高分子鏈則賦予雜化材料良好的韌性和加工性，使材料同時具備有機聚合物和無機陶瓷的基本特征，因此被稱為新一代高性能聚合物材料。鑒于poss靈活多樣的合成手段和易于設(shè)計的分子結(jié)構(gòu)，其可作為有機/無機雜化材料的制備領(lǐng)域中重要的中間體，作為合成新型納米雜化材料的平臺廣泛使用。

極性基團對水分子有較大的親和能力，帶有極性基團的表面易于被水潤濕。在水溶液中，極性基團會部分電離帶有電荷，蛋白質(zhì)與其相互作用表現(xiàn)出不同的吸附行為。在親水性載體表面，帶電基團與表面帶有相反電荷的蛋白質(zhì)之間的經(jīng)典相互作用是蛋白質(zhì)吸附到表面的驅(qū)動力，表面的吸附數(shù)量取決于他們之間的靜電平衡。靜電作用是一種長程力，也受離子強度及ph的影響。與疏水表面不同，親水表面吸附的蛋白質(zhì)一般不會經(jīng)歷二級或三級結(jié)構(gòu)上的變化，因此親水基團表面一般具有良好的生物相容性。羧基呈弱酸性，在ph值大于7時電離，帶負電荷，同時-coo與蛋白質(zhì)之間靜電吸附被溶液中離子效應(yīng)屏蔽，使表面吸附量下降。蛋白質(zhì)在-cooh表面的吸附既有靜電作用也有氫鍵作用和親疏水作用，從而表現(xiàn)出獨特的吸附行為。但是目前并無將極性基團羧基(-cooh)枝接的poss引入醫(yī)用硅橡膠的報道，因此有必要研究引入后硅橡膠生理惰性和生物活性變化，同時研究材料表面電荷特性對材料表面細胞相容性的改變。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠；本發(fā)明的目的之二在于提供多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠的制備方法；本發(fā)明的目的之三在于提供多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠的應(yīng)用。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1.多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠，由多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷與液態(tài)雙組份硅橡膠充分混合，充分硫化制得；所述多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷具有通式ⅰ所示結(jié)構(gòu)：

通式ⅰ中r1為取代苯基，所述取代苯基中至少一個h被—cooh取代。

優(yōu)選的，所述液態(tài)雙組份硅橡膠的a組分：b組分的體積比為1:1。

更優(yōu)選的，所述多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷與液態(tài)雙組份硅橡膠混合物的質(zhì)量體積比為0.1～0.5：100(g/ml)。

本發(fā)明中，所述多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷由以下方法制備：

1)將八苯基籠型倍半硅氧烷在fe催化下與br2進行鹵代反應(yīng)，純化獲得多溴籠型八苯基倍半硅氧烷；

2)然后將步驟1)獲得的多溴籠型八苯基倍半硅氧烷化合物溶于四氫呋喃，在氮氣保護下溴基還原成羧基，得通式ⅰ所示多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷。

2.所述多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠的制備方法，包括如下步驟：

1)將八苯基籠型倍半硅氧烷在fe催化下與br2進行鹵代反應(yīng)，純化獲得多溴籠型八苯基倍半硅氧烷；

2)然后將步驟1)獲得的多溴籠型八苯基倍半硅氧烷化合物溶于四氫呋喃，在氮氣保護還原成羧基，得通式ⅰ所示多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷；

3)將步驟2)制得多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷與液態(tài)雙組份硅橡膠充分混合，充分硫化，制得多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠。

本發(fā)明步驟1)中，所述鹵代反應(yīng)為，按八苯基籠型倍半硅氧烷與fe按質(zhì)量比為10：0.5向反應(yīng)容器中加入八苯基籠型倍半硅氧烷與fe，然后加入ch2cl2，在機械攪拌下逐滴加入br2，在18～25℃下攪拌反應(yīng)24小時，最后加入質(zhì)量分數(shù)10％的nahso3終止反應(yīng)；化學反應(yīng)式如下：

式中，通式ⅱ-2中r基為取代苯基，所述取代苯基中至少一個h被br取代。

本發(fā)明步驟1)中，所述純化為將反應(yīng)物靜置分層，用水洗有機相三次，旋蒸得到固體產(chǎn)物，烘干，溶入乙酸乙酯，再用800ml的甲醇沉淀，得到白色沉淀；反復(fù)沉降2～3次，烘干，得到白色粉末，即為多溴籠型八苯基倍半硅氧烷。

優(yōu)選的，步驟2)為：將多溴籠型八苯基倍半硅氧烷溶解于四氫呋喃，充滿氮氣，機械攪拌至溫度達到-78℃并穩(wěn)定，按多溴籠型八苯基倍半硅氧烷與正丁基鋰質(zhì)量體積比為11:26(g：ml)逐滴滴入濃度為1.6m的正丁基鋰，滴加完畢后在-78℃攪拌3小時，加入干冰，18～25℃反應(yīng)過夜，再加濃度2m的hcl終止反應(yīng)，最后用乙酸乙酯萃取，有機相用飽和nacl溶液洗滌，無水na2so4干燥并濃縮得到終產(chǎn)物，水層中加入naoh至溶液透明，再加入濃hcl至白色固體析出，過濾并用水洗3-5次，收集白色固體即為多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷；化學反應(yīng)式如下：

式中，通式ⅱ-2中r基為取代苯基，所述取代苯基中至少一個h被br取代；通式ⅰ中r1為取代苯基，所述取代苯基中至少一個h被—cooh取代。

3、所述多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠在制備軟組織填充材料中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種納米雜化硅橡膠，經(jīng)檢測具有較好的細胞相容性和生物相容性，可進一步開發(fā)制備成乳房假體等軟組織填充材料，在軟組織填充生物材料領(lǐng)域具有潛在、廣闊的應(yīng)用前景；本發(fā)明還提供了所述poss-coohx，以及poss-coohx/sr制備方法，反應(yīng)條件溫和，后處理方便，收率高，成本低。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為ftir檢測poss-coohx結(jié)果圖。

圖2為掃描電鏡檢測poss-coohx/sr結(jié)果圖(a：sr；b：0.1％poss-coohx/sr；c：0.2％poss-coohx/sr；d：0.3％poss-coohx/sr；e：0.4％poss-coohx/sr；f：0.5％poss-coohx/sr)。

圖3為xps檢測poss-coohx/sr結(jié)果圖(a：sr；b：0.1％poss-coohx/sr；c：0.2％poss-coohx/sr；d：0.3％poss-coohx/sr；e：0.4％poss-coohx/sr；f：0.5％poss-coohx/sr)。

圖4為poss-coohx/sr力學性能檢測結(jié)果圖(a：邵氏硬度；b：斷裂伸長率；c：斷裂拉伸強度)。

圖5為poss-coohx/sr表面細胞增殖檢測。

圖6為poss-coohx/sr表面細胞粘附檢測(a：sr；b：0.1％poss-coohx/sr；c：0.2％poss-coohx/sr；d：0.3％poss-coohx/sr；e：0.4％poss-coohx/sr；f：0.5％poss-coohx/sr)。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

以下實施例主要試劑和儀器如下：八苯基籠型倍半硅氧烷(poss)，fe粉，br2，二氯甲烷(dcm)(分析純，重慶川東化工有限公司)，nahso3，na2so4，甲醇(分析純，重慶川東化工有限公司)，四氫呋喃(分析純，重慶川東化工有限公司)，n2，正丁基鋰(n-buli)，hcl(分析純，重慶川東化工有限公司)，乙酸乙酯(分析純，重慶川東化工有限公司)，正己烷(分析純，重慶川東化工有限公司)，

實施例1、多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷(poss-coohx)的制備

本發(fā)明采用如下方法制得poss-coohx：在250ml的三口瓶中加入10g的poss和500mg的fe，用100ml的ch2cl2；在機械攪拌下逐滴加入6ml的br2，在常溫(18～25℃)下攪拌反應(yīng)24小時，加入150ml的10％nahso3終止反應(yīng)。靜置分層，用水洗有機相三次，旋蒸得到固體產(chǎn)物，烘干，融入少量的乙酸乙酯，用800ml的甲醇沉淀，得到大量的白色沉淀；反復(fù)沉降二至三次，烘干，得到11g白色粉末，為多溴八苯基籠型倍半硅氧烷。在干燥的500ml三口燒瓶中，11g多溴八苯基籠型倍半硅氧烷溶解于200ml新蒸餾的thf，使三口燒瓶充滿氮氣，機械攪拌至溫度達到-78℃并穩(wěn)定，逐滴加入滴入26mlbu-li(1.6m)，滴加完畢后在-78℃攪拌3小時，加入5g干冰，室溫(18～25℃)反應(yīng)過夜。緩慢滴加50ml的2m的hcl終止反應(yīng)。用乙酸乙酯萃取，有機相用飽和nacl洗滌，無水na2so4干燥并濃縮得到終產(chǎn)物。水層中加入naoh，得到透明溶液，加入濃hcl有大量白色固體析出，過濾并用水洗3-5次，得到白色固體粉末為多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷。

實施例2、poss-coohx及其合成中間產(chǎn)物的驗證

通過傅里葉紅外光譜檢測，poss-coohx是否制備成功，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示，在2800cm^-1到3700cm^-1范圍內(nèi)有很寬的吸收峰，此峰應(yīng)該屬于羧基上的o-h伸縮振動峰；3051cm^-1的吸收峰應(yīng)為苯環(huán)上＝c-h伸縮振動峰；1699cm^-1處的吸收峰應(yīng)為羧酸特有的c＝o伸縮特征峰；1596cm^-1為苯環(huán)c＝c伸縮振動峰；1111cm^-1為si-o-si的不對稱伸縮振動吸收峰；1105cm^-1-826cm^-1為籠型結(jié)構(gòu)的特有的si-o-si的不對稱伸縮振動吸收峰。在2800cm^-1到3700cm^-1范圍內(nèi)的o-h伸縮震動峰以及1699cm^-1羧酸的c＝o吸收峰，證明羧酸基團的存在，該產(chǎn)物為多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷(poss-coohx)。

實施例3、多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠(poss-coohx/sr)的制備

通法：秤取需要量的poss-coohx，與a:b＝1:1比例的液態(tài)雙組份硅橡膠充分混合，倒入硅膠模制作模具，室溫充分硫化，脫模則可，分別得到(sr，0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr)分別命名為(sr，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％)，其中百分比為質(zhì)量體積比，單位為g/ml。

性能檢測：

(1)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠掃描電子顯微鏡觀察

將實施例3制備的0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr及sr對照組硅橡膠分別在掃描電子顯微鏡下觀察分析，結(jié)果如圖2所示，由圖2可知，在1000倍放大倍數(shù)下，0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr和0.5％poss-coohx/sr與對照組硅橡膠sr相比，表面分布有poss顆粒，表面形貌趨于更加粗糙，同時，隨著poss-coohx含量的增加，材料表面的顆粒分布更加密集。

(2)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠掃描電子xps檢測

將實施例3制備的0.1％poss-cooh/sr，0.2％poss-cooh/sr，0.3％poss-cooh/sr，0.4％poss-cooh/sr，0.5％poss-cooh/sr及sr對照組硅橡膠分別進行x光電子能譜檢測，結(jié)果如圖3所示，x光電子能譜結(jié)果顯示，0.1％poss-cooh/sr，0.2％poss-cooh/sr，0.3％poss-cooh/sr，0.4％poss-cooh/sr，0.5％poss-cooh/sr組抗菌性硅橡膠中，沒有新的元素組成摻入，和對照組sr相比較無顯著差異。

(3)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠表面羧基密度檢測

將實施例3制備的0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr及sr對照組硅橡膠分別進行羧基密度檢測，結(jié)果如表1所示。由表1可知，poss-coohx/sr表面含有羧基基團密度隨著poss-coohx含量的增加。

表1、羧基密度檢測結(jié)果

(4)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠力學性能檢測

將實施例3制備的0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr及sr對照組硅橡膠分別采用a型邵氏硬度計檢測材料的邵氏硬度，采用電子萬能拉力計檢測材料的斷裂伸長率和斷裂拉伸強度，從圖4可以看出，poss-coohx/sr材料的邵氏硬度以及斷裂伸長率、斷裂拉伸強度較對照組sr無顯著差異。

(5)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠(poss-coohx/sr)表面細胞增殖檢測

在實施例3制備的0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr及sr對照組硅橡膠表面培養(yǎng)等量成纖維細胞，培養(yǎng)48小時候采用mtt檢測細胞增殖，結(jié)果如圖5所示；從結(jié)果可以看出，poss-coohx的加入，可以提高sr表面成纖維細胞的增殖，同時，0.3％poss-coohx/sr材料表面細胞增殖提高最為顯著。

(6)多羧基八苯基籠型倍半硅氧烷雜化納米硅橡膠(poss-coohx/sr)表面細胞粘附檢測

在實施例3制備的0.1％poss-coohx/sr，0.2％poss-coohx/sr，0.3％poss-coohx/sr，0.4％poss-coohx/sr，0.5％poss-coohx/sr及sr對照組硅橡膠表面培養(yǎng)等量成纖維細胞，培養(yǎng)48小時候采用細胞骨架染色檢測細胞粘附，結(jié)果如圖6所示；從結(jié)果可以看出，poss-coohx的加入，可以提高sr表面成纖維細胞的粘附，同時，0.3％poss-coohx/sr材料表面細胞粘附提高最為顯著。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。