介孔生物活性硅酸盐（MBS）材料的多功能平台设计：在骨组织再生、药物递送和环境污染修复中的应用

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Design and applications of mesoporous bioactive silicate materials: Bone tissue regeneration, drug delivery, and environmental pollution remediation

本文系统评述了以Pluronic P123和CTAB为模板剂合成的介孔生物活性硅酸盐（MBS）及其铜（Cu）、铜锌（CuZn）负载材料的多功能应用。研究表明，通过调控合成参数（如模板剂类型、金属掺杂），可显著优化材料在模拟体液（SBF）中的羟基磷灰石（HAp）形成能力、阿莫西林负载/释放性能以及对亚甲蓝（MB）的吸附效率，为骨修复、感染控制及环境修复提供了创新材料解决方案。

　　

Highlight

化学品

在介孔生物活性硅酸盐（MBS）及金属负载介孔生物活性硅酸盐（M@MBS；M：Cu、Zn或CuZn）材料的合成中，优选Pluronic 123（聚（环氧乙烷）-嵌段-聚（环氧丙烷）-嵌段-聚（环氧乙烷）；C₄H₅O(C₂H₄O)_x(C₃H₆O)_y(C₂H₄O)_zC₄H₅O₂）和CTAB（十六烷基三甲基溴化铵；C₁₉H₄₂BrN）作为孔道导向剂。分别使用TEOS（正硅酸四乙酯；Si(OC₂H₅)₄）和Ca(NO₃)₂·4H₂O作为硅源和钙源。Cu(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O用作金属前体。

氮气吸附/脱附等温线

CTAB和P123基介孔硅酸钙及铜负载介孔硅酸钙材料的氮气吸附/脱附等温线以及通过BJH和DFT方法测定的孔径分布如图S1所示。物理性质总结在表S1中。所有样品均观察到IV型等温线伴H1型滞后环。此外，在所有样品的低P/P₀值下，观察到氮气吸附量呈线性增加，并在相对压力（P/P₀）约为0.4-0.8时出现陡峭上升，这揭示了材料具有明确的介孔结构。

结论

使用P123和CTAB孔道导向剂合成并经铜（Cu）和铜锌（CuZn）负载的介孔生物活性硅酸盐（MBS）材料，在骨组织再生、药物递送和亚甲蓝吸附方面的多功能性能得到了评估。FTIR和XRD结果证实了材料在模拟体液（SBF）中浸泡后形成了生物活性硅酸盐结构和羟基磷灰石（HAp），表明其具有高生物活性。基于P123的材料在亚甲蓝吸附（高达453.96 mg/g）和生物活性方面表现出卓越性能，而CTAB基材料则在阿莫西林负载（37.5 mg/g）和SBF介质中铜负载材料的药物释放（约93%）方面表现更佳。研究发现，孔道导向剂类型、成分、金属种类及其组合对生物活性有显著影响。单金属铜在增强生物活性方面比铜锌组合更具优势。这些材料在解决骨修复、可控药物释放和废水处理等复杂挑战方面展现出巨大潜力。