一種金屬有機納米化合物及其制備和應用

一種金屬有機納米化合物及其制備和應用
【專利摘要】本發明涉及一種金屬有機納米化合物的制備方法及應用。一種金屬有機納米化合物命名為UIO?67?S?S，它是｛〔Zr（BPDC?S?S）〕｝∞，以四氯化鋯為金屬鹽，4,4?二硫二苯甲酸為有機配體，在DMF混合液中通過配位作用沉淀形成。本發明所述的UIO?67?S?S納米化合物的應用是可以作為pH及氧化還原雙重刺激響應的藥物釋放載體。
【專利說明】
一種金屬有機納米化合物及其制備和應用
技術領域
[0001]本發明涉及納米材料技術領域及生物醫學材料領域，具體涉及一種金屬有機納米化合物及其制備和應用。
【背景技術】
[0002]金屬有機框架材料是一類由有機配體和金屬離子通過配位鍵作用組成的多孔材料，具有較高的比表面積。而且，選擇不同的金屬離子和配體可以獲得不同結構和功能的金屬有機框架材料。正是由于這種材料結構性能的多樣性和其獨特的多孔結構，使其在藥物運輸領域有廣泛的應用。但是傳統的金屬有機納米化合物是通過金屬與配體間相對不穩定的配位鍵從而使其結構坍塌，即主要通過pH值響應控制藥物釋放。上述解離過程是一個緩慢的降解過程，其結果是金屬有機納米化合物在體內的降解時間較長，不利于其在體內的清除。
[0003]另一方面，腫瘤組織通常具有比較高的谷胱甘肽表達(26-34/100g)，因此，可以設計由含雙硫鍵的有機配體與金屬鹽構建金屬有機納米化合物，使該金屬有機納米化合物可以通過pH和還原劑雙重刺激響應釋放所負載藥物，并縮短其在體內的降解時間。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種金屬有機納米化合物及其制備和應用。
[0005]該金屬有機納米化合物由含雙硫鍵有機配體與金屬鹽組成，可以負載抗癌藥物，能通過pH和還原劑雙重刺激響應釋放所負載藥物，并縮短在體內的降解時間。
[0006]為達到上述目的，具體技術方案如下: 一種金屬有機納米化合物(以下簡稱為1]10-67-5-5)，由鋯鹽和4，4’-二硫二苯甲酸
(BPDC-S-S)通過配位作用沉淀形成的復合物(化學式為〔Zr(BPDC-S-S)〕}oo);其中，鋯鹽和4，4’ -二硫二苯甲酸的摩爾比為1:1;所述的鋯鹽為四氯化鋯。
[0007]—種制備如上所述的金屬有機納米化合物的方法，包括以下步驟:
(a)將4，4’-二硫二苯甲酸和鋯鹽溶解在由DMF、醋酸和去離子水組成的混合溶液中；
(b)將步驟(a)的反應液置于20?120°C中反應，直到溶液變為白色渾濁液，停止反應；
(c)冷卻后，離心，分別用DMF和去離子水洗滌，獲得產物。
[0008]步驟(a )所述的混合溶液中D M F、醋酸和去離子水的用量比為:15 m 1: 0.19-
0.76ml: 33μ1。
[0009]優選的，步驟(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml:0.38ml: 33μ10
[0010]優選的，步驟(b)反應溫度為40°C。
[0011 ] 步驟(C)所制得的產物形貌為納米棒，水動力粒徑為200?250nm，表面帶正電荷，表面具有介孔結構。
[0012]所述的金屬有機納米化合物的應用，用于負載抗癌藥物，在pH和還原劑雙重刺激作用下，能釋放所負載藥物;所述的PH <6，所述的還原劑為谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、維生素C、細胞色素C中的一種或多種，所述抗癌藥物是阿霉素、姜黃素和紫杉醇中的一種或多種。
[0013]實際應用:
將一定量的抗癌藥物與金屬有機納米化合物混合過夜吸附，離心水洗得到納米復合物。本申請選用的藥物模型分子為鹽酸阿霉素。在還原環境下，U10-67-S-S納米化合物結構中的雙硫鍵可被還原劑切斷，在酸性環境中金屬鋯離子和氧離子之間的作用減弱，導致U10-67-S-S納米化合物受這兩種刺激響應發生結構坍塌，藥物隨之釋放。實驗結果表明在pH=5和DTT為2mM的刺激條件下，阿霉素在72h內釋放量為60.2%，具有協同釋放效果。
[0014]與現有技術相比，本發明的顯著優點在于:
(I )U10-67-S-S納米化合物制備過程簡單，條件溫和，易于規模化；
(2)U10-67-S-S納米化合物生物相親性好，在體內可降解，是可降解型藥物載體;并且降低了在體內的降解時間；
(3)U10-67-S-S納米化合物具有在體內受酸性和還原劑雙重刺激響應釋放特性，是其他同種類型的金屬有機材料不可比擬的。
【附圖說明】
[0015]圖1U10-67-S-S納米化合物的X射線衍射粉末圖，橫坐標為2Θ角度，縱坐標為衍射強度；
圖2 U10-67-S-S納米化合物的場發射掃描電鏡圖；
圖3 U10-67-S-S納米化合物在313K的氮氣吸附脫附曲線；
圖4 U10-67-S-S納米化合物負載藥物不同條件的體外藥物釋放研究性能圖，橫坐標為釋放時間，縱坐標為釋放百分率；
圖5 U10-67-S-S納米化合物的生物相親性柱狀圖；橫坐標為U10-67-S-S納米化合物的濃度，縱坐標為細胞存活率；
圖6 U10-67-S-S和U10-67-S-S-D0X納米化合物MTT實驗結果圖，橫坐標為不同組樣品，縱坐標為細胞存活率。
【具體實施方式】
[0016]下面以具體實施示例對本發明的技術方案做進一步說明，但是不能以此限制本發明的范圍
實施例1
一種制備如上所述的金屬有機納米化合物的方法，包括以下步驟:
(a)將4，4’-二硫二苯甲酸和鋯鹽按摩爾比1:1溶解在由DMF、醋酸和去離子水組成的混合溶液中；DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml: 0.38ml: 33μ1;
(b)將步驟(a)的反應液置于40°C中反應，直到溶液變為白色渾濁液，停止反應；
(c)冷卻后，離心，分別用DMF和去離子水洗滌，獲得產物。
[0017]步驟(c)所制得的產物形貌為納米棒，水動力粒徑為200?250nm，表面帶正電荷，表面具有介孔結構，孔徑為1.85nm，比表面積為441.67m2/g。
[0018]實施例2
一種制備如上所述的金屬有機納米化合物的方法，包括以下步驟:
(a)將4，4’-二硫二苯甲酸和鋯鹽按摩爾比1:1溶解在由DMF、醋酸和去離子水組成的混合溶液中;DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml: 0.19ml: 33μ1;
(b)將步驟(a)的反應液置于20°C中反應，直到溶液變為白色渾濁液，停止反應；
(c)冷卻后，離心，分別用DMF和去離子水洗滌，獲得產物。
[0019]步驟(c)所制得的產物形貌為納米棒，水動力粒徑為200?250nm，表面帶正電荷，表面具有介孔結構，孔徑為1.75nm，比表面積為400.32m2/g。
[0020]實施例3
一種制備如上所述的金屬有機納米化合物的方法，包括以下步驟:
(a)將4，4’-二硫二苯甲酸和鋯鹽按摩爾比1:1溶解在由DMF、醋酸和去離子水組成的混合溶液中;DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml: 0.76ml: 33μ1;
(b)將步驟(a)的反應液置于120°C中反應，直到溶液變為白色渾濁液，停止反應；
(c)冷卻后，離心，分別用DMF和去離子水洗滌，獲得產物。
[0021 ] 步驟(c)所制得的產物形貌為納米球，水動力粒徑為200?250nm，表面帶正電荷，表面具有介孔結構，孔徑為0.83nm，比表面積為340.24m2/g。
[0022]產物性能檢測:
I)粉末衍射儀器 Bruker D8 Advance powder X-ray diffractometer 使用Cu革巴，在室溫條件下，以2Θ步長為0.02得到的掃描衍射峰數據:光譜用晶面距離d表示。對于同種化合物的同種晶型，XRD譜圖在整體上具有相似性，標準峰的d值相對誤差值在±2%以內。因此我們選擇U10-67化合物的衍射圖譜作對比(圖lahU1-67是由金屬鋯鹽和4，4’_對苯二甲酸組成。1]10-67的標準圖片衍射峰位置:5.71、6.59、9.33、10.95、11.44、13.21、14.40、14.78。本發明所合成的金屬有機納米化合物的衍射峰位置(圖lb):5.58、6.58、10.95、13.26、15.0。由于在混合物鑒定中，可能由于含量的下降，導致某些衍射峰的缺失，因此我們選擇某些衍射峰來判斷。本發明所合成的金屬有機納米化合物和U10-67的標準衍射圖片對比，位置基本吻合，可以判斷出它們屬于同種晶型。
[0023])將U10-67-S-S納米化合物水溶液進行超聲處理震蕩，然后滴在銅網上，使用儀器美國TECNAI G2F20對樣品進行形貌分析，結果見圖2，由圖可知，反應產物為納米棒，從放大圖(2b)可以觀察到明顯的蜂窩狀結構，這是金屬有機納米化合物固有的結構特性。
[0024])樣品于40°C下抽真空處理，使用儀器美國康塔N0VA2000e表面及孔徑分析儀測定了樣品在313K的氮氣吸附和脫附行為。實驗結果顯示U10-67-S-S納米顆粒的比表面積為441.68 m2/ g，孔容為0.205cm3/g，孔徑為1.85nm，說明其具有較高的吸附能力。圖2顯示氮氣吸附-脫附等溫曲線具有明顯的回滯環曲線，說明U10-67-S-S納米材料是介孔材料。
[0025]應用實施例1
取2ml lmg/ml實施例1制得的U10-67-S-S納米顆粒加入至2ml lmg/ml的DOX(阿霉素)充分混合，室溫避光攪拌12h，離心，水洗兩次收集上清液。用熒光分光光度計(Ex=488)，記錄波長在500 nm至800 nm間的發射光譜最大吸收值，并根據阿霉素標準曲線計算出每克U10-67-S-S納米化合物可負載384.6mg的鹽酸阿霉素。將沉淀定容到5ml PBS (pH=7.41mM)緩沖液中，考察負載了阿霉素的U10-67-S-S納米顆粒在不同緩沖溶液中的釋放效果，具體的實驗步驟如下:分別取170ml U1-67-S-S-DOX納米顆粒溶液至4ml的試管中，分別在不同的時間(l、4、8、12、24、48、72h)加入3ml (pH=7.4 和pH=5 及pH=7.4+2mM DTT(二硫蘇糖醇)和pH=5+2mM DTT)四種不同的緩沖溶液，于37°C避光反應，離心并收集上清液，上清液用熒光分光光度計(Ex=488)測量，記錄波長在500 nm至800 nm間發射光譜的最大吸收值，根據阿霉素標準工作曲線計算出DOX的釋放量，由圖4可以看出，在pH=5+2mM DTT的緩沖液中，阿霉素釋放最多。
[0026]應用實施例2
用Hela細胞作為目標細胞評價U10-67-S-S納米化合物的生物相親性:取已消化成單分散的Hela細胞懸濁液用培養液稀釋，以ΙΟΟμΙ /孔的密度接種到96孔板，每孔的細胞個數控制約為15個。將96孔板置于37 °C，5% CO2的培養箱中培養24 h后，移去培養液，加入含有不同濃度的U10-67-S-S納米顆粒細胞培養液，每組設置4個重復孔。繼續培養6 h后，移去培養液，用PBS緩沖液(pH=7.4)清洗兩次，加入ΙΟΟμΙ培養液繼續培養18 h后，每孔分別加入10μ1濃度為5 mg/mL的ΜΤΤ，繼續培育4 h，小心移去培養液，加入150μ1 DMS0，37°C培養20 min，震蕩均勻后，在酶標儀上測490 nm處的吸收值，計算細胞存活率，評價U10-67-S-S納米化合生物相親性。圖5顯示U10-67-S-S濃度在5?100yg/ml區間，細胞存活率均在90%以上，說明U10-67-S-S納米化合生物具有很好的生物相親性，適于當藥物載體。
[0027]應用實施例3
取已消化成單分散的Hela細胞懸濁液用培養液稀釋，以100 yl/孔的密度接種到96孔板，每孔的細胞個數控制約為15個，每組設置4個復孔作為重復組。將96孔板置于37 V，5%CO2的培養箱中培養24 h后，移去孔中培養液，分別加入含有I ,Control 2，U10-67-S_S (13yg/ml)3，U10-67-S-S-D0X(13yg/ml)，其中DOX的濃度為5yg/ml的細胞培養液，繼續培養6h，移去培養液，用PBS緩沖液清洗兩次，加入100 μ?培養液繼續培養18h或42h后，每孔分別加入10μ1濃度為5 mg/mL的MTT，繼續培育4 h，小心移去培養液，加入150μ1 DMS0，37°C培養20 min，震蕩均勻后，在酶標儀上測490 nm處的吸收值，計算細胞存活率，評價各組治療效果。從圖6可以看出U10-67-S-S-D0X納米復合物對癌細胞在48 h內抑制率達到70%，說明該藥物載體能用于腫瘤的治療。
[0028]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種金屬有機納米化合物，其特征在于:由鋯鹽和4，4’-二硫二苯甲酸通過配位作用沉淀形成的復合物。2.根據權利要求1所述的金屬有機納米化合物，其特征在于:鋯鹽和4，4’-二硫二苯甲酸的摩爾比為1:1。3.根據權利要求1所述的金屬有機納米化合物，其特征在于:所述的鋯鹽為四氯化鋯。4.一種制備如權利要求1或2所述的金屬有機納米化合物的方法，其特征在于:包括以下步驟: (a)將4，4’_二硫二苯甲酸和鋯鹽溶解在由DMF、醋酸和去離子水組成的混合溶液中； (b)將步驟(a)的反應液置于20?120°C中反應，直到溶液變為白色渾濁液，停止反應； (c )冷卻后，離心，分別用DMF和去離子水洗滌，獲得產物。5.根據權利要求4所述的制備金屬有機納米化合物的方法，其特征在于:步驟(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml: 0.19?0.76ml: 33μ1。6.根據權利要求5所述的制備金屬有機納米化合物的方法，其特征在于:步驟(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去離子水的用量比為:15ml: 0.38ml: 33μ1。7.根據權利要求4所述的制備金屬有機納米化合物的方法，其特征在于:步驟(b)反應溫度為40°C。8.根據權利要求4所述制備金屬有機納米化合物的方法，其特征在于:步驟(c)所制得的產物形貌為納米棒，水動力粒徑為200?250nm，表面帶正電荷，表面具有介孔結構。9.一種如權利要求1-3任一項所述的金屬有機納米化合物的應用，其特征在于:用于負載抗癌藥物。10.根據權利要求9所述的金屬有機納米化合物的應用，其特征在于:在pH和還原劑雙重刺激作用下，能釋放所負載藥物;所述的PH^ 6，所述的還原劑為谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、維生素C、細胞色素C中的一種或多種，所述抗癌藥物是阿霉素、姜黃素和紫杉醇中的一種或多種。
【文檔編號】A61K47/24GK105837481SQ201610198876
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】朱春玲, 柯淑娟, 蔣有華, 曾胚羨, 謝增鴻
【申請人】福州大學