一种载有硼酸的金属卟啉锆基MOFs材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于化学和生物医学领域，具体涉及一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料及其制备方法与应用。

背景技术：

硼中子俘获治疗(bnct)被誉为继化疗、放疗、靶向疗法、免疫疗法后的“第五疗法”。治疗原理是在治疗时先给病人注射一种含硼的药物，这种药物迅速聚集于癌细胞内，随后给病人进行1小时内的中子照射，整个治疗过程一般只需照射一次，照射的中子被癌细胞内的硼俘获，产生高杀伤力的α粒子和锂离子，由于α粒子和锂离子射程很短，只有约一个细胞的长度，利用该特性可“杀死”癌细胞而尽量不损伤周围细胞组织。bnct的研发为癌症治疗带来新的思路，并具有广阔的市场前景。硼酸及其衍生物是用于bnct治疗的第一代硼药，但因为硼酸具有水溶性差、毒性高、靶向性差的特点，当前的含硼药物不适合直接给药方式，需要利用合适的药物载体进行药物传递，实现药物在癌症部位的释放，从而达到高效治疗的效果。另外，硼酸在水中的溶解性与温度正相关，这使脂质体、微乳液、固体脂质纳米粒等热稳定性差的纳米载体对硼酸的装载效率低下，因此，设计、构建合适的药物载体材料是提高bnct治疗效果的关键之一。

而近几十年来新兴的金属一有机框架材料(metal-organnicframeworks，mofs)具有载药量高、生物相容性好，易于化学修饰等特点，很好地符合理想药物载体材料的要求，备受材料学家、仿生学家等研究者的关注，尤其引起生物医学研究者的关注。另外，卟啉类化合物素有“生命色素”之称，具有生物安全性高、肿瘤组织亲和性好、易有效清除以及低副作用等特点，同时其具有独特的光学性质，广泛用于癌症的光动力治疗，故卟啉mofs在生物医疗领域的应用也引起大家的广泛关注。由于bnct属于一次性治疗，通过后续的光动力联合治疗清除残余癌细胞是有意义的，因而基于此类化合物自组装而成的mofs也适合作为药物载体应用于光动力与bnct联合治疗。但目前对于装载硼酸的卟啉mofs材料还处于空白状态，国内外暂无此相关研究，用于bnct治疗或bnct与光动力联合治疗的含硼药物限制了这一技术的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，采用水热法合成，反应条件温和，合成效率高，mofs材料粒径均匀，其粒径为190nm左右，生物相容性好，可以作为bnct治疗的药物载体或光动力与bnct治疗联合治疗的药物载体。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，将硼酸装载到金属卟啉锆基mofs材料孔隙中，即得到载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，其硼酸装载率达到34wt％。

优选的，所述金属卟啉锆基mofs材料粒径为180～200nm。

优选的，所述金属卟啉锆基mofs材料粒径为190nm±0.2。

本发明提供一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备金属卟啉锆基mofs材料：将fe-tcpp、八水合氯化氧锆、苯甲酸固体粉末超声溶解于二甲基甲酰胺溶液中，然后将混合溶液加热至80～100℃并搅拌，反应结束并冷却后，离心得到棕色纳米颗粒，并用二甲基甲酰胺溶液将棕色纳米颗粒洗涤至少2次，即得到铁卟啉锆基mofs材料，其中fe-tcpp为5,10,15,20-四(4-羧基苯基)铁卟啉；

(2)制备载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料：将硼酸溶解于沸水中，然后再加入铁卟啉锆基mofs材料在沸水中溶解并超声混合，使混合物在黑暗中回流反应20～25h，然后趁热离心处理，弃掉上清，再用沸水洗涤并离心处理至少2次，得到深棕色的载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料。

优选的，所述步骤(1)中fe-tcpp、八水合氯化氧锆、苯甲酸的质量比为1:3:28。

优选的，所述步骤(2)中硼酸与铁卟啉锆基mofs材料的质量比为400:1。

优选的，所述步骤(1)中fe-tcpp的制备方法，包括以下步骤：

(a)将对甲酰基苯甲酸甲酯、丙酸、吡咯混合，在黑暗中回流10～15h，反应结束后冷却至室温，然后过滤收集沉淀，并用去离子水洗涤至少2次，得到紫色晶体5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)卟啉；

(b)将步骤(a)中得到的5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)卟啉与四水合氯化亚铁溶解于二甲基甲酰胺中，黑暗中回流反应5～8h，反应结束后冷却至室温，用去离子水洗涤并过滤收集棕褐色沉淀，然后将棕褐色沉淀溶于氯仿，首先用hcl溶液洗涤至少2次，再用去离子水洗涤至少2次，将下层褐色氯仿溶液用无水硫酸钠干燥后再真空加热至50～70℃干燥2～3h，得到深棕色粉末5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)铁卟啉；

(c)将步骤(b)中得到的5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)铁卟啉加入四氢呋喃与甲醇等体积混合液中，然后加入氢氧化钾溶液，在黑暗中反应10～13h，反应结束后，将四氢呋喃与甲醇蒸发，然后加热至50～70℃，并加入去离子水直至沉淀完全溶解，然后逐渐再加入hcl溶液直至无沉淀生成，将沉淀过滤并用去离子水反复洗涤，然后在50～70℃温度下真空干燥3～5h，得到深棕色粉末5,10,15,20-四(4-羧基苯基)铁卟啉，即fe-tcpp。

优选的，所述步骤(a)中对甲酰基苯甲酸甲酯与吡咯的摩尔质量比为10:1，所述步骤(b)中5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)卟啉与四水合氯化亚铁的质量比为1：3000，所述步骤(c)中5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)铁卟啉与氢氧化钾的质量比为1:3.5。

本发明还提供一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料在制备抗肿瘤药物载体中的应用。

优选的，所述应用包括作为bnct治疗的药物载体或bnct与光动力联合治疗的药物载体。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，采用水热法合成，反应条件温和，合成效率高；

(2)该mofs材料具有良好热稳定性，在沸水环境中仍可以保持结构稳定，能够达到在高温环境中装载药物的目的，且载药量高，硼酸装载率达到34wt％，具有良好的活性氧生成能力及生物相容性；

(3)该mofs材料粒径均匀，其粒径为190nm±0.2，单一分散性好。

附图说明

图1是本发明实施例的载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料的tem图；

图2是本发明实施例的金属卟啉锆基mofs材料装载硼酸前后的紫外吸收光谱图；

图3是本发明实施例的载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料的红外光谱图；

图4是本发明实施例的金属卟啉锆基mofs材料在沸水中装载硼酸前后的sem图；

图5是本发明实施例的载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料在pbs中静置14天的粒径分布变化；

图6是将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与脑胶质瘤细胞共培养后使用clsm观察到的细胞成像图；

图7是将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与人脐静脉内皮细胞共培养后使用clsm观察到的活性氧的检测图。

具体实施方式

本发明提供了一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，将硼酸装载到金属卟啉锆基mofs材料孔隙中，即得到载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，其硼酸装载率达到34wt％，该金属卟啉锆基mofs材料粒径为190nm左右，用于作为作为bnct治疗的药物载体或bnct与光动力联合治疗的药物载体。

上述一种载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，其制备步骤如下：

(1)在500ml三口烧瓶中分别加入对甲酰基苯甲酸甲酯6.9g(0.42mol)与100ml丙酸，然后缓慢滴加3ml(0.043mol)吡咯，反应于黑暗下回流12h，反应结束后，将反应液冷却至室温，通过过滤收集沉淀，并用去离子水洗涤3次，得到紫色晶体5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)卟啉(2.2g)；

(2)将步骤(1)得到的5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)卟啉(0.854mg)和四水合氯化亚铁(2.5g，12.8mmol)加入到100ml的二甲基甲酰胺(dmf)溶液中，黑暗中混合物回流6h，反应完成，待混合物冷却至室温后，加入150ml去离子水，用去离子水洗涤并过滤收集棕褐色沉淀，然后将棕褐色沉淀溶于氯仿，在分液漏斗中使用等体积浓度为1mol/l的hcl溶液洗涤三次，再用等体积去离子水洗涤2次，将下层褐色氯仿溶液用无水硫酸钠干燥，将得到的产品真空加热60℃干燥2h，得到深棕色的粉末5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)铁卟啉(1.2g)；

(3)将步骤(2)得到的5,10,15,20-四(4-甲酯基苯基)铁卟啉(0.75g)加入四氢呋喃与甲醇等体积混合液中(50ml)，再加入氢氧化钾溶液25ml(2.63g，46.95mmol)，混合物黑暗中反应12h，反应结束后，使用旋转蒸发仪蒸发掉四氢呋喃与甲醇，再加热至60℃，继续加入去离子水，直至沉淀完全溶解，再加入浓度为1mol/l的hcl直至无沉淀生成，过滤并用去离子水反复洗涤沉淀，在60℃真空干燥4h，得到深棕色粉末5,10,15,20-四(4-羧基苯基)铁卟啉(150mg)，即fe-tcpp；采用该方法制备的fe-tcpp成本低，比市售价低20倍。

(4)将fe-tcpp(100mg)、八水合氯化氧锆(300mg)和苯甲酸(2.8g)经超声溶解于dmf溶液(100ml)中，然后将反应溶液加热至90℃，轻轻搅拌6h，冷却后离心(离心转速10000rpm，离心时间20min)，然后收集棕色纳米颗粒(50mg)，用dmf洗涤3次，即铁卟啉锆基mofs材料；

(5)称取4g硼酸溶解于10ml沸水中，再称取10mg铁卟啉锆基mofs材料加入沸水并超声混匀，将混合物在黑暗中回流24h，趁热离心(离心速度5000rpm，离心时间10min)，弃掉上清，再用5ml沸水洗涤离心3次，得到深棕色的装载有硼酸的铁卟啉锆基mofs材料，避光保存。

对采用上述方法制备的铁卟啉锆基mofs材料及装载有硼酸的铁卟啉锆基mofs材料进行检测分析，并通过试验验证其性能，结果如下：

1.mofs材料的表征

通过电镜对载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料进行检测，如图1所示为载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料的tem图，(a)、(b)、(c)为在不同放大倍数下的tem图，从图1中可以看出，采用上述制备方法制备的装载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料，合成颗粒均匀，单分散性好，粒径为190nm±0.2。

通过紫外光谱分析仪对装载硼酸前后的金属卟啉锆基mofs材料进行紫外分析，如图2所示为金属卟啉锆基mofs材料装载硼酸前后的紫外吸收光谱图，从图2中可以看出，金属卟啉锆基mofs材料装载硼酸前后，紫外吸收光谱上卟啉环的特征吸收峰发生了红移，代表有基态电子供体-受体的相互作用，说明硼酸装载进金属卟啉锆基mofs材料孔隙之中。

通过红外光谱分析仪对硼酸、铁卟啉锆基mofs材料及载有硼酸的铁卟啉锆基mofs材料进行红外分析，如图3所示分别为硼酸、铁卟啉锆基mofs材料及载有硼酸的铁卟啉锆基mofs材料的红外光谱图，从图3中可以看出，装载硼酸的mofs材料在2360cm^-1处出现了硼酸的特征峰，并在1450cm^-1处出现了硼酸与mofs材料的叠加峰，说明同时存在硼酸与mofs两种物质。

2.材料的稳定性检测

通过扫描电镜检测分析在高温沸水中装载硼酸前后的金属卟啉锆基mofs材料的结构，如图4所示为金属卟啉锆基mofs材料在沸水中装载硼酸前后的sem图，(a)为装载硼酸前的sem图，(b)为装载硼酸后的sem图，从图4中可以看出，金属卟啉锆基mofs材料在沸水中装载硼酸前后，其结构未发生明显的改变，在沸水环境中仍可以保持结构稳定。

将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料溶于pbs缓冲液中，并静置14天，检测粒径分布变化，如图5所示为载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料在pbs中静置14天的粒径分布变化，从图5中可以看出，静置14天后，粒径分布未有明显变化，其稳定性好。

3.mofs材料的性能表征

将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与脑胶质瘤细胞(u87-mg)共培养3h，用clsm观察，脑胶质瘤细胞用hoechst33342染色，载硼mofs材料用罗丹明b(rhodamineb)标记，如图6所示为将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与脑胶质瘤细胞共培养后使用clsm观察到的细胞成像图，该图中(a)为基于hoechst3334标记u87-mg的蓝色荧光成像图，(b)为基于rhodamineb标记的载硼mofs材料的红色荧光成像图，(c)为图(a)与(b)的叠加图，从图6可以看出，该载硼mofs材料可以靶向在脑胶质瘤细胞中富集，说明其可以被癌细胞有效摄取。

将载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与人脐静脉内皮细胞共培养3h后，加入荧光探针dcfh-da，然后使用clsm观察活性氧的生成，如图7所示为载有硼酸的金属卟啉锆基mofs材料与人脐静脉内皮细胞共培养后用clsm观察到的活性氧的检测图，该图中(a)为利用clsm在明场下观察到的细胞成像图，(b)为利用clsm在荧光模式下观察到的细胞成像图，图(c)为(a)、(b)的叠加图。从图7可以看出，荧光信号较多，说明该载硼mofs材料在正常细胞中具有良好的活性氧生成能力，则将其应用于肿瘤细胞中，其活性氧生成能力更好，可以作为光动力治疗的药物载体，可应用于bnct与光动力联合治疗。

本发明中未述及的部分，采用或借鉴已有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。