本发明属于多孔有机材料领域，涉及一种基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料，具体涉及一种基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料、其制备方法及应用。
背景技术
氢键有机框架材料(简称hofs)，因其具有大比表面积、良好的可再生性及合成条件温和的特点，在气体储存/分离、质子传导等领域展现出优良的应用前景，但其稳定性不高的特性限制了其应用的发展。
癌症每年造成数百万人死亡，对人类健康的威胁越来越大。化疗现在仍然是最常见的癌症治疗方法。然而，化疗的固有的局限性，包括糟糕的副作用，不良的药物代谢动力学和不良的生物体分布，这些都迫使人们寻找复合的治疗方法，如化学-光动力疗法和化学-热疗法，这已成为破解单一成分的局限性，消除癌症治疗的有效策略。
技术实现要素：
本发明提供一种基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料，该材料利用多重氢键和稠环配体的π-π相互作用力的协同作用，解决了以往氢键有机框架材料稳定性差、不能保持永久孔道的问题，并使得该材料具有非常优异的化学和热稳定性，且可以在酸性环境中实现晶态和比表面积的修复。
所述基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料，其是以稠环配体为有机骨架，利用多重氢键和稠环配体的π-π相互作用力的协同作用构筑而成的氢键有机框架材料。
根据本发明，一种氢键有机框架材料，其包含稠环配体，所述稠环配体选自任选被1个、2个或更多个羧基取代的包含共轭结构的芳香化合物，例如被1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个羧基取代的包含共轭结构的芳香化合物；其中，所述包含共轭结构的芳香化合物可以包括：例如含由2～60个苯环共轭形成的芳烃；由2～60个芳杂环共轭形成的杂芳香化合物；或由至少1个苯环(如1～60个)和至少一个(如1～60个)芳杂环共轭形成的杂芳香化合物；
优选地，所述1～60意指可以为1～60中任意的整数，例如可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30；所述2～60意指可以为2～60中任意的整数，例如可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30；
作为实例，所述包含共轭结构的芳香化合物可以由2～30个，例如2～10个(例如2、3、4、5、6、7、8、9或10个)苯环形成的共轭芳烃，其实例可以为萘、蒽、萉、芘、苝等；
所述芳杂环可以为含有1、2、3、4或5个选自氮、氧、硫的杂原子的5、6、7、8、9或10元芳杂环；
所述共轭可通过稠合或通过化学键连接的方式实现；
根据本发明的实施方案，所述稠环配体可以选自如下式所示的结构：
例如，所述稠环配体可以选自1,4-萘二甲酸、9,10-蒽二甲酸、1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘等。
其中，所述氢键有机框架材料，其粒径为200纳米～50微米；优选地，其粒径为200纳米～30微米；更优选地，其粒径为200纳米～5微米；根据本发明示例性的实施方案，其粒径可以为200纳米、500纳米、1微米、10微米、15微米。
根据本发明的实施方案，所述氢键有机框架材料以稠环配体为有机骨架，且具有多孔道结构。
根据本发明示例性的实施方案，所述氢键有机框架材料的比表面积在1000～2400平方米/克之间，例如2000～2200平方米/克之间。
本发明还提供上述氢键有机框架材料的制备方法，该方法包括：采用重结晶法，向稠环配体的溶液中加入不良溶剂，经充分搅拌、静置、离心、清洗，得到基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料。
根据本发明制备方法，所述稠环配体的溶液中的溶剂为可溶解稠环配体的溶剂，优选为良溶剂，例如可以选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜中的至少一种；
所述稠环配体的溶液浓度低于稠环配体饱和溶液的浓度，例如可以为2～10毫克/毫升，如6.67毫克/毫升。
所述不良溶剂可以为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、三氯甲烷、去离子水、乙腈、1,4-二氧六环、乙酸乙酯中的至少一种；优选地，所述不良溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、去离子水、乙酸乙酯中的至少一种。
所述不良溶剂和稠环配体的溶液的体积比在1:1以上；优选地，体积比可以为(1～8):1；根据本发明示例性的实施方案，所述体积比可以为4:1。
根据本发明制备方法，所述静置为在室温下静置3～48小时，优选地，静置3～24小时；根据本发明示例性的实施方案，静置12小时；
所述离心为高速离心；优选地，离心转速在10000～20000转/分钟之间；例如，以12000转/分钟的速度离心3分钟。
本发明还提供了微纳米级的氢键有机框架材料的制备方法，该方法包括：采用重结晶法，搅拌条件下向稠环配体的溶液中加入不良溶剂，离心、清洗后，得到微纳米级基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料。
根据本发明，所述微纳米级的氢键有机框架材料的制备方法，该方法具体包括：采用重结晶法，搅拌条件下向稠环配体的溶液中加入去离子水或乙酸乙酯，保持搅拌一段时间后，再加入乙醇，高速离心、多次清洗后，得到微纳米级基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料。
根据本发明制备方法，所述稠环配体的溶液中的溶剂为可溶解稠环配体的溶剂，优选为良溶剂，例如可以选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜中的至少一种；
所述稠环配体的溶液浓度低于稠环配体饱和溶液的浓度，例如可以为2～10毫克/毫升，如6.67毫克/毫升。
根据本发明制备方法，所述稠环配体的溶液、去离子水或乙酸乙酯、乙醇的体积比可以为3～6:10～40:10～40；例如可以为3:20:15～20；示例性地，体积比可以为3:20:18，3:20:16.66。
所述搅拌一段时间为搅拌5～20分钟；例如搅拌5分钟、10分钟、15分钟；
所述高速离心的转速在10000～20000转/分钟之间；例如以12000转/分钟的速度离心15min；
所述多次清洗为分别用乙醇和丙酮清洗3～5次；例如先用乙醇清洗4次，再用丙酮清洗4次。
根据本发明制备方法，所述微纳米级材料的粒径为200纳米～10微米。
一种药物组合物，包含上述氢键有机框架材料和负载于该材料的药物。
本发明还提供了上述氢键有机框架材料在制备药物中的应用。优选地，将抗癌药物负载在材料内，实现光动力学-化疗协同治疗。
优选地，所述药物为抗癌药物。
优选地，所述抗癌药物可以为阿霉素、喜树碱、顺铂等或它们的衍生物中的一种或多种。
本发明还提供一种所述氢键有机框架材料的再生方法，包括使用酸(如浓盐酸)处理所述氢键有机框架材料12～60小时，如24～48小时。优选地，所述处理为浸泡或浸渍。
本发明的有益效果是：
本发明利用多重氢键和稠环配体的π-π相互作用力的协同作用，得到基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料，该类有机框架材料具有高比表面积、永久孔道、高化学与热稳定性、合成条件温和、优良的单线态氧产生能力等特点，解决了以往氢键有机框架材料稳定性差、不能保持永久孔道的问题。且材料明制备方法简单，可操作性强，可以自由控制颗粒的粒径，最小可以达到200纳米。
该材料具有良好的生物兼容性和较低的生物毒性，在进一步复合抗癌药物之后，具有优良的复合化学-光动力学治疗能力，二者协调作用使氢键有机框架材料表现出优良的癌症治疗效果，癌细胞存活率低。
附图说明
图1为本发明氢键有机框架材料的结构示意图，其中：中间柱形代表结构中的孔道。
图2为本发明列举的可用于制备氢键有机骨架的稠环配体的分子式。
图3为实施例1制备的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料与计算模拟得到的xrd对比图。
图4为实施例1制备的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的在经过不同环境处理后的77k的n2吸附。
图5为实施例1制备的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的在经过不同环境处理后的xrd对比图。
图6为实施例1制备的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的在经过不同温度处理，及酸性环境中修复后的77k的n2吸附。
图7为实施例1制备的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的在经过不同温度处理后的xrd对比图。
图8为实施例3制备的不同尺寸的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的sem图(a中标尺：1微米；b中标尺：300纳米；c和d中标尺：100纳米)。
图9为实施例5制备的负载有阿霉素的氢键有机框架材料的sem图。
图10为实施例1、实施例3、实施例5样品的单线态氧产生检测图。
图11为实施例5制备的负载有阿霉素的氢键有机框架材料的体外细胞毒性测试图。
图12为实施例5制备的负载有阿霉素的氢键有机框架材料的体外细胞光动力学疗效测试图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明材料及其制备方法和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
部分仪器信息如下：
x射线衍射仪：日本理学miniflex600；
全自动比表面与孔隙度分析仪：麦克公司的asap2020和asap2460；
扫描式电子显微镜：日本电子jsm6700-f；
紫外可见分光光度计：岛津uv-2550。
实施例1基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料
基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的制备过程：
将10毫克1,3,6,8-四(对羧基苯基)苝溶解于1.5毫升n,n-二甲基甲酰胺中，待配体完全溶解之后，向溶液加入6毫升的甲醇溶液中，搅拌1分钟，之后把样品在室温下静置12小时。之后以12000转/分钟的速度离心3分钟，连续用丙酮清洗3次，得到基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料。该材料具有高比表面积：根据brunauuer-emmett-teller公式计算为2122平方米/克，孔径1.7纳米。
将以上各物料配比等量扩大后，依旧可以得到该材料。
实施例2基于萘、蒽、萉、苝的氢键有机框架材料
基于萘、蒽、萉、苝的氢键有机框架材料的制备过程与实施例相同，只需将原料替换为图2所示的具体化合物。
实施例3微纳米级基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料
纳米级基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的制备过程：将10毫克1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘溶解于1.5毫升n,n-二甲基甲酰胺中，待配体完全溶解之后，在1000转/分钟的搅拌速度下向溶液加入10毫升的去离子水，并保持搅拌5分钟。之后再加入9毫升的乙醇，并以12000转/分钟的速度离心15分钟，连续用乙醇、丙酮各清洗4次，得到粒径为200纳米的基于芘的氢键有机框架材料(见图8d)。
通过更改合成的反应时间和条件，可以得到从微米级到纳米级的该氢键有机框架材料：
按照实施例2制备方法，将去离子水换成乙酸乙酯，得到粒径为10微米的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料(见图8a)；
按照实施例2制备方法，将搅拌时间延长为15min后，得到粒径为1微米的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料(见图8b)；
按照实施例2制备方法，将搅拌时间延长为10min后，得到粒径为500纳米的基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料(见图8c)。
实施例4微纳米级基于萘、蒽、萉、苝的氢键有机框架材料
纳米级基于萘、蒽、萉、苝的氢键有机框架材料的制备过程与实施例2相同，只需将原料替换为图2所示具体化合物，乙醇加入量替换为8.33毫升，即可得到粒径为200纳米的基于萘、蒽、萉、苝等的氢键有机框架材料。
通过更改合成的反应时间和条件(如改用相对弱极性的不良溶剂和延长反应时间可以得到相对直径更大的材料)，可以得到从微米级到纳米级的该氢键有机框架材料。
实施例5
负载有阿霉素的纳米级基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料的制备：
将5毫克实施例2制备得到的纳米级基于1,3,6,8-四(对羧基苯基)芘的氢键有机框架材料，加入到2.5毫升的阿霉素的水溶液当中，阿霉素的水溶液含有0.001摩尔/升的稀盐酸。之后把含有材料的溶液在超声机中超声2分钟，之后放入摇床以240转/分钟的速度摇动1小时，之后以12000转/分钟的速度离心15分钟，连续用丙酮清洗2次，得到负载有阿霉素的纳米级氢键有机框架材料。
通过图9可以看出：负载了阿霉素之后的氢键有机框架材料仍保持了其基本形貌，说明其稳定性良好。
实施例6实施例1中制备的氢键有机框架材料的性能检测
图3为实施例1制备的氢键有机框架材料与计算模拟得到的xrd对比图。
测试条件：将实施例1制备的氢键有机框架材料烘干，在常温条件下使用日本理学miniflex600进行粉末xrd图谱的测试，并将其与经计算模拟得到的xrd图谱结果进行比对。
测试结果：表明实施例1制备样品的xrd衍射峰与经计算模拟得到的结果高度拟合。
图4为实施例1制备的氢键有机框架材料经不同环境处理后的氮气吸附图。
测试条件：实施例1样品测试之前使用丙酮交换6次，每次8小时，之后使用90摄氏度真空干燥6小时，然后进行77kn2吸附的测试。
测试结果：表明实施例1样品在去离子水、浓盐酸、0.1m稀盐酸、甲醇或丙酮中浸泡117天，或者在沸水中浸泡10天，吸附曲线没有发生明显变化，说明此时结构仍然保持稳定，该氢键有机框架材料具有优异的化学与热稳定性。
图5为实施例1制备的氢键有机框架材料经不同环境处理后的xrd图谱。测试结果表明：表明实施例1样品在去离子水、浓盐酸、0.1m稀盐酸、甲醇或丙酮中浸泡117天，或者在沸水中浸泡10天，样品的xrd衍射峰未发生变化，说明样品结构仍然保持稳定。该氢键有机框架材料具有优异的化学与热稳定性。
图6为实施例1制备的氢键有机框架材料在经过不同温度处理，及酸性环境中修复后的77k的n2吸附图。
测试条件：实施例1制备的氢键有机框架材料分别在90摄氏度、120摄氏度、150摄氏度、180摄氏度和210摄氏度条件下真空活化6小时，之后使用麦克公司的asap2020和asap2460吸附仪进行77k氮气吸附的表征。之后，经过210摄氏度条件下真空活化6小时的该氢键有机框架材料取部分使用浓盐酸浸泡1天，另一部分作为原料使用实施例1的方法制备再生的该氢键有机框架材料，并分别对其使用麦克公司的asap2020和asap2460吸附仪进行77k氮气吸附的表征。
测试结果：表明实施例1样品分别在90摄氏度、120摄氏度条件下真空活化6小时，其吸附曲线没有发生明显的变化，说明其说明样品结构仍然保持稳定。实施例1样品分别在150摄氏度、180摄氏度、210摄氏度条件下真空活化6小时后，吸附曲线的吸附量明显降低，说明在该温度下，材料骨架会出现一定的变化，之后把高温活化后的样品在浓盐酸中浸泡1天，其吸附曲线又恢复了原始状态，说明其在浓盐酸条件下骨架恢复了原始的状态，其具有自恢复的特性。同时，把高温活化后的样品作为原料制备该氢键有机骨架材料，其吸附曲线和原始吸附曲线基本一致，说明两者的骨架基本一致，说明了该材料良好的再生性。
图7为实施例1制备的氢键有机框架材料在经过不同温度处理后的xrd图谱。测试结果表明：在经过高温处理或者酸性环境中修复之后，该氢键有机框架材料的粉末xrd图谱和模拟粉末xrd图谱一致，说明该材料依旧保持着良好的骨架结构，晶体结构没有发生明显的相变。
实施例7实施例1、3和5中制备的氢键有机框架材料的单线态氧产生性能
测试条件：将1.92毫克实施例1样品、实施例3样品、实施例5样品，分别加入到15毫升经30分钟充氧气操作的0.32毫克/毫升的9,10-二苯基蒽的乙腈溶液当中，在氙灯的照射之下，测试检测剂9,10-二苯基蒽的紫外可见光谱。
测试结果：通过图10可以看出实施例1样品、实施例3样品和实施例5样品均具有优良的单线态氧产生速率，且以实施例3和实施例5样品性能为佳，实施例1样品次之。
实施例8实施例5中制备的负载有阿霉素的氢键有机框架材料的体外细胞毒性测试
测试条件：hela细胞用gibcorpmi1640培养基培养，于96孔中接种过夜培养，细胞铺板12h后，分别使用1微克/毫升、10微克/毫升实施例5样品处理24小时，去除处理液后，再用mtt测试，对照组使用不同浓度的阿霉素溶液替换实施例5样品进行试验。
测试结果：通过图11可以看出无光照，不添加样品条件下，细胞均具有良好的活性，但是在加入不同的样品之后，加入抗癌药物阿霉素的实验组的细胞存活率明显下降，当阿霉素浓度达到10微克/毫升的时，实验组的细胞存活率仅仅只有10％，而在同样浓度条件下，实施例3样品和实施例5样品的实验组的细胞存活率明显较高，特别是加入实施例5样品的实验组的细胞存活率在样品浓度达到10微克/毫升的条件下可以达到75％，这样的实验结果说明了实施例5样品具有较低的细胞毒性。
实施例9实施例5中制备的负载有阿霉素的氢键有机框架材料的体外细胞光动力学疗效测试
测试条件：hela细胞用gibcorpmi1640培养基培养，于96孔中接种过夜培养，细胞铺板12小时后，分别使用1微克/毫升、10微克/毫升、20微克/毫升实施例5样品处理24小时，去除处理液后用400纳米激光照射30分钟，再用mtt测试，对照组使用不同浓度的阿霉素溶液、未负载的材料替换实施例5样品进行试验。
测试结果：通过图12可以看出不同实验组在不加入样品的光照条件下均仅有65％的细胞存活率，这是光对细胞的损伤。而在光照条件下加入不同样品可以发现在加入相同浓度样品的实验组当中，加入实施例5样品的实验组相比较加入实施例3样品的实验组的细胞存活率明显降低，甚至在样品添加浓度达到10微克/毫升的条件下可以接近仅添加阿霉素的实验组，这说明了实施例5样品具有良好的癌症治疗效果。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。