一种纳米级金属有机骨架材料的制备方法与应用
【专利摘要】本发明涉及一种纳米级金属有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：1)将六水合三氯化铁溶解到DMF溶液中；2)将2?氨基对苯二甲酸溶解到DMF溶液中；3)将步骤1和2制备的溶液混合均匀，于反应釜中90℃密闭反应40分钟；4)向步骤3的反应溶液中加入甘油，升温至100℃反应4小时；5)冷却、离心、分离干燥既得目标产物。本发明通过对反应条件的优化，使MOF材料的粒径减小到500nm，同时不改变其形貌和纯度，并保留原有的优点，有利于在体内运输，更加适于用作药物载体。
【专利说明】
一种纳米级金属有机骨架材料的制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明涉及纳米医药技术领域，具体地说，是一种纳米级金属有机骨架材料的制 备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 金属有机骨架(metal-organic frameworks，MOFs)，又称金属有机配位聚合物 (metal-organic coordination，M0CPs)，多孔配位聚合物（porous coordination polymer，PCP)等，是由金属中心离子与有机配体通过无限配位方式形成的一种多孔材料。 因其具有规则的几何构型、可调节的孔径和粒径、巨大的比表面积、暴露的不饱和金属位点 等良好特性，在物质的吸附与分离、化学及生物催化、药物的靶向运输和释放等方面得到较 好的应用，备受材料学家、化学家、医学家等各领域科研工作者的广泛关注。国内外对该材 料的研究主要集中在合成结构新颖、具有优良性能的新型金属有机骨架并对其进行特征性 修饰，以及阐明其合成规则，用于设计具有特定结构和性质的MOFs。目前，合成预期目标的 MOFs依然较难，对其各方面特性的原理等基础性研究也不够透彻，但这丝毫没有掩盖该材 料在各个领域显示出的巨大的应用价值。
[0003] 由于MOFs具有较高的比表面积、较大的孔径、可调节的粒径、生物可降解性、合成 后可修饰性等，显现出诸多适于载药的特质，使其应用的重点从一开始的储氢、催化等转移 到药物的装载和靶向运输等方面。许多研究均表明MOFs可同时实现高载药量和有效控制药 物进行缓释，部分MOFs还具有荧光和磁性，使得对其进行载药量的测定和缓释的检测以及 药物在机体内的分布状况更加方便。另一方面，一些金属离子是许多人体生理活动所必不 可少的物质，许多重要的生命活动需要它们的参与。Fe作为人体组织中所必需的微量金属 元素，选择Fe 3+作为中心离子来合成MOFs较适宜用作药物载体的研究，其降解后不易对机体 造成伤害，且该类MOFs较以其他金属为中心离子的MOFs具有更好的生物相容性，使得相比 于其他材料，更适用于作为药物载体进行研究与应用。
[0004] 水（溶剂）热法是利用聚四氟乙烯反应釜在高温高压条件下合成特殊物质及培养 高质量晶体的一种方法，是目前合成MOFs材料应用最为成熟的方法，该种方法通常选用水、 醇类（甲醇、乙醇）、胺类(DMF、乙二胺、三乙胺等）作为反应溶剂，在自身压力的条件下反应 生成产物。这种方法的优点是可以用于常温常压下不溶或者难容化合物的合成，其方法简 单且得到的晶体晶型较好。郑州大学2014年4月公开的硕士学位论文《金属有机骨架作为化 学传感器以及多西他赛药物载体的研究》，公开了叶酸修饰的MIL-lOl(Fe)作为药物载体的 研究，其4.3.1.1节公开111^-101卬6)的合成 :称取4511^81'(：，置于251^反应釜的聚四氟乙烯 的内胆中，加入12.5mL超纯水，混匀呈淡黄色浑浊液，再向其中加入70mg FeCl3 · 6H20,混匀 后置于微波炉中，100W微波反应15min。冷却至室温后，将反应液离心（10000rpm，5min)后弃 去上清，沉淀反复水洗，离心得沉淀，60°C真空干燥过夜，除去孔道中的溶剂水分子。该文献 以2-氨基对苯二甲酸为配体，以FeCl 3 · 6H20作为金属形成一种MOFs材料，利用微波反应，对 MIL-101 (Fe)粒径进行改进，得到粒径在200-300之间的纳米M0F材料。本领域技术人员知 晓，用于构建MOFs的金属离子和有机配体众多，以及配体方式多样，MOFs材料具有多样的结 构和形貌。此外，在相同的金属中心、配体及配位方式的条件下，MOFs的合成还受到溶剂、反 应温度等其他因素的影响。对于不同的合成条件将会获得不同结构的金属有机骨架。
[0005] 纵观目前MOFs在载药领域的研究情况，限制该材料应用的主要因素如下：该材料 水溶性不好，不利于进一步利用；大部分MOFs为晶体结构，且粒径在微米级，限制了其在体 内的运输。因此针对现有技术的缺点，有必要提供一种新型M0F材料的制备方法，使其具有 生物相容性好、粒径低、载药量高的优良性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种纳米级金属有机骨架材料的制 备方法。
[0007] 本发明的再一的目的是，提供由如上所述制备方法制备的金属有机骨架材料。
[0008] 本发明的另一的目的是，提供如上所述金属有机骨架材料的用途。
[0009] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0010] -种纳米级金属有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 1)将六水合三氯化铁溶解到DMF溶液中；
[0012] 2)将2-氨基对苯二甲酸溶解到DMF溶液中；
[0013 ] 3)将步骤1和2制备的溶液混合均匀，于反应釜中90 °C密闭反应40分钟；
[0014] 4)向步骤3的反应溶液中加入甘油，升温至100°C反应4小时；
[0015] 5)冷却、离心、分离干燥既得目标产物。
[0016] 优选地，所述步骤1)将六水合三氯化铁溶解到DMF溶液中，加热到90°C。
[0017] 优选地，所述步骤2)将2-氨基对苯二甲酸溶解到DMF溶液中，加热到90°C。
[0018] 优选地，所述制备方法的具体步骤如下：
[0019] 1)将0.187g六水合三氯化铁溶解到5ml DMF中标记为①，将0.115g 2-氨基对苯二 甲酸溶解到10mL DMF中标记为②，分别加热到90°C，并将聚四氟乙烯反应釜90°C水浴加热 备用；
[0020] 2)将①和②倒入反应釜中充分混合均匀，拧紧反应釜，继续90°C加热40min;
[0021] 3)打开反应釜，加入lmL甘油，关闭反应釜，升温到100°C加热4h，取出反应釜，冷却 至室温后，l〇〇〇〇r/min离心20min分离M0F，用DMF、无水乙醇、超纯水分别洗涤3次，35°C真空 干燥24h，即得目标产物。
[0022] 所述金属有机骨架材料的粒径为400-500nm。
[0023]所述金属有机骨架材料装载姜黄素，姜黄素：M0F = 2:1，反应5天的载药量为 93.1%〇
[0024]所述金属有机骨架材料装载姜黄素，体外释放90%姜黄素的时间为20_25h。
[0025]为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：
[0026]由如上任一所述制备方法制备的金属有机骨架材料。
[0027]为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：
[0028] 如上所述金属有机骨架材料在制备药物载体中的应用。所述药物为姜黄素。
[0029] 本发明通过对温度的改变和调节剂的选择，制备出一种新型M0F，不仅保留了原有 MOF的形貌和纯度以及良好的生物相容性、高载药量等优良性能，还将其粒径由原先的2μπι 调节到500nm，并以姜黄素为目标药物对其性能进行研究。
[0030] 本发明优点在于：
[0031] 1、本发明的制备方法具有工艺简单、重复性好、产率高、工艺条件温和等优点。
[0032] 2、本发明的金属有机骨架材料具有高载药量、可控制缓释、生物相容性较好、体内 可降解的优点。
[0033] 3、本发明通过对反应条件的优化，使M0F材料的粒径减小到500nm，同时不改变其 形貌和纯度，并保留原有的优点，有利于在体内运输，更加适于用作药物载体。
【附图说明】
[0034]附图1为实施例1制备的M0F电镜照片。
[0035]附图2为实施例1制备的M0F体外释药结果。
[0036]附图3为对比例1制备的M0F电镜照片。
[0037]附图4为对比例2制备的M0F电镜照片。
[0038]附图5为对比例3制备的M0F电镜照片。
[0039]附图6为对比例4制备的M0F电镜照片。
[0040]附图7为对比例5制备的M0F电镜照片。
[0041 ]附图8为对比例6制备的M0F电镜照片。
【具体实施方式】
[0042]下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发 明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。
[0043] 实施例1
[0044] -、M0F 的合成
[0045] (1)将0.187g六水合三氯化铁溶解到5mlDMF中标记为①，将0.115g 2-氨基对苯二 甲酸溶解到10mL DMF中标记为②，分别加热到90°C，并将聚四氟乙烯反应釜90°C水浴加热 备用。
[0046] (2)将①和②倒入反应釜中充分混合均匀，拧紧反应釜，继续90°C加热40min。
[0047] (3)随后打开反应釜，加入lmL甘油作为调节剂，关闭反应釜，升温到100°C加热4h。 取出反应釜，冷却至室温后，l〇〇〇〇r/min离心20min分离M0F，用DMF、无水乙醇、超纯水分别 洗涤3次，35 °C真空干燥24h，即得。
[0048]图1为M0F合成样品电镜照片，本实施合成的M0F材料粒径为400-500nm。
[0049]二、装载姜黄素与载药量的测定
[0050] 将20mg姜黄素与10mg M0F放入50mL无水乙醇中，搅拌均勾，使其混合5天，然后 10000r/min离心20min，35°C真空干燥24h即可。
[0051 ] 取干燥好的复合物5mg加入到500yL DMS0和100yL浓盐酸的混合液中，超声处理 30min，再加10mL无水乙醇稀释，测量吸光度(根据实际情况进行稀释），计算金属有机骨架 中药物含量，载药量=药物质量/药物-载体复合物总质量。计算得出姜黄素的载药量为 93.1%〇
[0052] 三、体外释药
[0053] 取5mg载药的M0F，放入透析袋中扎牢，置于250mL PBS缓冲液中，再加入约10mL乙 醇促进姜黄素的溶解，37 °C恒温震荡，速率为100r/min，每小时取5mL溶液测吸光度，同时补 充5mL新鲜缓冲溶液，根据测得的吸光度绘制累计释放曲线。结果如图2所示，姜黄素在24h 左右完全释放。
[0054] 对比例1
[0055] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第二步中反应温度为l〇〇°C。结果:所合成的M0F粒径为2000nm(图3)，载药量的测定显示姜 黄素的载药量为97.1 %，体外释药实验显示姜黄素难以释放。
[0056] 对比例2
[0057] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第二步中反应温度为80°C。结果:所合成的M0F粒径大小不一，结构混乱（图4)，载药量的测 定显示所合成的M0F无法装载姜黄素。
[0058] 对比例3
[0059] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第三步中反应温度为90 °C。结果:所合成的M0F粒径为2000nm(图5)，载药量的测定显示姜黄 素的载药量为9.9%，体外释药实验显示姜黄素难以释放。
[0060] 对比例4
[0061] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第三步中反应温度为ll〇°C。结果:所合成的M0F结构塌陷（图6)，载药量的测定显示所合成 的M0F无法装载姜黄素。
[0062] 对比例5
[0063] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第三步中反应所用的调节剂为醋酸钠。结果:所合成的M0F粒径为200nm(图7)，载药量的测 定显示姜黄素的载药量为7%，体外释药实验显示姜黄素难以释放。
[0064] 对比例6
[0065] M0F的合成方法、参数、载药量的测定及体外释放测定同实施例1，不同之处在于： 第三步中反应所用的调节剂为丙二醇。结果:所合成的M0F结构塌陷（图8)，载药量的测定显 示所合成的M0F无法装载姜黄素。
[0066]表 1
[0068]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 将六水合三氯化铁溶解到DMF溶液中； 2) 将2-氨基对苯二甲酸溶解到DMF溶液中； 3) 将步骤1和2制备的溶液混合均匀，于反应釜中90 °C密闭反应40分钟； 4) 向步骤3的反应溶液中加入甘油，升温至100 °C反应4小时； 5) 冷却、离心、分离干燥既得目标产物。2. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1) 将六水合三氯化铁溶解到DMF溶液中，加热到90°C。3. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2) 将2-氨基对苯二甲酸溶解到DMF溶液中，加热到90°C。4. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如 下： 1) 将0.187g六水合三氯化铁溶解到5ml DMF中标记为①，将0.115g 2-氨基对苯二甲酸 溶解到IOmL DMF中标记为②，分别加热到90°C，并将聚四氟乙烯反应釜90°C水浴加热备用； 2) 将①和②倒入反应釜中充分混合均匀，拧紧反应釜，继续90 °C加热40min; 3) 打开反应釜，加入ImL甘油，关闭反应釜，升温到100 °C加热4h，取出反应釜，冷却至室 温后，lOOOOr/min离心20min分离MOF，用DMF、无水乙醇、超纯水分别洗涤3次，35°C真空干燥 24h，即得。5. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述金属有 机骨架材料的粒径为400-500nm。6. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述金属有 机骨架材料装载姜黄素，姜黄素 :MOF = 2:1，反应5天的载药量为93.1 %。7. 根据权利要求1所述纳米级金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述金属有 机骨架材料装载姜黄素，体外释放90 %姜黄素的时间为20-25h。8. 权利要求1-4任一所述制备方法制备的金属有机骨架材料。9. 权利要求8所述的金属有机骨架材料在制备药物载体中的应用。10. 根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述药物为姜黄素。
【文档编号】C07F15/02GK105949247SQ201610311302
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘克海, 余倩, 张亚光, 韩娟娟, 胡静, 邬军文, 张敏
【申请人】上海海洋大学