一种金属有机纳米化合物及其制备和应用

一种金属有机纳米化合物及其制备和应用
【专利摘要】本发明涉及一种金属有机纳米化合物的制备方法及应用。一种金属有机纳米化合物命名为UIO?67?S?S，它是｛〔Zr（BPDC?S?S）〕｝∞，以四氯化锆为金属盐，4,4?二硫二苯甲酸为有机配体，在DMF混合液中通过配位作用沉淀形成。本发明所述的UIO?67?S?S纳米化合物的应用是可以作为pH及氧化还原双重刺激响应的药物释放载体。
【专利说明】
一种金属有机纳米化合物及其制备和应用
技术领域
[0001]本发明涉及纳米材料技术领域及生物医学材料领域，具体涉及一种金属有机纳米化合物及其制备和应用。
【背景技术】
[0002]金属有机框架材料是一类由有机配体和金属离子通过配位键作用组成的多孔材料，具有较高的比表面积。而且，选择不同的金属离子和配体可以获得不同结构和功能的金属有机框架材料。正是由于这种材料结构性能的多样性和其独特的多孔结构，使其在药物运输领域有广泛的应用。但是传统的金属有机纳米化合物是通过金属与配体间相对不稳定的配位键从而使其结构坍塌，即主要通过pH值响应控制药物释放。上述解离过程是一个缓慢的降解过程，其结果是金属有机纳米化合物在体内的降解时间较长，不利于其在体内的清除。
[0003]另一方面，肿瘤组织通常具有比较高的谷胱甘肽表达(26-34/100g)，因此，可以设计由含双硫键的有机配体与金属盐构建金属有机纳米化合物，使该金属有机纳米化合物可以通过pH和还原剂双重刺激响应释放所负载药物，并缩短其在体内的降解时间。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属有机纳米化合物及其制备和应用。
[0005]该金属有机纳米化合物由含双硫键有机配体与金属盐组成，可以负载抗癌药物，能通过pH和还原剂双重刺激响应释放所负载药物，并缩短在体内的降解时间。
[0006]为达到上述目的，具体技术方案如下: 一种金属有机纳米化合物(以下简称为1]10-67-5-5)，由锆盐和4，4’-二硫二苯甲酸
(BPDC-S-S)通过配位作用沉淀形成的复合物(化学式为〔Zr(BPDC-S-S)〕}oo);其中，锆盐和4，4’ -二硫二苯甲酸的摩尔比为1:1;所述的锆盐为四氯化锆。
[0007]—种制备如上所述的金属有机纳米化合物的方法，包括以下步骤:
(a)将4，4’-二硫二苯甲酸和锆盐溶解在由DMF、醋酸和去离子水组成的混合溶液中；
(b)将步骤(a)的反应液置于20?120°C中反应，直到溶液变为白色浑浊液，停止反应；
(c)冷却后，离心，分别用DMF和去离子水洗涤，获得产物。
[0008]步骤(a )所述的混合溶液中D M F、醋酸和去离子水的用量比为:15 m 1: 0.19-
0.76ml: 33μ1。
[0009]优选的，步骤(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml:0.38ml: 33μ10
[0010]优选的，步骤(b)反应温度为40°C。
[0011 ] 步骤(C)所制得的产物形貌为纳米棒，水动力粒径为200?250nm，表面带正电荷，表面具有介孔结构。
[0012]所述的金属有机纳米化合物的应用，用于负载抗癌药物，在pH和还原剂双重刺激作用下，能释放所负载药物;所述的PH <6，所述的还原剂为谷胱甘肽、二硫苏糖醇、维生素C、细胞色素C中的一种或多种，所述抗癌药物是阿霉素、姜黄素和紫杉醇中的一种或多种。
[0013]实际应用:
将一定量的抗癌药物与金属有机纳米化合物混合过夜吸附，离心水洗得到纳米复合物。本申请选用的药物模型分子为盐酸阿霉素。在还原环境下，U10-67-S-S纳米化合物结构中的双硫键可被还原剂切断，在酸性环境中金属锆离子和氧离子之间的作用减弱，导致U10-67-S-S纳米化合物受这两种刺激响应发生结构坍塌，药物随之释放。实验结果表明在pH=5和DTT为2mM的刺激条件下，阿霉素在72h内释放量为60.2%，具有协同释放效果。
[0014]与现有技术相比，本发明的显著优点在于:
(I )U10-67-S-S纳米化合物制备过程简单，条件温和，易于规模化；
(2)U10-67-S-S纳米化合物生物相亲性好，在体内可降解，是可降解型药物载体;并且降低了在体内的降解时间；
(3)U10-67-S-S纳米化合物具有在体内受酸性和还原剂双重刺激响应释放特性，是其他同种类型的金属有机材料不可比拟的。
【附图说明】
[0015]图1U10-67-S-S纳米化合物的X射线衍射粉末图，横坐标为2Θ角度，纵坐标为衍射强度；
图2 U10-67-S-S纳米化合物的场发射扫描电镜图；
图3 U10-67-S-S纳米化合物在313K的氮气吸附脱附曲线；
图4 U10-67-S-S纳米化合物负载药物不同条件的体外药物释放研究性能图，横坐标为释放时间，纵坐标为释放百分率；
图5 U10-67-S-S纳米化合物的生物相亲性柱状图；横坐标为U10-67-S-S纳米化合物的浓度，纵坐标为细胞存活率；
图6 U10-67-S-S和U10-67-S-S-D0X纳米化合物MTT实验结果图，横坐标为不同组样品，纵坐标为细胞存活率。
【具体实施方式】
[0016]下面以具体实施示例对本发明的技术方案做进一步说明，但是不能以此限制本发明的范围
实施例1
一种制备如上所述的金属有机纳米化合物的方法，包括以下步骤:
(a)将4，4’-二硫二苯甲酸和锆盐按摩尔比1:1溶解在由DMF、醋酸和去离子水组成的混合溶液中；DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml: 0.38ml: 33μ1;
(b)将步骤(a)的反应液置于40°C中反应，直到溶液变为白色浑浊液，停止反应；
(c)冷却后，离心，分别用DMF和去离子水洗涤，获得产物。
[0017]步骤(c)所制得的产物形貌为纳米棒，水动力粒径为200?250nm，表面带正电荷，表面具有介孔结构，孔径为1.85nm，比表面积为441.67m2/g。
[0018]实施例2
一种制备如上所述的金属有机纳米化合物的方法，包括以下步骤:
(a)将4，4’-二硫二苯甲酸和锆盐按摩尔比1:1溶解在由DMF、醋酸和去离子水组成的混合溶液中;DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml: 0.19ml: 33μ1;
(b)将步骤(a)的反应液置于20°C中反应，直到溶液变为白色浑浊液，停止反应；
(c)冷却后，离心，分别用DMF和去离子水洗涤，获得产物。
[0019]步骤(c)所制得的产物形貌为纳米棒，水动力粒径为200?250nm，表面带正电荷，表面具有介孔结构，孔径为1.75nm，比表面积为400.32m2/g。
[0020]实施例3
一种制备如上所述的金属有机纳米化合物的方法，包括以下步骤:
(a)将4，4’-二硫二苯甲酸和锆盐按摩尔比1:1溶解在由DMF、醋酸和去离子水组成的混合溶液中;DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml: 0.76ml: 33μ1;
(b)将步骤(a)的反应液置于120°C中反应，直到溶液变为白色浑浊液，停止反应；
(c)冷却后，离心，分别用DMF和去离子水洗涤，获得产物。
[0021 ] 步骤(c)所制得的产物形貌为纳米球，水动力粒径为200?250nm，表面带正电荷，表面具有介孔结构，孔径为0.83nm，比表面积为340.24m2/g。
[0022]产物性能检测:
I)粉末衍射仪器 Bruker D8 Advance powder X-ray diffractometer 使用Cu革巴，在室温条件下，以2Θ步长为0.02得到的扫描衍射峰数据:光谱用晶面距离d表示。对于同种化合物的同种晶型，XRD谱图在整体上具有相似性，标准峰的d值相对误差值在±2%以内。因此我们选择U10-67化合物的衍射图谱作对比(图lahU1-67是由金属锆盐和4，4’_对苯二甲酸组成。1]10-67的标准图片衍射峰位置:5.71、6.59、9.33、10.95、11.44、13.21、14.40、14.78。本发明所合成的金属有机纳米化合物的衍射峰位置(图lb):5.58、6.58、10.95、13.26、15.0。由于在混合物鉴定中，可能由于含量的下降，导致某些衍射峰的缺失，因此我们选择某些衍射峰来判断。本发明所合成的金属有机纳米化合物和U10-67的标准衍射图片对比，位置基本吻合，可以判断出它们属于同种晶型。
[0023])将U10-67-S-S纳米化合物水溶液进行超声处理震荡，然后滴在铜网上，使用仪器美国TECNAI G2F20对样品进行形貌分析，结果见图2，由图可知，反应产物为纳米棒，从放大图(2b)可以观察到明显的蜂窝状结构，这是金属有机纳米化合物固有的结构特性。
[0024])样品于40°C下抽真空处理，使用仪器美国康塔N0VA2000e表面及孔径分析仪测定了样品在313K的氮气吸附和脱附行为。实验结果显示U10-67-S-S纳米颗粒的比表面积为441.68 m2/ g，孔容为0.205cm3/g，孔径为1.85nm，说明其具有较高的吸附能力。图2显示氮气吸附-脱附等温曲线具有明显的回滞环曲线，说明U10-67-S-S纳米材料是介孔材料。
[0025]应用实施例1
取2ml lmg/ml实施例1制得的U10-67-S-S纳米颗粒加入至2ml lmg/ml的DOX(阿霉素)充分混合，室温避光搅拌12h，离心，水洗两次收集上清液。用荧光分光光度计(Ex=488)，记录波长在500 nm至800 nm间的发射光谱最大吸收值，并根据阿霉素标准曲线计算出每克U10-67-S-S纳米化合物可负载384.6mg的盐酸阿霉素。将沉淀定容到5ml PBS (pH=7.41mM)缓冲液中，考察负载了阿霉素的U10-67-S-S纳米颗粒在不同缓冲溶液中的释放效果，具体的实验步骤如下:分别取170ml U1-67-S-S-DOX纳米颗粒溶液至4ml的试管中，分别在不同的时间(l、4、8、12、24、48、72h)加入3ml (pH=7.4 和pH=5 及pH=7.4+2mM DTT(二硫苏糖醇)和pH=5+2mM DTT)四种不同的缓冲溶液，于37°C避光反应，离心并收集上清液，上清液用荧光分光光度计(Ex=488)测量，记录波长在500 nm至800 nm间发射光谱的最大吸收值，根据阿霉素标准工作曲线计算出DOX的释放量，由图4可以看出，在pH=5+2mM DTT的缓冲液中，阿霉素释放最多。
[0026]应用实施例2
用Hela细胞作为目标细胞评价U10-67-S-S纳米化合物的生物相亲性:取已消化成单分散的Hela细胞悬浊液用培养液稀释，以ΙΟΟμΙ /孔的密度接种到96孔板，每孔的细胞个数控制约为15个。将96孔板置于37 °C，5% CO2的培养箱中培养24 h后，移去培养液，加入含有不同浓度的U10-67-S-S纳米颗粒细胞培养液，每组设置4个重复孔。继续培养6 h后，移去培养液，用PBS缓冲液(pH=7.4)清洗两次，加入ΙΟΟμΙ培养液继续培养18 h后，每孔分别加入10μ1浓度为5 mg/mL的ΜΤΤ，继续培育4 h，小心移去培养液，加入150μ1 DMS0，37°C培养20 min，震荡均匀后，在酶标仪上测490 nm处的吸收值，计算细胞存活率，评价U10-67-S-S纳米化合生物相亲性。图5显示U10-67-S-S浓度在5?100yg/ml区间，细胞存活率均在90%以上，说明U10-67-S-S纳米化合生物具有很好的生物相亲性，适于当药物载体。
[0027]应用实施例3
取已消化成单分散的Hela细胞悬浊液用培养液稀释，以100 yl/孔的密度接种到96孔板，每孔的细胞个数控制约为15个，每组设置4个复孔作为重复组。将96孔板置于37 V，5%CO2的培养箱中培养24 h后，移去孔中培养液，分别加入含有I ,Control 2，U10-67-S_S (13yg/ml)3，U10-67-S-S-D0X(13yg/ml)，其中DOX的浓度为5yg/ml的细胞培养液，继续培养6h，移去培养液，用PBS缓冲液清洗两次，加入100 μ?培养液继续培养18h或42h后，每孔分别加入10μ1浓度为5 mg/mL的MTT，继续培育4 h，小心移去培养液，加入150μ1 DMS0，37°C培养20 min，震荡均匀后，在酶标仪上测490 nm处的吸收值，计算细胞存活率，评价各组治疗效果。从图6可以看出U10-67-S-S-D0X纳米复合物对癌细胞在48 h内抑制率达到70%，说明该药物载体能用于肿瘤的治疗。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种金属有机纳米化合物，其特征在于:由锆盐和4，4’-二硫二苯甲酸通过配位作用沉淀形成的复合物。2.根据权利要求1所述的金属有机纳米化合物，其特征在于:锆盐和4，4’-二硫二苯甲酸的摩尔比为1:1。3.根据权利要求1所述的金属有机纳米化合物，其特征在于:所述的锆盐为四氯化锆。4.一种制备如权利要求1或2所述的金属有机纳米化合物的方法，其特征在于:包括以下步骤: (a)将4，4’_二硫二苯甲酸和锆盐溶解在由DMF、醋酸和去离子水组成的混合溶液中； (b)将步骤(a)的反应液置于20?120°C中反应，直到溶液变为白色浑浊液，停止反应； (c )冷却后，离心，分别用DMF和去离子水洗涤，获得产物。5.根据权利要求4所述的制备金属有机纳米化合物的方法，其特征在于:步骤(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml: 0.19?0.76ml: 33μ1。6.根据权利要求5所述的制备金属有机纳米化合物的方法，其特征在于:步骤(a)所述的混合溶液中DMF、醋酸和去离子水的用量比为:15ml: 0.38ml: 33μ1。7.根据权利要求4所述的制备金属有机纳米化合物的方法，其特征在于:步骤(b)反应温度为40°C。8.根据权利要求4所述制备金属有机纳米化合物的方法，其特征在于:步骤(c)所制得的产物形貌为纳米棒，水动力粒径为200?250nm，表面带正电荷，表面具有介孔结构。9.一种如权利要求1-3任一项所述的金属有机纳米化合物的应用，其特征在于:用于负载抗癌药物。10.根据权利要求9所述的金属有机纳米化合物的应用，其特征在于:在pH和还原剂双重刺激作用下，能释放所负载药物;所述的PH^ 6，所述的还原剂为谷胱甘肽、二硫苏糖醇、维生素C、细胞色素C中的一种或多种，所述抗癌药物是阿霉素、姜黄素和紫杉醇中的一种或多种。
【文档编号】A61K47/24GK105837481SQ201610198876
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】朱春玲, 柯淑娟, 蒋有华, 曾胚羡, 谢增鸿
【申请人】福州大学