CN105251054A - 利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法。该方法包括步骤如下：1)获取钌配合物；2)将钌配合物溶于水中；3)将二氧化钛纳米管浸泡于所述乙醇溶液中，并通入氮气和微波处理；3)静置冷却至常温，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟后降到常压，再离心30-60分钟；4)移去离心后的上清液，取下层溶液和固体置于100-120℃中，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟，然后降到常压，干燥20-26个小时。本方法使得二氧化钛纳米管抗菌和抗癌能力强，而且能持久有效抑制有害细胞生长，尤其对于抗骨癌效果更为显著，能有效提高二氧化钛纳米管在医学上的利用效果。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化钛纳米管抗菌和抗癌的技术领域，更具体地说，是利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法。
背景技术
医用材料的细菌感染问题导致了大量移植手术的失败。目前，已有一些关于提高钛金属抗菌能力的报导，如利用抗生素等抗菌分子提高材料的抗菌效果。二氧化钛纳米管与钛金属相比，具有可促进成骨细胞生成的作用，在作为植入体应用方面展现了巨大的潜力和优势。同时，钌配合物由于其独特的物理化学性质，而且，钌与人体中运载血红蛋白的铁元素性质接近，受到越来越多的关注。然而，目前利用具有抗菌效果的钌配合物提高二氧化钛纳米管抗菌效果的研究未见报导，而钌配合物能够赋予二氧化钛纳米管抗菌和抗癌效果，特别是抗骨癌能力。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的就是提供一种利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，本方法使得二氧化钛纳米管抗菌和抗癌能力强，而且有效持久抑制癌细胞生长，尤其对于抗骨癌效果更为显著，能有效提高二氧化钛纳米管在医学上的利用效果。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，包括以下步骤：
1)将65-70重量份的水合三氯化钌和470-480重量份的γ-松油烯溶于1450-1500重量份的无水乙醇，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取27-35重量份的氨基硫脲和25-28重量份的对噻唑基苯甲醛共同溶于870-910重量份的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将4.5-5.5重量份的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和4-6重量份的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1230-1250重量份的二氯甲烷，室温22-25℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将所述钌配合物溶于水中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将二氧化钛纳米管浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层5-10分钟，然后微波加热20-30秒，所述微波加热的温度为80-95℃；
6)静置冷却至常温，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟后降到常压，再离心30-60分钟；
7)移去离心后的上清液，取下层溶液和固体置于100-120℃中，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟，然后降到常压，干燥20-26个小时。
优选的是，所述水合三氯化钌的钌重量含量为37％，所述γ-松油烯的纯度为95％。
优选的是，所述步骤4)中钌配合物与水的质量体积比为1-10g∶100ml。
优选的是，所述步骤5)中二氧化钛纳米管的管径为15-40nm，管长为300-1200nm，加入量为1-5重量份。
优选的是，所述步骤6)离心速度为3500-4500rpm。
优选的是，所述步骤7)中移去上清液的量为总溶液的0.6-0.8倍。
本发明至少包括以下有益效果：
1、钌配合物具有低毒高效的生物活性，分子中含有的噻唑基团，提供了大量可以取代的位点，为进一步提高此类分子的活性提供了基础。
2、所得到的钌配合物不仅具有很好的抗菌效果，而且具有优异的抗肿瘤效果，特别是抗骨癌能力。利用该钌配合物能赋予二氧化钛纳米管更强的抗菌和抗癌能力。
3、本发明钌配合物的制备方法简单，原料易得，具有成本低的优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
本方案制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，包括以下步骤：
1)将66重量份的水合三氯化钌和475重量份的γ-松油烯溶于1455重量份的无水乙醇，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取27重量份的氨基硫脲和28重量份的对噻唑基苯甲醛共同溶于870重量份的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将5重量份的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和6重量份的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1230重量份的二氯甲烷，室温25℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将所述钌配合物溶于乙醇中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将二氧化钛纳米管浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层6分钟，然后微波加热25秒，所述微波加热的温度为85℃；
6)静置冷却至常温，加压到22Mpa，保持2分钟后降到常压，再离心40分钟；
7)移去离心后的上清液，取下层溶液和固体置于110℃中，加压到22Mpa，保持3分钟，然后降到常压，干燥24个小时。
实施例2
本方案制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，包括以下步骤：
1)将含钌量为37％的水合三氯化钌65重量份和纯度为95％的γ-松油烯470重量份溶于1450重量份的无水乙醇中，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取27重量份的氨基硫脲和25重量份的对噻唑基苯甲醛共同溶于870重量份的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将4.5重量份的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和4重量份的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1230重量份的二氯甲烷，室温22℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将1g钌配合物溶于100ml乙醇中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将管径为15nm，管长为300nm的二氧化钛纳米管1g浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层5分钟，然后微波加热20秒，所述微波加热的温度为80℃；
6)静置冷却至常温，加压到20Mpa，保持2分钟后降到常压，再以离心速度为3500rpm，离心30分钟；
7)移去离心后的上清液的量为总溶液的0.6倍，取下层溶液和固体置于100℃中，加压到20Mpa，保持2分钟，然后降到常压，干燥20个小时。
实施例3
本方案制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，包括以下步骤：
1)将含钌量为37％的水合三氯化钌70重量份和纯度为95％的γ-松油烯480重量份溶于1500重量份的无水乙醇中，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取35重量份的氨基硫脲和28重量份的对噻唑基苯甲醛共同溶于910重量份的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将5.5重量份的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和6重量份的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1250重量份的二氯甲烷，室温25℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将10g钌配合物溶于100ml乙醇中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将管径为40nm，管长为1200nm的二氧化钛纳米管5g浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层10分钟，然后微波加热30秒，所述微波加热的温度为95℃；
6)静置冷却至常温，加压到25Mpa，保持3分钟后降到常压，再以离心速度为4500rpm，离心60分钟；
7)移去离心后的上清液，移去的量为总溶液的0.8倍，取下层溶液和固体置于120℃中，加压到25Mpa，保持3分钟，然后降到常压，干燥26个小时。
实施例4
本方案制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，包括以下步骤：
1)将含钌量为37％的水合三氯化钌65g和纯度为95％的γ-松油烯480g溶于1450g的无水乙醇中，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取35g的氨基硫脲和25g的对噻唑基苯甲醛共同溶于910g的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将4.5g的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和6g的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1230g的二氯甲烷，室温25℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将8g钌配合物溶于100ml乙醇中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将管径为30nm，管长为600nm的二氧化钛纳米管3g浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层10分钟，然后微波加热20秒，所述微波加热的温度为95℃；
6)静置冷却至常温，加压到25Mpa，保持3分钟后降到常压，再以离心速度为4000rpm，离心30分钟；
7)移去离心后的上清液的量为总溶液的0.7倍，取下层溶液和固体置于115℃中，加压到20Mpa，保持2分钟，然后降到常压，干燥25个小时。
其中，本发明的配合物为一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)，其理化性质为：黄色晶体，易溶于水和有机溶剂，其核磁共振氢谱数据为1HNMR(CDCl3溶剂)∶8.732(1H，s)，8.475-8.358(2H，m)，7.679-7.311(7H，m)，7.526(2H，s)，5.763(1H，d，J＝6.0Hz)，5.213(1H，d，J＝5.9Hz)，5.125(1H，d，J＝6.0Hz)，5.061(1H，d，J＝6.0Hz)，2.869(2H，d)，2.722-2.615(1H，m)，2.135(3H，s)，1.241(3H，d，J＝6.9Hz)，1.180(3H，d，J＝6.9Hz)ppm。
下面通过药效学实验来进一步说明经过钌配合物处理后的二氧化钛纳米管药物活性及其应用。
实验一：抗菌能力实验：
在5个灭菌试管中各加入1mL浓度为106cfu/ml的菌液，然后分别加入1mg实施例1-4得到的二氧化钛纳米管和常规的二氧化钛纳米管，37℃培养24h。培养到时间点后，培养基收集起来用倍比稀释，稀释倍数为10倍和涂布培养法检测活菌数。试验结果表明：由本发明制得的产品对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠埃希氏菌(ATCC25922)、白假丝酵母(ATCC10231)、枯草芽孢杆菌黑色变种(ATCC9372)都具有很强的杀菌性。其中，加入实施例1的杀菌率达99.981％以上，加入实施例2的杀菌率达99.992％以上，加入实施例3的杀菌率达99.996％以上，加入实施例4的杀菌率达99.995％以上，而加入常规的二氧化钛纳米管的杀菌率却只有18％左右。
实验二：体外抗肿瘤活性实验
采用MTT方法，进行体外细胞毒性测定。将实施例1-4得到的钌配合物处理后的二氧化钛纳米管及常规二氧化钛纳米管与骨癌U2-OS细胞株和鼻咽癌CNE-1细胞株分别作用时间72小时，测定IC50(umol/mL)的结果如表1所示。IC50是指对肿瘤细胞株的半数有效浓度。
表1：
| 细胞株 | U2-OS | CNE-1 |
| 实施例1 | 8.5 | 23.7 |
| 实施例2 | 8.6 | 23.5 |
| 实施例3 | 8.5 | 23.8 |
| 实施例4 | 8.4 | 23.9 |
| 常规 | ＞100 | ＞100 |
实验三：接种实验
分别在实施例1-4的二氧化钛纳米管和常规的二氧化钛纳米管的表面分别接种人骨肉瘤细胞143B和新生大鼠颅骨成骨细胞，接种密度均为40000/cm2，用含有体积分数为10％的新生牛血清的DMEM培养基分别培养4天、7天和10天，每2天换液，然后每孔加入MTT100μL，37℃培养4小时，吸弃上清液，再每孔加入DMSO0.5mL，用酶标仪于波长490nm处测定吸光度。他们分别对骨肿瘤细胞活性(ABS490纳米)的情况如表2，他们分别对正常成骨细胞活性(ABS490纳米)的情况如表3所述。
表2：
| 4天 | 7天 | 10天 | |
| 实施例1 | 0.22 | 0.51 | 1.56 |
| 实施例2 | 0.22 | 0.53 | 1.57 |
| 实施例3 | 0.19 | 0.50 | 1.55 |
| 实施例4 | 0.19 | 0.50 | 1.51 |
| 常规 | 1.21 | 3.12 | 8.10 |
表3：
| 4天 | 7天 | 10天 | |
| 实施例1 | 0.12 | 0.35 | 1.28 |
| 实施例2 | 0.13 | 0.36 | 1.25 |
| 实施例3 | 0.12 | 0.38 | 1.32 |
| 实施例4 | 0.13 | 0.30 | 1.39 |
| 常规 | 0.06 | 0.18 | 0.54 |
从实验一，实验二和实验三的结果可以看出，按照本发明的方法得到的二氧化钛纳米管不但抗菌性强，而且具有很强的抗肿瘤活性，尤其是骨癌的防治方面更为显著；而常规的二氧化钛纳米管IC50值＞100，表明其不具有抗癌活性；虽然有相关文献报导，纳米二氧化钛在紫外线照射的条件下可以产生氧化作用杀伤癌细胞，然而作为移植材料进入体内后，这种活性氧很容易被体内大量存在的抗氧化物质清除，不能发挥其杀伤癌细胞作用，并且通过紫外光的照射会对其他健康细胞进一步伤害，所以不但效果不好，而且副作用大，不利于广泛安全使用；而且本发明结合钌配合物与二氧化钛纳米管的共同作用，使得钌配合物有效成分释放到体内的速度缓慢而稳定，活性作用时间长，可以长时间抑制骨肿瘤细胞的生长，并且不妨碍正常细胞的的生长，反而能起到促进作用。因此，本发明为研究开发新的具有优良性能的骨科和牙科移植物材料提供了新的思路。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (6)
1.一种利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)将65-70重量份的水合三氯化钌和470-480重量份的γ-松油烯溶于1450-1500重量份的无水乙醇，加热回流搅拌6小时，静置析出得到具有式(1)的化合物，即二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)；
2)称取27-35重量份的氨基硫脲和25-28重量份的对噻唑基苯甲醛共同溶于870-910重量份的无水乙醇，加热到70℃，4小时后，静置析出得到具有式(2)的化合物，即对噻唑基甲醛缩氨基硫脲；
3)将4.5-5.5重量份的对噻唑基甲醛缩氨基硫脲和4-6重量份的二氯化二氯-二-甲基异丙基苯合二钌(II)溶于1230-1250重量份的二氯甲烷，室温22-25℃搅拌3小时，析出黄色固体为具有式(3)的钌配合物，即一氯化一氯一对噻唑基苯-2-缩氨基硫脲一甲基异丙基苯合钌(II)；
4)将所述钌配合物溶于水中，搅拌均匀得钌配合物溶液；
5)将二氧化钛纳米管浸泡于所述钌配合物的溶液中，并将氮气不断充入所述钌配合物溶液底层5-10分钟，然后微波加热20-30秒，所述微波加热的温度为80-95℃；
6)静置冷却至常温，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟后降到常压，再离心30-60分钟；
7)移去离心后的上清液，取下层溶液和固体置于100-120℃中，加压到20-25Mpa，保持2-3分钟，然后降到常压，干燥20-26个小时。
2.根据权利要求1所述利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，所述水合三氯化钌的钌重量含量为37％，所述γ-松油烯的纯度为95％。
3.根据权利要求1所述利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，所述步骤4)中钌配合物与水的质量体积比为1-10g∶100ml。
4.根据权利要求1所述利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，所述步骤5)中二氧化钛纳米管的管径为15-40nm，管长为300-1200nm，加入量为1-5重量份。
5.根据权利要求4所述利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，所述步骤6)离心速度为3500-4500rpm。
6.根据权利要求5所述利用钌配合物制备具有抗菌抗癌的二氧化钛纳米管的方法，其特征在于，所述步骤7)中移去上清液的量为总溶液的0.6-0.8倍。
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