CN105420718B - 铱配合物修饰的不锈钢材料及其制备方法与用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物。所述铱配合物的结构式为式(I)；

Description

铱配合物修饰的不锈钢材料及其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及一种铱配合物修饰的不锈钢及其制备方法与用途。更具体地说，本发明涉及利用铱配合物对卵清蛋白的识别作用得到的铱配合物修饰的不锈钢及其制备方法与用途。
背景技术
不锈钢具有优异的化学性能、物理性能、力学性能和工艺性能，耐化学腐蚀、耐热、耐高温、耐低温、耐氧化，在多个领域被广泛使用。在医药行业，不锈钢可用于制备骨板、骨钉等骨科材料，但不锈钢生物相容性较差，也不具备抵抗细菌侵袭的能力，造成大量骨科手术的失败。目前研究用于提高不锈钢抗菌能力的方法有使用银化合物、抗生素等，但这些方法都存在有缺陷，如银的过量释放会表现出毒性。铱配合物表现出独特的物理化学性质，而且，铱与人体中运载血红蛋白的铁元素性质接近，具有良好的相容性。如果将具有抗菌能力以及其它生理作用的铱配合物用于修饰不锈钢，有望得到性能更为优良的不锈钢材料。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种不锈钢材料，其将具有抗菌效果、抗肿瘤效果和特别是抗骨癌效果的铱配合物结合到不锈钢表面，即将铱配合物修饰到不锈钢表面，使得到的不锈钢材料具有抗菌和抗癌能力。
本发明的一个目的是提供一种不锈钢材料的制备方法，其利用卵清蛋白的氨基与环氧化合物的交联作用将卵清蛋白固定于不锈钢表面，提高不锈钢的生物相容性，再利用铱配合物对卵清蛋白的识别作用结合于不锈钢上，铱配合物在不锈钢表面结合紧密，得到的不锈钢材料具有较强的抗菌和抗癌能力。
本发明的一个目的是提供一种不锈钢材料的用途，其用于制备骨科材料，使骨科材料也具有抗菌和抗癌能力。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物。
优选的是，所述的不锈钢材料，所述铱配合物的结构式为式(I)；
所述铱配合物的化学名称为：一氯一间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲一五甲基环戊二烯基合铱(III)，所述铱配合物的分子式为：C28H33OSN3Ir，所述铱配合物的相对分子量为：651.869。
优选的是，所述的不锈钢材料，所述铱配合物的制备方法包括：
步骤1、将4-(2-呋喃)苯甲醛溶于无水乙醇中，并加入4-苯基-3-硫代氨基脲，60～70℃回流搅拌，反应4～6小时，得到微紫色溶液，旋蒸得第一浓缩物，加入乙醇和正己烷，静置析出白色晶体，得间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲，其结构式为式(II)；
其中，每毫升无水乙醇中添加的4-(2-呋喃)苯甲醛和4-苯基-3-硫代氨基脲的量分别为0.3～0.5克和0.05～0.15克，所述第一浓缩物的体积为初始无水乙醇体积的1/12～1/8，每毫升所述第一浓缩物中添加的乙醇和正己烷的量均为4～6毫升；
步骤2、称取步骤1得到的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体混合，加入二氯甲烷，常温搅拌5～7小时，减压蒸馏得第二浓缩物，静置析出红色固体，即得所述铱配合物；其中，每毫升二氯甲烷中添加的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体的量为3.5～4毫克和5～5.5毫克，所述第二浓缩物的体积为初始二氯甲烷的体积的1/8～1/4。
一种不锈钢材料的制备方法，首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料。
优选的是，所述的不锈钢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a、用所述铱配合物配制浓度为0.4～0.6g/ml的溶液；
步骤b、将卵清蛋白和环氧氯丙烷加入水中，搅拌均匀，放入不锈钢，浸泡20～40分钟后取出，在100～120℃下干燥4～6小时，然后放入步骤a得到的铱配合物溶液中，浸泡8～15分钟后取出，在100～120℃下干燥20～30小时，即得所述不锈钢材料。
优选的是，所述的不锈钢材料的制备方法，每毫升水添加的卵清蛋白、环氧氯丙烷和不锈钢的量分别为0.05～0.15克、0.02～0.06克和0.1～0.3克。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗菌的骨科材料。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗癌的骨科材料。
优选的是，所述的不锈钢材料的用途，用于制备抗骨癌或抗鼻咽癌的骨科材料。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明的铱配合物中含有呋喃、苯环等基团等芳环，给该类化合物的结果改造提供大量可反应的位点，尤其是咪唑基团含有氧杂原子，提高了反应的多样性。
2、本发明的铱配合物利用具有抗菌效果和抗肿瘤效果，能同时赋予不锈钢抗菌和抗癌能力。特别的，本发明的铱配合物具有优异的抗骨癌能力。用铱配合物处理得到的不锈钢在作为骨科材料方面应用具有很大的优势。
3、本发明使用的卵清蛋白具有良好的生物相容性，可有效提高所得到产品与生物体的相容性。方法简单，适合大规模应用。
4、本发明使用的卵清蛋白具有高生物相容性，利用卵清蛋白的氨基与环氧氯丙烷的交联作用将卵清蛋白固定于不锈钢表面，提高不锈钢的生物相容性；再利用铱配合物对卵清蛋白的识别作用将铱配合物结合于不锈钢上，提高不锈钢的抗菌和抗癌能力，从而制得具有抗菌和抗癌能力的不锈钢材料。
5、本发明得到的不锈钢材料可以制作具有抗菌和抗癌能力的骨钉、骨板等骨科材料，可以帮助使用这些骨科材料的病人避免手术后遭受细菌和骨癌的侵袭，而且卵清蛋白还可以提高这些医用材料的生物相容性，适合人体使用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实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。
实例1
一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物。
所述铱配合物的结构式为式(I)；
所述铱配合物的化学名称为：一氯一间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲一五甲基环戊二烯基合铱(III)，所述铱配合物的分子式为：C28H33OSN3Ir，所述铱配合物的相对分子量为：651.869；
理化性质：为红色晶体，易溶于水和有机溶剂，其核磁共振氢谱数据为1H NMR(CDCl3溶剂):δ＝9.92(br,1H),9.15(br,1H),7.78(s,1H),7.65(s,1H)，7.61(m,3H,J＝7.6Hz),7.51(t,1H,J＝7.6Hz),7.28(t,2H,J＝7.7Hz),7.19(d,1H,J＝7.0Hz),5.13(d,1H,J＝6.0Hz),4.80(d,1H,J＝6.0Hz),4.73(d,1H,J＝5.2Hz),4.61(d,1H,J＝5.2Hz),3.52(s,3H),2.81(m,1H),2.65(m,1H,J＝6.9Hz),2.56(s,3H),1.35,1.27(2d,6H,J＝6.7Hz)ppm.。
所述铱配合物的制备方法包括：
步骤1、将4-(2-呋喃)苯甲醛溶于无水乙醇中，并加入4-苯基-3-硫代氨基脲，65℃回流搅拌，反应5小时，得到微紫色溶液，旋蒸得第一浓缩物，加入乙醇和正己烷，静置析出白色晶体，得间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲，其结构式为式(II)；
其中，每毫升无水乙醇中添加的4-(2-呋喃)苯甲醛和4-苯基-3-硫代氨基脲的量分别为0.4克和0.1克，所述第一浓缩物的体积为初始无水乙醇体积的1/10，每毫升所述第一浓缩物中添加的乙醇和正己烷的量均为5毫升；
步骤2、称取步骤1得到的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体混合，加入二氯甲烷，常温搅拌6小时，减压蒸馏得第二浓缩物，静置析出红色固体，即得所述铱配合物；其中，每毫升二氯甲烷中添加的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体的量为3.8毫克和5.3毫克，所述第二浓缩物的体积为初始二氯甲烷的体积的1/6。
一种不锈钢材料的制备方法，首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料。
所述的不锈钢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a、用所述铱配合物配制浓度为0.5g/ml的溶液；
步骤b、将卵清蛋白和环氧氯丙烷加入水中，搅拌均匀，放入不锈钢，浸泡30分钟后取出，在100～120℃下干燥5小时，然后放入步骤a得到的铱配合物溶液中，浸泡10分钟后取出，在100～120℃下干燥24小时，即得所述不锈钢材料。
每毫升水添加的卵清蛋白、环氧氯丙烷和不锈钢的量分别为0.1克、0.04克和0.2克。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗菌的骨科材料。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗癌的骨科材料。
所述的不锈钢材料的用途，用于制备抗骨癌或抗鼻咽癌的骨科材料。
实例2
一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物。
所述铱配合物的结构式为式(I)；
所述铱配合物的化学名称为：一氯一间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲一五甲基环戊二烯基合铱(III)，所述铱配合物的分子式为：C28H33OSN3Ir，所述铱配合物的相对分子量为：651.869。
所述铱配合物的制备方法包括：
步骤1、将4-(2-呋喃)苯甲醛溶于无水乙醇中，并加入4-苯基-3-硫代氨基脲，60℃回流搅拌，反应4小时，得到微紫色溶液，旋蒸得第一浓缩物，加入乙醇和正己烷，静置析出白色晶体，得间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲，其结构式为式(II)；
其中，每毫升无水乙醇中添加的4-(2-呋喃)苯甲醛和4-苯基-3-硫代氨基脲的量分别为0.3克和0.05克，所述第一浓缩物的体积为初始无水乙醇体积的1/12，每毫升所述第一浓缩物中添加的乙醇和正己烷的量均为4毫升；
步骤2、称取步骤1得到的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体混合，加入二氯甲烷，常温搅拌5小时，减压蒸馏得第二浓缩物，静置析出红色固体，即得所述铱配合物；其中，每毫升二氯甲烷中添加的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体的量为3.5～4毫克和5毫克，所述第二浓缩物的体积为初始二氯甲烷的体积的1/8。
一种不锈钢材料的制备方法，首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料。
所述的不锈钢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a、用所述铱配合物配制浓度为0.4g/ml的溶液；
步骤b、将卵清蛋白和环氧氯丙烷加入水中，搅拌均匀，放入不锈钢，浸泡20分钟后取出，在100℃下干燥4小时，然后放入步骤a得到的铱配合物溶液中，浸泡8分钟后取出，在100℃下干燥20小时，即得所述不锈钢材料。
每毫升水添加的卵清蛋白、环氧氯丙烷和不锈钢的量分别为0.05克、0.02克和0.1克。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗菌的骨科材料。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗癌的骨科材料。
所述的不锈钢材料的用途，用于制备抗骨癌或抗鼻咽癌的骨科材料。
实例3
一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物。
所述铱配合物的结构式为式(I)；
所述铱配合物的化学名称为：一氯一间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲一五甲基环戊二烯基合铱(III)，所述铱配合物的分子式为：C28H33OSN3Ir，所述铱配合物的相对分子量为：651.869。
所述铱配合物的制备方法包括：
步骤1、将4-(2-呋喃)苯甲醛溶于无水乙醇中，并加入4-苯基-3-硫代氨基脲，70℃回流搅拌，反应6小时，得到微紫色溶液，旋蒸得第一浓缩物，加入乙醇和正己烷，静置析出白色晶体，得间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲，其结构式为式(II)；
其中，每毫升无水乙醇中添加的4-(2-呋喃)苯甲醛和4-苯基-3-硫代氨基脲的量分别为0.5克和0.15克，所述第一浓缩物的体积为初始无水乙醇体积的1/8，每毫升所述第一浓缩物中添加的乙醇和正己烷的量均为6毫升；
步骤2、称取步骤1得到的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体混合，加入二氯甲烷，常温搅拌7小时，减压蒸馏得第二浓缩物，静置析出红色固体，即得所述铱配合物；其中，每毫升二氯甲烷中添加的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体的量为4毫克和5.5毫克，所述第二浓缩物的体积为初始二氯甲烷的体积的1/4。
一种不锈钢材料的制备方法，首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料。
所述的不锈钢材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤a、用所述铱配合物配制浓度为0.6g/ml的溶液；
步骤b、将卵清蛋白和环氧氯丙烷加入水中，搅拌均匀，放入不锈钢，浸泡40分钟后取出，在120℃下干燥6小时，然后放入步骤a得到的铱配合物溶液中，浸泡15分钟后取出，在120℃下干燥30小时，即得所述不锈钢材料。
每毫升水添加的卵清蛋白、环氧氯丙烷和不锈钢的量分别为0.15克、0.06克和0.3克。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗菌的骨科材料。
一种不锈钢材料的用途，用于制备抗癌的骨科材料。
所述的不锈钢材料的用途，用于制备抗骨癌或抗鼻咽癌的骨科材料。
实验：
首先固定卵清蛋白的量，逐步增大铱配合物的量，并通过荧光光谱来检测卵清蛋白和铱配合物之间的相互作用，激发波长为295nm。我们观测到卵清蛋白的荧光猝灭强度随着铱配合物的增加而发生变大，表明铱配合物与卵清蛋白之间有很强的相互作用，因而用卵清蛋白来将铱配合物结合到普通不锈钢表面是可行的。下面通过药效学实验来进一步说明其药物活性及其应用。
实验一
抗菌能力实验：
在灭菌试管中加入1mL浓度为106/ml的菌液，加入1mg实例1得到的不锈钢材料，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：由本发明制得的不锈钢材料对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠埃希氏菌(ATCC 25922)、白假丝酵母(ATCC 10231)、枯草芽孢杆菌黑色变种(ATCC 9372)都具有很强的杀菌性，其杀菌率达99.995％以上。
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。将实例1得到的不锈钢材料与骨癌U2-OS细胞株和鼻咽癌CNE-1细胞株分别作用时间72小时，结果如表1所示。
表1不锈钢材料对肿瘤细胞株的半数有效浓度(IC50)
从实验一和实验二的结果可以看出，本发明的铱配合物处理后的不锈钢材料经抗菌和体外抗肿瘤实验表明，铱配合物修饰的不锈钢材料具有强的抗菌能力和强的抗肿瘤活性，特别对骨癌细胞株和鼻咽癌细胞株有较强的活性。
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例。

Claims (8)

1.一种不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料的表面修饰有铱配合物；
首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料，所述铱配合物的结构式为式(I)；
所述铱配合物的化学名称为：一氯一间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲一五甲基环戊二烯基合铱(III)，所述铱配合物的分子式为：C28H33OSN3Ir，所述铱配合物的相对分子量为：651.869。
2.如权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述铱配合物的制备方法包括：
步骤1、将4-(2-呋喃)苯甲醛溶于无水乙醇中，并加入4-苯基-3-硫代氨基脲，60～70℃回流搅拌，反应4～6小时，得到微紫色溶液，旋蒸得第一浓缩物，加入乙醇和正己烷，静置析出白色晶体，得间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲，其结构式为式(II)；
其中，每毫升无水乙醇中添加的4-(2-呋喃)苯甲醛和4-苯基-3-硫代氨基脲的量分别为0.3～0.5克和0.05～0.15克，所述第一浓缩物的体积为初始无水乙醇体积的1/12～1/8，每毫升所述第一浓缩物中添加的乙醇和正己烷的量均为4～6毫升；
步骤2、称取步骤1得到的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体混合，加入二氯甲烷，常温搅拌5～7小时，减压蒸馏得第二浓缩物，静置析出红色固体，即得所述铱配合物；其中，每毫升二氯甲烷中添加的间呋喃基苯甲醛缩4-苯基-3-硫代氨基脲与二氯(五甲基环戊二烯基)合铱(III)二聚体的量为3.5～4毫克和5～5.5毫克，所述第二浓缩物的体积为初始二氯甲烷的体积的1/8～1/4。
3.一种如权利要求1-2任一所述的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，首先利用环氧氯丙烷将卵清蛋白固定在不锈钢表面，然后使所述铱配合物与卵清蛋白结合，得到所述不锈钢材料。
4.如权利要求3所述的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤a、用所述铱配合物配制浓度为0.4～0.6g/ml的溶液；
步骤b、将卵清蛋白和环氧氯丙烷加入水中，搅拌均匀，放入不锈钢，浸泡20～40分钟后取出，在100～120℃下干燥4～6小时，然后放入步骤a得到的铱配合物溶液中，浸泡8～15分钟后取出，在100～120℃下干燥20～30小时，即得所述不锈钢材料。
5.如权利要求4所述的不锈钢材料的制备方法，其特征在于，每毫升水添加的卵清蛋白、环氧氯丙烷和不锈钢的量分别为0.05～0.15克、0.02～0.06克和0.1～0.3克。
6.一种如权利要求1-2任一所述的不锈钢材料的用途，其特征在于，用于制备抗菌的骨科材料。
7.一种如权利要求1-2任一所述的不锈钢材料的用途，其特征在于，用于制备抗癌的骨科材料。
8.如权利要求7所述的不锈钢材料的用途，其特征在于，用于制备抗骨癌或抗鼻咽癌的骨科材料。
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