CN106362146A - 一种zif‑8@酞菁锌复合材料的制备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ZIF‑8@ 酞菁锌复合材料的制备及其应用。其制备方法如下：以Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆为金属源，2‑甲基咪唑为配体，CTAB作为表面活性剂，酞菁锌为光敏剂，室温下采用一锅法合成。本发明涉及的ZIF‑8@酞菁锌复合材料颗粒分布均匀，结晶度好，有良好的光动力活性。且本实验有操作简单、产率较高、产物稳定性好等优点，具有广泛的应用前景，并拓展了ZIF类材料的应用范围。

Description

一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备及其应用

技术领域

本发明属于金属有机框架材料作为药物运输领域，具体涉及一种金属有机框架材料ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备及其在光动力治疗中的应用。

背景技术

金属-有机框架化合物(Metal Organic Frameworks，简称MOFs)是一类有机无机杂化材料，也称配位聚合物(coordination polymer)，是由有桥联的多齿有机配体(主要是芳香多酸和多碱)与金属中心(金属离子或者金属氧簇)通过配位自组装而形成的具有周期性网络结构的多孔材料。MOFs由于其组成的特殊性，故而它的性质既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物，兼有有机材料的柔性和无机材料的刚性。MOFs作为一种具有大的孔隙率(最高达90%)以及巨大的孔内比表面(最高能超过7000m²/g)的晶体材料，近些年得到了广泛的研究和人们的追捧。

沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs)是一类具有沸石骨架结构的MOFs材料，作为新兴的MOFs亚族，主要指以双齿桥连配体通过N原子与金属离子（尤其是过渡态金属离子 Zn²⁺、Co²⁺等）在一定的温度，溶剂，比例和时间条件下连接形成的类沸石配位聚合物。由于ZIF中的基本构成单元M-IM-M（M代表金属离子，IM代表咪唑或其衍生物）的键长比传统意义上的以硅氧四面体和铝氧四面体为基本初级构成单元的沸石分子筛中的Si-O-Si或Si-O-Al单元键长长，因而其结构内部具有很大的空腔，这为选择载药和药物运输提供了极大的可能性。近些年来，ZIFs凭借其高度的微孔性和卓越的热化学稳定性等优点被广泛应用于气体的存储与分离、催化、微反应器件等研究领域。尤其是纳米级的ZIF材料，在保证与大尺寸的材料结构相一致的同时被赋予了新的性能，如生物成像，传感和选择性气体识别等。尤其是ZIFs中的代表性粒子类沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）被广泛应用于生物医学和光电感应等研究领域。

光动力治疗（Photodynamic Therapy，PDT）是20世纪初兴起的一种新型治疗方法，是指利用一定波长的光激发富集于病变组织的光敏活性物质（即光敏剂），使其于与病变组织中的氧发生一系列的光物理、光化学反应，产生具有细胞毒性的活性氧物质（reactiveoxygen species，ROS），从而达到杀死病变细胞、破坏病变组织，治疗疾病的目的。

酞菁类光敏剂理化性质稳定，易于合成，其在650-700nm有强吸收，因而具备很好的组织穿透能力。同所有大π共轭体系化合物一样，酞菁分子由于分子间的强烈电子作用而极易发生聚集，形成二聚体和寡聚体的状态。聚集行为会直接影响酞菁金属配合物的光物理、光化学性质。其中最重要的影响是聚集提供了一种非常有效的非辐射能量消耗方式，使得酞菁光照后吸收的能量主要用于其自身的解聚，不能够有效的产生激发三线态进而产生¹O₂，从而使酞菁光动力活性大大降低，聚集严重的情况下甚至失去光动力活性。因此在光动力治疗过程中应尽量避免酞菁配合物的聚集。

ZIF-8作为一种渗透性的多孔材料，具有容纳客体药物分子的能力。与此同时，由于大多数ZIFs中的有机构成组分为酸不稳定的咪唑类有机物，而癌细胞的生存环境相比于正常体细胞的中性环境恰恰是显酸性的。因此，这些优点为ZIF-8成为pH响应抗癌光敏剂药物输送载体提供了极大的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备及其应用，解决酞菁光敏剂易于聚集的问题，拓展了ZIF类材料的应用范围。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑分别超声或搅拌溶解于甲醇中，得溶液1和溶液2；酞菁锌则溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得溶液3；将三种溶液混合在一起后，加入十六烷基三甲基溴化铵，采用一锅法反应；

2）离心收集粗产物，将所得粗产物用甲醇洗涤3-5次，真空干燥，研磨得到ZIF-8@酞菁锌复合材料。

步骤1）中Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆、2-甲基咪唑和酞菁锌的摩尔比为1:4:~4:1。优选的，步骤1）中Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆、2-甲基咪唑的摩尔比为1:2。

步骤1）中酞菁锌的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑总质量的1%~100%。

步骤1）中一锅法反应的温度为室温，反应时间为0.25-1h。

优选的，步骤4）中一锅法反应的时间为0.5h。

步骤1）中十六烷基三甲基溴化铵的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆、2-甲基咪唑总质量的0.001%-0.005%。优选的，步骤1）中十六烷基三甲基溴化铵的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆、2-甲基咪唑总质量的0.0025%。

步骤2）中离心速度为6000-10000rpm/min，离心时间为8-15min；真空干燥的温度为40-70℃，干燥时间为2.5-3.5h。

优选的，步骤2）中离心速度为7000rpm/min，离心时间为10min；真空干燥的温度为60℃，干燥时间为3h。

步骤2）中研磨时使用玛瑙研钵。

一种如上所述的制备方法制得的ZIF-8@ 酞菁锌复合材料在制备光动力治疗药物中的应用。

所述的金属有机框架材料ZIF-8的化学式为Zn[MelM]₂(MelM=2-甲基咪唑)；ZIF-8由2-甲基咪唑与金属原子Zn构成最基本单元，其中每个Zn原子与四个2-甲基咪唑环上的N原子进行配位，形成一个正四面体结构的ZnN₄团簇。以这些团簇作为节点，通过2-甲基咪唑上的咪唑环相连接，构成一个具有正六面体品型的笼状配位化合物。

本发明的有益效果在于：

1）本发明将金属有机框架材料ZIF-8与酞菁类光敏剂复合，解决了酞菁类光敏剂易于聚集而导致光动力活性降低的问题；而且金属有机框架材料ZIF-8的加入，使得复合材料具备pH敏感性；

2）合成的ZIF-8@酞菁光敏剂复合材料形貌均匀，光动力活性高，解决了酞菁光敏剂易于聚集的问题，拓宽了ZIFs类材料的应用范围。

3）合成的ZIF-8@酞菁光敏剂复合材料表现出优越的光动力活性，在体外光动力治疗过程中可以杀死约90%肿瘤细胞。

附图说明

图1是ZIF-8@酞菁锌复合材料的XRD谱图（图中Ps代表酞菁光敏剂）；

图2是ZIF-8@酞菁锌复合材料的SEM谱图；

图3是ZIF-8@酞菁锌复合材料的亚细胞定位的激光共聚焦扫描显微镜图；

图4是ZIF-8@酞菁锌复合材料在光照条件下对HepG2细胞的毒性。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此:

实施例1

一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，具体步骤为：

1) ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备：称取150mg Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆，溶解于7.5mL的甲醇中，330mg 2-甲基咪唑溶于7.5mL的甲醇中，10mg 酞菁锌（酞菁锌复合材料）溶解在1mL的N，N二甲基甲酰胺中，充分超声溶解完全；

2）将上述三种充分溶解的溶液倒入广口瓶中，后加入4mg的表面活性剂CTAB，室温下一锅法搅拌反应0.5h；

3）反应完全后用离心的方式收集粗产物，离心速度7000rpm/min，离心时间10min；用甲醇对粗产物进行洗涤纯化，每次15mL，洗涤三遍；

4）将所得产物在60℃烘箱中真空干燥2h，在玛瑙研钵中研磨得终产物。

实施例2

一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，具体步骤为：

1) ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备：称取150mg Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆，溶解于7.5mL的甲醇中，330mg 2-甲基咪唑溶于7.5mL的甲醇中，10mg 酞菁锌（酞菁锌复合材料）溶解在1mL的N，N二甲基甲酰胺中，充分超声溶解完全；

2）将上述三种充分溶解的溶液倒入广口瓶中，后加入4mg的表面活性剂CTAB，室温下一锅法搅拌反应0.25h；

3）反应完全后用离心的方式收集粗产物，离心速度6000rpm/min，离心时间15min；用甲醇对粗产物进行洗涤纯化，每次15mL，洗涤三遍；

4）将所得产物在40℃烘箱中真空干燥3.5h，在玛瑙研钵中研磨得终产物。

实施例3

一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，具体步骤为：

1) ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备：称取150mg Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆，溶解于7.5mL的甲醇中，330mg 2-甲基咪唑溶于7.5mL的甲醇中，10mg 酞菁锌（酞菁锌复合材料）溶解在1mL的N，N二甲基甲酰胺中，充分超声溶解完全；

2）将上述三种充分溶解的溶液倒入广口瓶中，后加入4mg的表面活性剂CTAB，室温下一锅法搅拌反应1h；

3）反应完全后用离心的方式收集粗产物，离心速度10000rpm/min，离心时间8min；用甲醇对粗产物进行洗涤纯化，每次15mL，洗涤三遍；

4）将所得产物在70℃烘箱中真空干燥2.5h，在玛瑙研钵中研磨得终产物。

应用实施例1

通过ZIF-8@酞菁光敏剂复合材料光动力的离体光动力抗癌活性的研究，为今后在体（小鼠）实验能够提供一定的参考价值，具有较重要的意义。

取生长状态良好的贴壁细胞，用0.25%胰酶消化，在用RPMI 1640培养基（含10%小牛血清）配制2×10⁴cells/mL细胞悬液，将每孔180μL（约含4000个肿瘤细胞）接种于96孔培养板内，置37℃，5% CO₂培养箱内培养贴壁过夜，贴壁后加药。

暗毒实验：培养24h后，去除含药液的培养基，再换上新鲜培养基后直接放入培养箱中继续培养，操作过程尽量避免光照，24h后，每孔加入MTT的PBS溶液（4 mg·ml^-1）10μl，37℃孵育4h，然后小心弃去上清，每孔加入100μl DMSO溶解甲瓒颗粒，轻度震荡使甲瓒完全溶解后，用酶标仪测定570nm波长下OD值。

光毒实验：24h后，去除含药液的培养基，换上100μl新鲜培养基，然后用激光器对细胞进行照射，670nm波长激光，照射能量密度为 1.5 J·cm^-2 。光照完毕，将96孔板重置于37℃，5% CO₂的培养箱内，继续培养。我们采用MTT法测定了两种酞菁对HepG2人体肝癌细胞的杀伤曲线。在光照和无光照条件下对HepG2细胞的杀伤曲线。光照波长为670 nm，光照能量密度为1.5 J·cm^-2。数据由三次独立的平行实验得到，以Mean±SEM方式处理。

由实验数据可知ZIF-8@酞菁光敏剂复合材料在无光照条件下对细胞没有任何杀伤作用，而在一定的光照条件下它们就可以杀死几乎全部癌细胞，因此它表现出非常高的光动力抗癌活性。

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。

Claims (10)

1.一种ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑分别超声或搅拌溶解于甲醇中，得溶液1和溶液2；酞菁锌则溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得溶液3；将三种溶液混合在一起后，加入十六烷基三甲基溴化铵，采用一锅法反应；

2）离心收集粗产物，将所得粗产物用甲醇洗涤3-5次，真空干燥，得到ZIF-8@酞菁锌复合材料。

2.根据权利要求1所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆、2-甲基咪唑的摩尔比为1:4~4:1。

3.根据权利要求2所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）酞菁锌的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑总质量的1%~100%。

4.根据权利要求1所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中一锅法反应的温度为室温，反应时间为0.25-1h。

5.根据权利要求4所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4）中一锅法反应的时间为0.5h。

6.根据权利要求1所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中十六烷基三甲基溴化铵的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑总质量的0.001%-0.005%。

7.根据权利要求6所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中十六烷基三甲基溴化铵的加入量为Zn(NO₃)₂·(H₂O)₆和2-甲基咪唑总质量的0.0025%。

8.根据权利要求1所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中离心速度为6000-10000rpm/min，离心时间为8-15min；真空干燥的温度为40-70℃，干燥时间为2.5-3.5h。

9.根据权利要求8所述的ZIF-8@酞菁锌复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中离心速度为7000rpm/min，离心时间为10min；真空干燥的温度为60℃，干燥时间为3h。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的ZIF-8@酞菁锌复合材料在制备光动力治疗药物中的应用。