CN107189780A - 上转换发光材料一氧化碳释放剂及其制备方法和应用 - Google Patents

上转换发光材料一氧化碳释放剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种上转换发光材料一氧化碳释放剂及其制备方法和作为CO载体药物的应用。所述制备方法为：以Y、Yb、Er氯化物的水溶液、有机溶剂，含氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液为原料合成上转换发光材料；将表面活性剂、环己烷、上转换发光材料的环己烷分散液搅拌均匀，然后加入氨水，密封后在冰浴中超声分散；在混合物中加入正硅酸乙酯进行反应；接着在混合物中加入含巯基的硅烷偶联剂进行反应；最后在混合物中加入含有铁羰基化合物的二氯甲烷溶液进行反应，经离心、洗涤后得到上转换发光材料一氧化碳释放剂。本发明制得的UCNPs@SiO2‑CORM具有良好的上转换发光特性，可以实现近红外光诱导释放CO。

Description

上转换发光材料一氧化碳释放剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于一氧化碳释放剂技术领域，具体涉及一种基于上转换发光材料的一氧化碳释放剂及其制备方法和其在一氧化碳运载方面的应用。
背景技术
一氧化碳(CO)作为一种有毒气体为公众所熟知，但近年来研究发现CO是人体中一种重要的信使分子，可以协助一氧化氮(NO)调节人体内部器官的功能。研究表明，由体内血红素氧合酶催化降解血红素产生的内源性CO，具有诸多的生理作用，如减轻应激时血管收缩程度从而降低血压和增加血流量，降低心肌缺血再灌时心功能的损伤、缩小梗死面积，抑制心脏移植的免疫排斥反应等。外源性CO与内源性CO拥有相同的化学本质，也可以发挥同样的功效。由此，科学家们基于外源性CO的定点运输和药用价值等展开了广泛的研究。
在外源性CO研究中，人工合成的一氧化碳释放剂(carbon monoxide-releasingmolecules，CORMs)是其中一个重要的研究方向。CORMs主要以过渡金属(钌、锰、铁等)的含羰基化合物为主。它们释放CO的方式包括光诱导、取代反应、氧化还原诱导等。其中，光诱导释放CO的方式相较于其他方式来说具有以下的优点：(1)不需要加入其它化合物参与反应；(2)直接通过控制光源的开关、光的能量和功率密度来控制CO释放的快慢。然而，目前报道的光敏型一氧化碳释放剂(photoactive carbon monoxide releasing molecules，PhotoCORMs)只能在具有较高能量的紫外光或可见光的诱导下释放CO。而紫外光和可见光的波长相对较短，对生物组织的穿透能力有限，并且容易对生物组织产生损伤。因此，探索能够在长波长(近红外光)诱导下释放CO的一氧化碳释放剂具有重要意义。
上转换发光材料是一种能够将长波长光转换为短波长光的特殊发光材料，即将低能量的光转换为高能量的光，实现近红外光到可见光的转换。
发明内容
本发明所要解决是长波长(近红外)光难以诱导PhotoCORMs释放CO的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：以Y、Yb、Er氯化物的水溶液、有机溶剂，含氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液为原料合成上转换发光材料(β-NaYF4∶Yb3+/Er3+，简称UCNPs)；
步骤2)：将表面活性剂、环己烷、上转换发光材料的环己烷分散液搅拌均匀，然后加入氨水，密封后在冰浴中超声分散；
步骤3)：在步骤2)得到的混合物中加入正硅酸乙酯进行反应；
步骤4)：在步骤3)的到的混合物中加入含巯基的硅烷偶联剂进行反应；
步骤5)：在步骤4)得到的混合物中加入含有铁羰基化合物的二氯甲烷溶液进行反应，经离心、洗涤后得到上转换发光材料一氧化碳释放剂。
优选地，所述步骤2)中表面活性剂采用曲拉通Igepal CO-520；上转换发光材料的环己烷分散液的浓度为2～10g/L；表面活性剂、环己烷、上转换发光材料的环己烷分散液三者的体积比为(0.1～1)∶(8～50)∶(2～10)；搅拌时间为5～20min；所述氨水的质量分数为28％；超声时间为5～60分钟。
优选地，所述步骤3)中正硅酸乙酯的加入量为：表面活性剂与正硅酸乙酯的摩尔比为(0.1～1)∶(0.04～0.2)，反应时间5～96小时。
优选地，所述步骤4)中所述含巯基的硅烷偶联剂采用3-巯基丙基三甲氧基硅烷；所述含巯基的硅烷偶联剂的用量为：表面活性剂与3-巯基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为(0.1～1)∶(0.04～0.2)，反应时间为0.5～5小时。
优选地，所述步骤4)中所述铁羰基化合物采用为(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2I化合物；所述含有碘代单茂铁的二氯甲烷溶液的浓度为20～75g/L，其用量为：表面活性剂与碘代单茂铁的二氯甲烷溶液的摩尔比为(0.1～1)∶(2～20)，反应时间为1～25小时。
更优选地，所述碘代单茂铁以五羰基铁、二聚环戊二烯、碘为原料制成。
优选地，上述上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法具体步骤如下：
第一步：稀土上转换发光纳米粒子的制备：在有机溶剂中，以摩尔比为1∶(1～5)∶(4～20)的比例依次加入Y、Yb、Er的氯化物、氢氧化钠、氟化铵，在250～320℃下进行反应，反应完全之后，分离得到上转换发光纳米粒子；其中，Y、Yb、Er的摩尔比为78∶20∶2，反应时间为0.5～3小时；
第二步：光敏型羰基化合物的合成：二聚环戊二烯与五羰基铁以1∶(0.1～0.5)的比例在100～200℃下进行反应，反应5～30小时之后，分离提纯得到二茂二铁四羰基化合物；在有机溶剂中，二茂二铁四羰基化合物与碘以摩尔比为1∶(2～4)的比例进行反应，反应温度为10～50℃，反应时间为0.5～5小时，反应结束后经分离提纯得到碘代单茂铁；
第三步：上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备：将第一步制备的稀土上转换发光纳米粒子重新分散于环己烷中，再向反应体系中分阶段加入正硅酸乙酯，反应5～96小时后，加入3-巯基丙基三乙氧基硅烷；反应0.5～5小时后，加入碘代单茂铁；反应1～25小时后，经分离纯化得到上转换发光材料一氧化碳释放剂(UCNPs@SiO2-CORM)；其中，稀土上转换发光纳米粒子、正硅酸乙酯、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、碘代单茂铁的摩尔比为1∶(1～10)∶(1～10)∶(1～20)。
本发明提供了一种采用上述上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法制得的上转换发光材料一氧化碳释放剂。
优选地，所述上转换发光材料一氧化碳释放剂在功率密度为1.0瓦/cm2的980纳米波长的激光辐照下，释放CO。
本发明提供了上述上转换发光材料一氧化碳释放剂作为CO载体药物的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)制备工艺合成步骤简单、生物兼容性好；
(2)制得的UCNPs@SiO2-CORM具有良好的上转换发光特性；
(3)制得的UCNPs@SiO2-CORM在980纳米波长的激光器辐照下，可以实现近红外光诱导释放CO，在一氧化碳释运载研究领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的UCNPs@SiO2-CORM在低倍(a)和高倍(b)下的TEM图片比较图；
图2为实施例1制备的UCNPs@SiO2-CORM的红外光谱图；
图3为实施例1制备的UCNPs@SiO2-CORM的紫外吸收图及980纳米近红外激发下荧光光谱图；
图4为实施例1制备的UCNPs@SiO2-CORM在近红外激光辐照下释放CO的红外光谱变化图；
图5为实施例1制备的UCNPs@SiO2-CORM的相对HUVEC和L929的细胞毒性。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一、一种上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法
(1)UCNPs纳米材料的制备
室温下，取浓度为0.5mmol/L的稀土氯化物的前驱体(LnCl3，Ln3+＝Y3+，Yb3+，Er3+；摩尔比Y3+∶Yb3+∶Er3+＝78∶20∶2)2mL，油酸6mL，1-十八烯15mL加入到100mL三口瓶中搅拌混合均匀后将温度升至50℃并保持20min，随后升温至140℃并在该温度下保持60min。经自然冷却至30℃后，10mL甲醇(溶解有2.5mmol NaOH，4mmol NH4F)逐滴加入到反应液中，10分钟后，升温至70℃除去甲醇。最后通氩气并在100℃条件下脱气10min后快速升温至320℃并在该温度下进行反应60min来生成上转换纳米粒子UCNPs。UCNPs经乙醇洗涤后分散于环己烷中备用，浓度为5g/L。
(2)碘代单茂铁(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2I的制备
在氩气气氛下，环戊二烯二聚体90mL和Fe(CO)525mL依次加入到Schleck瓶中，接着在140℃条件下回流22小时。将反应液冷却至室温后，加入100mL石油醚，并置于4℃的冰箱中过夜，得到粗产物。粗产物在DCM/Hex体系下通过扩散重结晶的方法进一步提纯，得到纯产物[(η5-C5H5)Fe(μ-CO)(CO)]2用于下一步反应。在氩气气氛下，将溶解有碘(1g)的二氯甲烷溶液(60mL)逐滴加入到的[(η5-C5H5)Fe(μ-CO)(CO)]2(1g)的二氯甲烷溶液(100mL)中，室温下反应2小时，反应液用Na2S2O3的水溶液萃取2次，再用H2O2(5％)水溶液萃取一次，有机相收集减压蒸馏后得到粗产物，粗产物在DCM/Hex体系下通过扩散重结晶的方法进一步提纯，得到碘代单茂铁(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2用于下一步。
(3)一氧化碳释放剂UCNPs@SiO2-CORM的制备
氩气条件下，0.1毫升Igepal CO-520，8毫升环己烷和2毫升UCNPs环己烷分散液依次加入到Tube反应管中，搅拌5min。然后再加入0.4毫升Igepal CO-520和0.08毫升氨水，快速密封，并在冰浴中超声15分钟。随后40微升的正硅酸乙酯以每五分钟加入5微升的频率分8次加入，反应48小时后40微升的3-巯基丙基三甲氧基硅烷以同样的方式加入，接着反应2小时，最后加入溶解有150毫克的碘代单茂铁的二氯甲烷溶液2毫升，进行反应20h。样品通过离心收集，并使用乙醇洗2遍，二甲亚砜洗2遍，得到最终产物UCNPs@SiO2-CORM纳米粒子(图1所示)，最后将产物低温避光保存。产物经溴化钾压片的红外光谱图中出现了SiO2和羰基的特征峰(图2所示)。取少量UCNPs@SiO2-CORM样品分散于DMSO中，其电子吸收峰和荧光光谱图存在重叠(图3所示)
二、近红外光诱导UCNPs@SiO2-CORM释放一氧化碳
将10mg的UCNPs@SiO2-CORM分散于2.5mL体积比为1∶1的DMSO/D2O介质中，用功率密度为1.0瓦/cm2的980纳米波长的激光器辐照，有效促进UCNPs@SiO2-CORM释放一氧化碳(图4所示)。
三、一氧化碳释放剂UCNPs@SiO2-CORM的生物相容性评估
将系列不同浓度的UCNPs@SiO2-CORM的DMEM分散液加入至HUVEC和L929细胞中共孵化24小时，用标准的MTT试验法评估UCNPs@SiO2-CORM的细胞毒性(图5所示)，结果表明该产物的生物相容性良好。
实施例2
一、一种上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法
(1)UCNPs纳米材料的制备
室温下，取浓度为0.5mmol/L的稀土氯化物的前驱体(LnCl3，Ln3+＝Y3+，Yb3+，Er3+；摩尔比Y3+∶Yb3+∶Er3+＝78∶20∶2)2mL，油酸10mL，1-十八烯20mL加入到100mL三口瓶中搅拌混合均匀后将温度升至50℃并保持20min，随后升温至140℃并在该温度下保持60min。经自然冷却至30℃后，10mL甲醇(溶解有2.5mmol NaOH，4mmol NH4F)逐滴加入到反应液中，10分钟后，升温至70℃除去甲醇。最后通氩气并在100℃条件下脱气10min后快速升温至300℃并在该温度下进行反应90min来生成上转换纳米粒子UCNPs。UCNPs经乙醇洗涤后分散于环己烷中备用。
(2)碘代单茂铁(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2I的制备
在氩气气氛下，环戊二烯二聚体90mL和Fe(CO)525mL依次加入到Schleck瓶中，接着在140℃条件下回流22小时。将反应液冷却至室温后，加入100mL石油醚，并置于4℃的冰箱中过夜，得到粗产物。粗产物在DCM/Hex体系下通过扩散重结晶的方法进一步提纯，得到纯产物[(η5-C5H5)Fe(μ-CO)(CO)]2用于下一步反应。在氩气气氛下，将溶解有碘(1g)的二氯甲烷溶液(60mL)逐滴加入到的[(η5-C5H5)Fe(μ-CO)(CO)]2(1g)的二氯甲烷溶液(100mL)中，室温下反应2小时，反应液用Na2S2O3的水溶液萃取2次，再用H2O2(5％)水溶液萃取一次，有机相收集减压蒸馏后得到粗产物，粗产物在DCM/Hex体系下通过扩散重结晶的方法进一步提纯，得到铁羰基化合物(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2I用于下一步。
(3)一氧化碳释放剂UCNPs@SiO2-CORM的制备
氩气条件下，0.2毫升Igepal CO-520，10毫升环己烷和3毫升UCNPs环己烷分散液依次加入到反应管中，搅拌5min。然后再加入0.8毫升Igepal CO-520和0.16毫升氨水，快速密封，并在冰浴中超声15分钟。随后80微升的正硅酸乙酯以每五分钟加入10微升的频率分8次加入，反应48小时后80微升的3-巯基丙基三甲氧基硅烷以同样的方式加入，接着反应3小时，最后加入溶解有200毫克的碘代单茂铁的二氯甲烷溶液4毫升，进行反应24h。样品通过离心收集，并使用乙醇洗2遍，二甲亚砜洗2遍，得到最终产物UCNPs@SiO2-CORM纳米粒子最后将产物低温避光保存。

Claims (10)

1.一种上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：以Y、Yb、Er氯化物的水溶液、有机溶剂，含氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液为原料合成上转换发光材料；
步骤2)：将表面活性剂、环己烷、上转换发光材料的环己烷分散液搅拌均匀，然后加入氨水，密封后在冰浴中超声分散；
步骤3)：在步骤2)得到的混合物中加入正硅酸乙酯进行反应；
步骤4)：在步骤3)的到的混合物中加入含巯基的硅烷偶联剂进行反应；
步骤5)：在步骤4)得到的混合物中加入含有铁羰基化合物的二氯甲烷溶液进行反应，经离心、洗涤后得到上转换发光材料一氧化碳释放剂。
2.如权利要求1所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中表面活性剂采用曲拉通Igepal CO-520；上转换发光材料的环己烷分散液的浓度为210g/L；表面活性剂、环己烷、上转换发光材料的环己烷分散液三者的体积比为(0.1～1)∶(8～50)∶(2～10)；搅拌时间为5～20min；氨水的质量分数为28％；超声时间为5～60分钟。
3.如权利要求1所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中正硅酸乙酯的加入量为：表面活性剂与正硅酸乙酯的摩尔比为(0.1～1)∶(0.04～0.2)，反应时间5～96小时。
4.如权利要求1所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中含巯基的硅烷偶联剂采用3-巯基丙基三甲氧基硅烷；含巯基的硅烷偶联剂的用量为：表面活性剂与3-巯基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为(0.1～1)∶(0.04～0.2)，反应时间为0.5～5小时。
5.如权利要求1所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中铁羰基化合物采用为(η5-C5H5)Fe(cis-CO)2I化合物；含有碘代单茂铁的二氯甲烷溶液的浓度为20～75g/L，其用量为：表面活性剂与碘代单茂铁的二氯甲烷溶液的摩尔比为(0.1～1)∶(2～20)，反应时间为1～25小时。
6.如权利要求5所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，所述碘代单茂铁以五羰基铁、二聚环戊二烯、碘为原料制成。
7.如权利要求1所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步：稀土上转换发光纳米粒子的制备：在有机溶剂中，以摩尔比为1∶(1～5)∶(4～20)的比例依次加入Y、Yb、Er的氯化物、氢氧化钠、氟化铵，在250～320℃下进行反应，反应完全之后，分离得到上转换发光纳米粒子；其中，Y、Yb、Er的摩尔比为78∶20∶2，反应时间为0.5～3小时；
第二步：光敏型羰基化合物的合成：二聚环戊二烯与五羰基铁以1∶(0.1～0.5)的比例在100～200℃下进行反应，反应5～30小时之后，分离提纯得到二茂二铁四羰基化合物；在有机溶剂中，二茂二铁四羰基化合物与碘以摩尔比为1∶(2～4)的比例进行反应，反应温度为10～50℃，反应时间为0.5～5小时，反应结束后经分离提纯得到碘代单茂铁；
第三步：上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备：将第一步制备的稀土上转换发光纳米粒子重新分散于环己烷中，再向反应体系中分阶段加入正硅酸乙酯，反应5～96小时后，加入3-巯基丙基三乙氧基硅烷；反应0.5～5小时后，加入碘代单茂铁；反应1～25小时后，经分离纯化得到上转换发光材料一氧化碳释放剂；其中，稀土上转换发光纳米粒子、正硅酸乙酯、3～巯基丙基三乙氧基硅烷、碘代单茂铁的摩尔比为1∶(1～10)∶(1～10)∶(1～20)。
8.一种采用权利要求1-7任意一项所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂的制备方法制得的上转换发光材料一氧化碳释放剂。
9.如权利要求8所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂，其特征在于，所述上转换发光材料一氧化碳释放剂在功率密度为1.0瓦/cm2的980纳米波长的激光辐照下，释放CO。
10.一种权利要求8或9所述的上转换发光材料一氧化碳释放剂作为CO载体药物的应用。
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