CN116747320A - 一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物高分子材料与纳米技术领域，具体涉及一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al‑MOF@PEG的制备方法。本发明中选择2,5‑二羟基对苯二甲酸和铝(Al)离子，通过溶剂热法合成Al‑MOF纳米载体，加载辅酶Q10到Al‑MOF纳米载体的空隙中。随后，选择mPEG5k‑NH2，即一种带有氨基的PEG，通过Al‑MOF表面被二环己基碳二亚胺(DCC)激活的羧基和PEG末端的氨基间的“点击化学”共价修饰PEG到纳米载体Al‑MOF表面。较大孔径的MOF材料增大了载药量，同时引入PEG后显著增大了水溶性而且延长了纳米载体在生理环境中的循环时间，进一步提高辅酶Q10生物利用度。
Description
技术领域
本发明属于生物高分子材料与纳米技术领域，具体涉及一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法。
背景技术
辅酶Q10是一种天然的黄色苯醌，常见于血液、线粒体内部和细胞膜中的类维生素物质，为天然抗氧化剂，在维持人体的几种生化途径中均起着至关重要的作用。它能通过促进ATP酶利用的跨膜电位来转移线粒体转运链中的电子以合成ATP，并且在其还原形式下也是一种膜抗氧化剂，是驱动人体能源产生ATP循环所必需的物质。辅酶Q10不仅提供足够的氧气以保护心脏、清除自由基、抗氧化进而有效延缓衰老，而且还能使细胞保持健康状态，产生抗疲劳的效果。此外，最新研究表明辅酶Q10对于防癌抗癌也有一定疗效，它在慢性心力衰竭、心脏面部皮肤综合症、糖尿病、癌症、自身免疫性疾病、白内障、哮喘、牙周疾病和甲状腺疾病中也表现出显著的生物活性。辅酶Q10作为脂溶性抗氧化剂，在化妆品和医疗保健行业中广受欢迎，但其因分子量较高及水溶性较低的理化特性在一定程度上阻碍了其生物利用，因此研究者们开发了多种技术以改良前述问题。目前上市辅酶Q10剂型多为普通的乳剂或凝胶剂，稳定性较差，而且无促渗和靶向功能，不利于辅酶Q10最大程度发挥功效。因此，如何提高辅酶Q10的稳定性，延长其有效作用时间，促进有效渗透和靶向释放，是目前应用中亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明一方面提供了一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料，该纳米载体较大的孔径增大了载药量，同时引入PEG后显著增大了水溶性而且延长了纳米载体在生理环境中的循环时间，这将进一步提高辅酶Q10生物利用度，同时还兼具纳米给药技术改善药物稳定性、延缓释放、改变药物在体内的分布等优点。本发明的另一目的是提供上述纳米载体的制备方法。
本发明第一方面提供一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，选择2,5-二羟基对苯二甲酸和铝(Al)离子，通过溶剂热法合成Al-MOF纳米载体，加载辅酶Q10到Al-MOF纳米载体的空隙中。随后，选择mPEG5k-NH2，即一种带有氨基的PEG，通过Al-MOF表面被二环己基碳二亚胺(DCC)激活的羧基和PEG末端的氨基间的“点击化学”共价修饰PEG到纳米载体Al-MOF表面。较大孔径的MOF材料增大了载药量，同时引入PEG后显著增大了水溶性而且延长了纳米载体在生理环境中的循环时间，这将进一步提高辅酶Q10生物利用度。
优选的，所述载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，包括以下步骤：
S1：Al-MOF的制备：以醋酸为调制剂，制备纳米Al-MOF；将AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸均匀混合于DMF中。加入乙酸，再滴加乙醇水溶液，然后滴加纯水，将所得混合溶液置于500mL高压釜中，升温到135℃加热24小时，反应结束后待混合溶液冷却至室温，取出混合溶液后离心，弃去上清液并加入DMF离心洗涤三次，将最后一次离心所得沉淀产物放置在CH2Cl2中两天，并不断地用新鲜CH2Cl2替换，可以泡除沾在沉淀物上的未参与反应的原料，过滤后真空干燥收集纳米载体Al-MOF；
S2：载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF的制备：取纳米载体Al-MOF分散于纯水中，再将辅酶Q10溶于DMF后滴入纯水混匀，超声处理10分钟，并搅拌混合物4小时；接着，将混合物离心，移去上清液再用纯水离心洗涤三次，将最后离心所得固体沉淀冷冻干燥，即得载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF；
S3：载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的制备：将Al-MOF超声分散于CH2Cl2中，然后加入二环己基碳二亚胺(DCC)和1,6-己二胺；将混合物在10℃下搅拌3小时，再加入CH3O-PEG5k-NH2在4℃下反应17小时；反应完成后取出混合物离心，弃去上清液并加入CH2Cl2离心洗涤三次，最后真空干燥收集产物载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG。
优选的，所述S1中AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸的质量比为
(4～4.5)：1。
优选的，所述S1中AlCl3·6H2O和乙酸的质量比为1：(17～20)。
优选的，所述S1中溶解AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸的DMF用量为320～380mL。
优选的，所述S1中乙醇水溶液和水添加量都为20～25mL。
优选的，所述S2中纳米载体Al-MOF与辅酶Q10的质量比为(6～10)：1。
优选的，所述S3中载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF与CH3O-PEG5k-NH2的质量比为1：(1～1.5)。
优选的，所述S3中载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF、二环己基碳二亚胺(DCC)与1,6-己二胺的质量比为1：1：(0.8～0.9)。
本发明公开的第二方面是提供一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法制备得到的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG。
有益效果
本发明载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料不但具有高孔隙率、结构多样和功能可控等特点，还兼具无机纳米载体的强载药能力和有机纳米载体的高安全性。引入的PEG结构显著增大了辅酶Q10在水中的溶解度，这将进一步提高生物利用度。同时纳米给药技术还具备改善药物稳定性、延缓释放、改变药物在体内的分布等优点。
附图说明
图1为Al-MOF的红外(FT-IR)图谱；
图2为载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的氮气吸附-脱附图谱；
图3为载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的纳米载体动态光散射DLS粒径分析图；
图4为载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG在不同释放介质中的释放性能图；
具体实施方式
实施例1
载辅酶Q10的Al-MOF@PEG的制备，包括以下步骤：
(1)Al-MOF的制备：以醋酸为调制剂，制备纳米Al-MOF。将3.62gAlCl3·6H2O和0.83g 2,5-二羟基对苯二甲酸混合到355mL DMF中。加入乙酸60.00g，体积分数为95％的乙醇水溶液23.50mL，水23.50mL。将所得混合溶液置于500mL高压釜中，升温到135℃加热24小时。反应结束后待混合溶液冷却至室温，取出混合溶液后离心，弃去上清液并加入DMF离心洗涤三次。将最后一次离心所得沉淀产物放置在CH2Cl2中两天，并不断地用新鲜CH2Cl2替换，泡除沾在沉淀物上的未参与反应的原料。过滤后真空干燥收集纳米载体Al-MOF。
(2)载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF的制备：取30mg纳米载体Al-MOF分散于纯水中，再将5mg辅酶Q10溶于DMF后滴入纯水混匀，超声处理10分钟，并搅拌混合物4小时；接着，将混合物离心，移去上清液再用纯水离心洗涤三次，将最后离心所得固体沉淀冷冻干燥，即得载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF；
(3)载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的制备：将100mg Al-MOF超声分散于15mLCH2Cl2中，然后加入100mg二环己基碳二亚胺(DCC)和1,6-己二胺。将混合物在10℃下搅拌3小时。加入100mg CH3O-PEG5k-NH2在4℃下反应17小时。取出混合溶液后离心，弃去上清液并加入CH2Cl2离心洗涤三次。最后真空干燥收集产物载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG。
实施例2
载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的表征
(1)对实施例1中S1中反应得到的Al-MOF进行红外光谱(FT-IR)表征(如图1)：使用KBr压片法，将干燥产物和KBr以1:100质量比混合研磨，红外灯下烘干，压片制片。放入仪器中进行测试，采用Nexus型红外光谱仪在4000-400cm-1范围内测试相关样品。1700cm-1处为振动所吸收的峰位，1400cm-1和1590cm-1处的特征峰为苯环中骨架的伸缩振动吸收峰位，1100cm-1是C-O的伸缩振动，750cm-1左右处的吸收峰为Al-O的吸收峰。红外光谱分析进一步说明成功制备出了Al-MOF。
(2)通过比表面积和孔径分析仪测试载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的结构特性，根据模型计算得出的比表面积和孔隙度综合数据(如图2)：在低温(77K)下，使用氮气吸附脱附测定仪(BET)测试样品的比表面积和孔隙率。在测定之前，称取载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG约90mg，并在120℃下脱气活化12h，以除去孔道中残余的溶剂分子。测得载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的比表面积为997m2/g,总孔容为0.70m3/g，微孔孔容为0.43m3/g.
实施例3
载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的纳米粒性能研究：
(1)纳米粒的粒径测定(如图3)：将实施例1获得的载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG纳米粒冻干粉末配制0.5mg/mL纳米粒溶液，超声10分钟后，用0.45μm的水性过滤膜除杂，随后，置于Zeta-Size Nano-ZS 90动态光散射仪(DLS)中，测定纳米载体Al-MOF@PEG缀合物的粒径分布范围和分散度，每组重复测试三次。
(2)纳米粒的表面形貌特征：配制浓度为1mg/mL的载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG分散液，取一滴加到200目孔径大小的铜网碳膜面上，约1分钟后用滤纸吸取铜网上多余的溶液。待铜网自然干燥后，使用透射电子显微镜(TEM)观察纳米载体的形貌和大小。
实施例4
本发明给药纳米传递系统其载药量的测定：
将载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG制成无水乙醇溶液，用紫外吸收检测器于波长275nm处检测吸收值，采用Vis-UV法测量和计算纳米载体中辅酶Q10含量是可行的。
实施例5
载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的纳米粒体外释药性能研究：
采用紫外标准曲线法测定载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的纳米粒在不同释放介质中的释放性能。选择pH5.3、pH6.8与pH7.4释放介质分别模拟生理条件、细胞外基质以及细胞内环境,通过测定一定时间内辅酶Q10的累积释放量，考察pH值对载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG系统的影响。结果见图4。
实施例6
辅酶Q10皮肤渗透试验
对实施例1制得的载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG进行辅酶Q10皮肤渗透试验。离体猪耳皮肤的制备:将成年猪处死后，立即取下猪的耳廓内侧皮肤，与软骨分离，用生理盐水冲洗干净，检查皮肤的完整性，置生理盐水中，于4℃保存备用。采用TK-12A型透皮扩散实验仪(上海锴凯科技贸易有限公司)进行猪耳皮肤离体透皮试验。将猪耳皮肤装于Franz扩散池上，角质层面向供给室，真皮层面向接受池。分别准确称取3g的样品于供给池中，然后密封供给池上端开口，将接受池中装满接受液。整个装置置于32±0.1℃的恒温水浴中，开启电磁搅拌器以400r/min的速度搅拌。离体透皮试验结束后，采用LEICA 1900型冷冻切片机(德国LEICA公司)进行猪耳皮肤超薄切片，将切片样品置于EP管中，加入甲醇，密封，超声3次，每次30min，5000rpm离心30min，过0.45μm滤膜，分别将滤液进行高效液相色谱分析。所有试验均在避光条件下操作。结果显示制备的载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG溶液在12h内辅酶Q10的透皮吸收率达到25％～35％，而直接使用5％TW-80溶解的载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG溶液，其中辅酶Q10在12h内透皮吸收率不足8％，这说明载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG显著提高了辅酶Q10的透皮率，有利于药物的透皮递送。
Claims (9)
1.一种载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：Al-MOF的制备：以醋酸为调制剂，制备纳米Al-MOF：将AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸均匀混合于DMF中，加入乙酸，再滴加乙醇水溶液，然后滴加纯水，将所得混合溶液置于500mL高压釜中，升温到135℃加热24小时，反应结束后待混合溶液冷却至室温，取出混合溶液后离心，弃去上清液并加入DMF离心洗涤三次，将最后一次离心所得沉淀产物放置在CH2Cl2中两天，并不断地用新鲜CH2Cl2替换，过滤后真空干燥收集纳米载体Al-MOF；
S2：载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF的制备：取纳米载体Al-MOF分散于纯水中，再将辅酶Q10溶于DMF后滴入纯水混匀，超声处理10分钟，并搅拌混合物4小时；接着，将混合物离心，移去上清液再用纯水离心洗涤三次，将最后离心所得固体沉淀冷冻干燥，即得载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF；
S3：载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF@PEG的制备：将Al-MOF超声分散于CH2Cl2中，然后加入二环己基碳二亚胺和1,6-己二胺；将混合物在10℃下搅拌3小时，再加入CH3O-PEG5k-NH2在4℃下反应17小时；反应完成后取出混合物离心，弃去上清液并加入CH2Cl2离心洗涤三次，最后真空干燥收集产物载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG。
2.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S1中AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸的质量比为(4～4.5)：1。
3.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S1中AlCl3·6H2O和乙酸的质量比为1：(17～20)。
4.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S1中溶解AlCl3·6H2O和2,5-二羟基对苯二甲酸的DMF用量为320～380mL。
5.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S1中乙醇水溶液和纯水添加量都为20～25mL。
6.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S2中纳米载体Al-MOF与辅酶Q10的质量比为(6～10)：1。
7.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S3中载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF与CH3O-PEG5k-NH2的质量比为1：(1～1.5)。
8.根据权利要求1所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法，其特征在于，所述S3中载辅酶Q10的纳米载体Al-MOF、二环己基碳二亚胺与1,6-己二胺的质量比为1：1：(0.8～0.9)。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG的制备方法制备得到的载辅酶Q10的纳米有机金属框架材料Al-MOF@PEG。
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