CN117343257B - 具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料及其制备方法和应用，属于生物医药技术领域。2,2，‑联吡啶‑5,5，‑二甲醛与三氟甲烷磺酸反应得到2H+‑BPDA；二苯并24冠醚8与2H+‑BPDA反应得到吡啶冠醚环；2H+‑BPDA、吡啶冠醚环和四氨基苯基卟啉反应得到Crown‑COPF；Crown‑COPF和Zn2+反应Crown‑COF‑Zn。本发明以二苯并24冠醚8、四氨基苯基卟啉和2,2，‑联吡啶‑5,5，‑二甲醛为结构单元，通过金属锌进行修饰得到Crown‑COPF‑Zn，该材料可通过冠醚、锌离子、光热疗法和光动力疗法四策略联合抗菌，且生物相容性好，无毒副作用。

Description

具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料 及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前世界各地都在开发新的抗菌策略来应对或者减少产生耐药菌的情况。但单一的治疗方式仍较易使细菌产生耐药性，随着多孔纳米材料的快速发展，将多种杀菌能力结合到一种材料上的技术逐渐成熟，可以大大降低耐药菌的产生。近年来，出现了机械联锁聚合物（MIPs），它是通过两个或两个以上分子组分的分子联锁分子进行聚合，成为一种制备聚合物的新方法，其骨架结构包含由穿过环的线性哑铃组分组成的机械键。除了结构的改变，具有大构象自由的机械键的引入也赋予了聚合物独特的性能轮廓，如分子机器，已广泛应用于人类生活的从环境到生物医学领域的各个方面。然而，这些研究大多集中在内衬性聚合物上，这极大地限制了MIPs的发展。毫无疑问，从点到线到表面的扩展将为MIPs带来全新的结构和功能。
内衬聚合物的结构-性质关系也适用于多孔聚合物，如果能参照在内衬性聚合物中加入机械键的方法，制备冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架（Crown-COPF）。以具有机械键的共价有机框架可以作为一个机械机器，利用光热光动力结合冠醚等实现多疗法联合抗菌，可以更为有效的对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌进行杀菌。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料及其制备方法和应用。本发明以二苯并24冠醚8、四氨基苯基卟啉和2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛为结构单元，然后通过金属锌进行修饰得到一种共价有机聚合物Crown-COPF-Zn，可通过冠醚、锌离子、光热疗法和光动力疗法四策略联合抗菌，且生物相容性好，无毒副作用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供包括以下步骤：
（1）2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛与三氟甲烷磺酸反应，过滤后重结晶得到2H+-BPDA；
（2）二苯并24冠醚8与步骤（1）得到的2H+-BPDA室温下反应得到吡啶冠醚环；
（3）步骤（1）得到的2H+-BPDA、步骤（2）得到的吡啶冠醚环与四氨基苯基卟啉在油浴中反应，过滤、洗涤、干燥，得到黑色粉末Crown-COPF；
（4）Crown-COPF和Zn2+室温下反应，过滤、洗涤、干燥，得到具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料Crown-COF-Zn。
优选的，步骤（1）中，所述2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛与三氟甲烷磺酸的摩尔比为0.47：1.2。
优选的，步骤（1）中，所述反应为冰水浴中搅拌反应4h；所述重结晶为在乙腈和乙醚中重结晶。
优选的，步骤（2）中，所述二苯并24冠醚8与2H+-BPDA的摩尔比为1：1；所述反应的时间为24h。
优选的，步骤（3）中，所述2H+-BPDA、吡啶冠醚环和四氨基苯基卟啉的摩尔比为3：1：2。
优选的，步骤（3）中，所述油浴的温度为60℃；所述反应的时间为72h；所述洗涤为用三乙胺、乙腈和水的混合物洗涤；所述三乙胺、乙腈和水的体积比为0.1：1：1。
优选的，步骤（4）中，所述Crown-COPF和Zn2+的摩尔比为1：4；所述Zn2+选自Zn（OAc）2·2H2O、ZnCl2或ZnNO3。
优选的，步骤（4）中，所述反应的时间为4h；所述洗涤为用甲醇洗涤；所述干燥为90℃下真空干燥12 h。
本发明的第二方面，提供上述制备方法得到的具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料。
本发明的第三方面，提供具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料在制备抗菌药物中的用途。
本发明的有益效果：
（1）本发明制备的二苯并24冠醚8和金属锌修饰的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架Crown-COPF-Zn在638 nm波长激光照射下具有良好的光热转化，同时诱发的电子转移产生单线态氧，冠醚的作用归因于其与细胞膜脂质部分的内在结合能力，可表现出类似于天然离子载体的离子渗透特性，导致离子从细胞中泄漏，Zn2+的掺入不仅可以改变骨架的电荷，增强与带负电荷的细菌细胞膜的相互作用，还可以与蛋白质中的巯基相互作用，使其酶活性失活，导致细胞死亡，通过冠醚、锌离子、光热疗法和光动力疗法四策略实现联合广谱抗菌。
（2）本发明的制备方法简单，制备的Crown-COPF-Zn生物相容性好，对血红细胞的溶血率低于1.5%，对HEK293细胞的活力影响微小，对人体无毒副作用，这将推动多功能抗菌平台的发展。
附图说明
图1是Crown-COPF-Zn的红外光谱图；其中（a）是2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛BPDA与二苯并24冠醚8两者结合的Crown-BPDA的红外光谱；（b）是四氨基苯基卟啉和Por-COF，Crown-COPF和Crown-COPF-Zn的红外光谱；
图2是Crown-COPF-Zn性能表征分析图；其中（a）是Crown-COPF-Zn的固态核磁图；（b）是Crown-COPF-Zn的热重分析图；（c）是Crown-COPF-Zn在77K条件下的等温吸附解吸图；（d）是Crown-COPF-Zn的孔径分布图；
图3是Crown-COPF-Zn和Crown-COPF的SEM和TEM图；其中（a）是20µm比例尺下Crown-COPF的SEM；（b） 1µm比例尺下Crown-COPF的SEM；（c）20µm比例尺下Crown-COPF-Zn的SEM；（d）是1µm比例尺下Crown-COPF-Zn的SEM；（e）500nm比例尺下Crown-COPF的TEM；（f）是200nm比例尺下Crown-COPF的TEM；（g）是50nm比例尺下Crown-COPF的TEM；（h）是5nm比例尺下Crown-COPF的TEM；（i）是500nm比例尺下Crown-COPF-Zn的TEM；（j）是200nm比例尺下Crown-COPF-Zn的TEM；（k）是50nm比例尺下Crown-COPF-Zn的TEM；（l）是5nm比例尺下Crown-COPF-Zn的TEM；（m）是C、N、O、Zn元素在Crown-COPF-Zn中的mapping图；
图4是Crown-COPF-Zn的EDX图；
图5是Crown-COPF-Zn的光热性能；其中（a）是在1.0W/cm2的638 nm激光照射下Crown-COPF-Zn的浓度依赖性光热效应；（b）是分别在0.5、0.8、1.0、1.2和2.5W/cm2的638nm激光照射下Crown-COPF-Zn的激光功率依赖性光热效应；（c）是638nm激光在1.2W/cm2下对Crown-COPF-Zn（500μg/mL）进行4次光照冷却的温度变化曲线；（d）是Crown-COPF-Zn一次升温与降温过程中冷却周期和温度的负自然对数；（e）是Crown-COPF-Zn (100~1000μg/mL)在10min激光照射内升温过程的热成像图片；
图6是Crown-COPF-Zn的光动力性能；其中（a）是在不同光照时刻下DPBF在350~500nm波长范围内的吸收曲线；（b）是Crown-COPF-Zn（500μg/mL）在350~500nm波长范围内的吸收曲线；（c）是DPBF+光照组和Crown-COPF-Zn+DPBF+光照组中DPBF随着光照时间延长而减少的比例；（d）是不同浓度（100-500μg/mL）Crown-COPF-Zn在400-800nm波长范围内的紫外吸收
图7是不同浓度Crown-COPF-Zn的抗菌能力；其中（a）是不同浓度Crown-COPF-Zn处理后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的培养图；（b）是采用平板计数法测定金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌存活率；
图8是Crown-COPF-Zn的抗菌性能；其中（a）是8组不同处理方式下大肠杆菌的培养图；（b）是8组不同处理方式下大肠杆菌的存活率；（c）是8组不同处理方式下金黄色葡萄球菌的培养图；（d）是8组不同处理方式下金黄色葡萄球菌的存活率；
图9是8组不同处理方式下大肠杆菌（a）和金黄色葡萄球菌（b）的透射电镜图，比例尺为2.0μm；
图10是Crown-COPF-Zn的生物相容性实验，其中（a）是不同浓度的Crown-COPF-Zn的溶血率；（b）是不同浓度Crown-COPF-Zn与HEK293细胞孵育后的细胞活力；
图11是实施例的合成路线图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，机械联锁聚合物的研究大多集中在内衬性聚合物上，这极大地限制了MIPs的发展。毫无疑问，从点到线到表面的扩展将为MIPs带来全新的结构和功能。同时卟啉与冠醚和金属的结合为多功能多机制联合抗菌提供一个新的可能。
基于此，本发明的目的是提供具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料。本发明以吡啶冠醚环、四氨基苯基卟啉和2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛为结构单元，通过席夫碱反应制备了Crown-COPF-Zn，具备无机金属抗菌剂所不具备的良好生物相容性和优越的光热性能和光动力性能以及细菌靶向作用。
本发明首先将2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛BPDA变成2H+-BPDA，然后用2H+-BPDA所含H+固定二苯并24冠醚8，得到吡啶冠醚环。然后吡啶冠醚环与TAPP进行聚合反应，由于吡啶冠醚环的空间位阻太大，如果四个吡啶冠醚环与四个TAPP聚合，无法得到具有多孔结构的材料，只能得到近实心的材料。所以本申请用一个吡啶冠醚环与一个TAPP聚合，剩余TAPP用2H+-BPDA连接（TAPP有四个氨基，一个TAPP需要两个氨基联吡啶），形成既含有冠醚环又有多孔结构的Crown-COPF，然后洗去2H+-BPDA上的H+。最后将Crown-COPF与Zn2+反应，使Crown-COPF的每个边都负载上Zn2+，最终得到具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料。
本发明制备的Crown-COPF-Zn可以通过光热转化来实现局部升温，以达到使细菌体内的酶失活以及其生理结构的破坏，同时结合光动力效应生成单线态氧对细菌结构进行氧化损伤从而达到更好的抗菌效果。冠醚结构与锌离子的掺入也可以对细菌细胞膜等结构造成更大的破坏，同时Crown-COPF-Zn具备在最佳抗菌浓度时可忽略的溶血作用和微小的正常细胞损伤作用，说明其在生物医药方面具有很大的潜力。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例
（1） 2H+-BPDA的制备
将2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛BPDA： 100 mg，0.47 mmol）加入含有20 mL DCM的三颈圆底瓶中，在冰水浴中搅拌10 min。将三氟甲烷磺酸（TfOH： 177 mg，1.2 mmol）加入6 mL二氯甲烷中，缓慢滴加（两秒一滴）至上述冰水浴的反应体系中，搅拌4h。反应结束后过滤得淡黄色固体，在乙腈和乙醚（先溶于3mL乙腈然后加入5倍乙腈体积的乙醚）中重结晶，得到白色固体（130 mg，收率： 52%）。
（2）吡啶冠醚环的制备（Crown-BPDA)
在100mL圆底烧瓶中加入二苯并24冠醚8（87.5 mg，195 μmol）和2H+-BPDA(100mg,195 μmol)室温下搅拌24 h。旋蒸除去溶剂，得到黄色的吡啶冠醚环。(122.43mg, yield:65.3%)
（3）Crown-COPF的制备
将BPDA（50 mg，0.24 mmol）、Crown-BPDA（52 mg，0.08 mmol）和四氨基苯基卟啉TAPP（102 mg，0.16 mmol）加入耐热玻璃管中，加入6 mL的1、4二恶烷和1、3、5-三甲基苯的混合溶液（体积比1：1）和0.10 mL的冰醋酸。将耐热玻璃管在77K（液氮浴）下进行冻融循环，共脱气三次。然后，将耐热玻璃管置于60℃的油浴中，搅拌72 h，在耐热玻璃管底部形成黑色固体，经过滤分离。然后将粗固体分别用无水THF和无水甲醇浸泡12 h。过滤收集粉末，继续用10mL三乙胺混合液（三乙胺/乙腈/水体积比为 0.1：1：1）洗涤2次，然后倒出溶剂，在80℃真空下干燥12 h。经浸泡后过滤得到的固体，最终产物为黑色粉末（105.3 mg，产率为51.6%）。
（4）Crown-COPF-Zn的制备
在一个30 mL的小瓶中，加入准确称重的Crown-COPF（50mg），然后注射15 mL的甲醇。将该系统在45 Hz下用超声波处理10min，离心去除上清液。将收集到的固体再转移到小瓶中，加入15 mL甲醇和30 mg Zn（OAc）2·2H2O。室温下搅拌4h，过滤分离，用甲醇洗涤3次。所得固体在90℃条件下真空干燥12 h，得到Crown-COF-Zn为黑色固体（68.3 mg，收率：85%）。本实施例的合成路线图见图11。
对比例
Por-COF的制备：将2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛BPDA（100 mg，0.47 mmol）和四氨基苯基卟啉TAPP（150 mg 0.23 mmol）加入耐热玻璃管中，加入8 mL的1,4-二恶烷和1,3,5-三甲基苯（体积比1：1）和0.15 mL的冰醋酸。将耐热玻璃管在77K（液氮浴）下进行冻融循环，共脱气三次。在室温下解冻后，将耐热玻璃管置于60℃的油浴中，搅拌72h，在耐热玻璃管底部形成紫黑色固体，经过滤分离。固体分别用无水THF和甲醇浸泡固体12 h。得到的固体在80℃真空下干燥12 h，得到紫黑色粉末。（193.75mg，77.5%的收益率）。
材料的表征：
（1）图1（a）和（b）是Crown-COPF-Zn相关单体与聚合物的红外光谱图，证明了Crown-COPF-Zn的成功构建。Crown-COPF的FT-红外光谱同时整合了冠醚（2876和1028 cm-1）、BPDA（734和678 cm-1）以及TAPP（1600、1500、1350和1177 cm-1）的特征。同时，属于Crown-BPDA的醛（1714cm−1）和胺（3380cm-1）的特征振动消失，可以观察到C=N键在1699cm-1形成新的拉伸振动。锌离子的结合也有其相应对应峰在500-600 cm-1也可以清楚地检测到。
（2）图2（a）是Crown-COPF-Zn固态碳光谱，通过固态13C-NMR进一步确证了Crown-COPF-Zn的骨架结构。如图所示，在120~180ppm之间的信号归因于两个苯环中的吡啶单元的不饱和碳。位于160 ppm的峰属于C=N，70ppm的峰属于冠醚（-CH2）段的饱和碳信号。同时，由于Zn2+对冠醚环的影响，Crown-COPF-Zn在50-90 ppm范围内出现了几个新的峰。这些结果进一步证实了Crown-COPF-Zn的成功建立。
（3）图2（b）是Crown-COPF-Zn的热重曲线，热重分析表明了Crown-COPF-Zn的热稳定性。在100℃以内重量的下降源于材料中吸附的水或残留的有机溶剂的挥发。在300℃之内，Crown-COPF-Zn的重量保持在80%以上。升温至800℃，Crown-COPF-Zn的重量仍然保持在60%以上。
（4）图2（c）是77 K时Crown-COPF-Zn的低温N2吸收等温线，用低温氮气吸附测定了合成材料Crown-COPF-Zn的多孔性特征。Crown-COPF-Zn呈现出了典型曲线，符合了III型吸附等温线特征，说明材料是一种片层堆叠状态。图2（d）展示了根据非局部密度泛函理论（NLDFT）模型绘制的孔径分布曲线，可以直观地观察到孔隙率。可以看出，孔隙集中在2~10nm处，但也有10~100 nm的孔。
（6）图3（a）和（b）是Crown-COPF的扫描电镜（SEM）图，图3（c）和（d）是Crown-COPF-Zn的扫描电镜（SEM）图，图3（e）-（h）是Crown-COPF的扫描电镜（TEM）图，图3（i）-（l）是Crown-COPF-Zn的透射电镜（TEM）图。
从SEM和TEM可以看出，所制备的Crown-COPF-Zn是片层结构，由一层一层的聚合物堆叠而成。高分辨率 TEM显示，Crown-COPF-Zn存在微孔，光影对比验证了这一点。同时在图3（h）和（l）中可以看到明显的晶格条纹，表明聚合物形成有序结构。
（7）图3中（m）是C、N、O、Zn元素在Crown-COPF-Zn中的分布情况，从Mapping中可以看出，在Crown-COPF-Zn中均匀分布着大量的C（80.98%）、N（7.44%）、O（3.90%）、Zn（7.69%），这说明材料的结构组建具有一定的均匀性。图4是Crown-COPF-Zn的EDX图，从X射线能谱（EDX）中可以发现，C、N、O、Zn元素的广泛存在。
（8）用638nm激光照射Crown-COPF-Zn 10min来测定材料的光热效应。图5中（a）是1.0W/cm2的638 nm激光照射下Crown-COPF-Zn的浓度依赖性光热效应，在功率为1.0W/cm2时，随着Crown-COPF-Zn浓度的升高，其混悬液的升温导致的温度变化越来越大。图5（b）是分别在0.5、0.8、1.0、1.2和1.5W/cm2的638nm激光照射下Crown-COPF-Zn的激光功率依赖性光热效应。图5（c）是638nm激光在1.2 W/cm2下对Crown-COPF-Zn（500 μg/mL）进行4次光照冷却的温度变化曲线，通过 ON/OFF 循环照射实验记录Crown-COPF-Zn的温度变化。结果表明，Crown-COPF-Zn在4个周期后（638 nm，1.0W/cm2）显示出良好的光热稳定性，温度的上升和冷却趋势基本上没有变化。以上结果表明，Crown-COPF-Zn具有良好的光热效应和光热稳定性，使其成为一种潜在光热抗菌剂。图5（e）是Crown-COPF-Zn (100-1000μg/mL)在10min内升温过程的热成像图片；固定Crown-COPF-Zn浓度为500μg/mL，同时改变激光功率会发现，随着激光功率的增强，升温仍然具有变高的趋势。这些结果表明Crown-COPF-Zn具有较高的光热转化效率以及浓度依赖的光热性能。
（9）图5中（d）是Crown-COPF-Zn（500μg/mL）水分散体在638 nm激光照射（1.0W/cm2）的光热效应。当Crown-COPF-Zn（500µg/mL）在638nm （1.0 W/cm2）通过计算的光热转换效率为45.7%。
利用公式1计算了光热转换效率（η）：
（公式1）；
其中，h是传热系数，S是容器的表面积。Tmax是辐照10 min后的平衡温度（67.8℃），Tmax,water是水的温度（37.1℃），I是638 nm激光功率（1.0W/cm2），A638是Crown-COPF-Zn水分散体（500 µg/mL）在638 nm处的吸光度（1.1652）。
根据以下公式2测定hS值：
（公式2）；
公式2中md是溶剂水的质量（1g），Cd是溶剂水的热容量（4.2J/g），τs是样品系统的时间常数。
（公式3）；
公式3中θ 是各时间点的温度与环境温度的差值和所升至最高温度与环境温度的差值的比值，t是最高温度降温到室温所用的时间。
（10）Crown-COPF-Zn的光动力性能检测。图6（a）-（c）展示了Crown-COPF-Zn的光动力性能。以 DPBF 为探针，638nm激光为光源，通过紫外可见光谱检测了Crown-COPF-Zn的光动力特性。通过控制激光照射时间和监测混合物（DPBF+Crown-COPF-Zn）中 DPBF 在 418nm波长处的吸收强度，从而评估了 Crown-COPF-Zn产生单线态氧的能力。结果表明，与空白对照（DPBF+光照）相比，Crown-COPF-Zn+DPBF+光照组（500μg/ml，638nm激光1.0 W/cm2）在第1分钟可以产生大量单线态氧，DPBF的峰值显著迅速下降后续峰值下降减慢，在10分钟的光照下DPBF被消耗了67.44%，这意味着Crown-COPF-Zn在光照下产生了大量的单线态氧。图6（d）展示了Crown-COPF-Zn（100-500µg/mL）在400-800nm波长范围内的吸收曲线。
试验例1 ：体外细菌生长抑制试验
为了验证Crown-COPF-Zn对细菌活性的影响，取不同浓度的实施例制备的Crown-COPF-Zn（100、200、300、400、500µg/mL）与金黄色葡萄球菌或大肠杆菌混合，经过10min的638nm（1.0W/cm2）激光照射处理，处理后于37℃摇床中培养8h，细菌培养皿中显示了不同数量的菌落数，图7（a）是不同浓度Crown-COPF-Zn处理后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养图；然后通过平板计数法估算Crown-COPF-Zn的抗菌活性，图7中（b）是采用平板计数法测定金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌存活率；发现金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌落数量随着Crown-COPF-Zn的浓度增加而逐渐减少。当Crown-COPF-Zn的浓度达到500µg/mL时，照射10min后，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌效果均达到99%以上。
为对比光热和光动力作用、冠醚和锌离子作用以及四者联合的抗菌活性，如图8所示，分别用8种不同方法处理金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。具体分组为：第I组： PBS，第II组：对比例制备的 Por-COF（500μg/mL，不照光），第III组：实施例步骤（3）制备的Crown-COPF（500μg/mL，不照光），第IV组：实施例制备的Crown-COPF-Zn（500μg/mL，不照光），第V组： PBS +激光（638nm激光，1.0W/cm2，10分钟），第VI组： Por-COF +激光（500μg/mL，638nm激光，1.0W/cm2，10分钟），第VII组：Crown-COPF+激光（500μg/mL，638nm激光，1.0W/cm2，10分钟），第VIII组：Crown-COPF-Zn+激光（500μg/mL，638nm激光，1.0W/cm2，10分钟）。
以PBS组为对照组，发现在第II组和第V组中都观察到相当多的菌落。即无论是否进行激光照射，PBS处理组的细菌菌落数都无显著差异且不加冠醚和锌离子的材料在不进行激光照射时也没有抗菌能力。第III组和第IV组表现出一定的杀菌能力即冠醚和锌离子的杀菌能力，而在第VI、VII、VIII组在激光照射下均具有较高的杀菌效果，Por-COF照光（VI组）后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别为79.96%和82.48%，而经过冠醚修饰后（VII组）对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别为91.46%和88.76%，经过冠醚和锌离子修饰后（VIII组）对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别为99.51%和99.10%。这呈现出了Crown-COPF-Zn显著的四策略联合发挥广谱抗菌性能。
试验例2：细菌的透射电镜观察形貌
为进一步了解上述抗菌作用，采用TEM研究了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的形态结构的变化（图9），本试验例的组别设置参照试验例1中的8个组别。PBS组（组I）、PBS+638nm激光组（组V）和Por-COF（组II）中的金黄色葡萄球菌表面光滑圆润，大肠杆菌结构完整鞭毛清晰可见，表明PBS和光照处理和Por-COF（未照光），对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌并无抑菌作用。在Crown-COPF（组III)和Crown-COPF-Zn（组IV）中观察到大部分是存活的细菌，这是由于其在不照光情况下其杀菌效果较弱，而在进行激光照射的三组中可以明显看到金葡菌和大肠杆菌大量死亡。说明在激光照射引发下材料抗菌能力大幅度提高且Crown-COPF-Zn+激光组（VIII）杀菌效果最好。
试验例3：溶血试验
取BALB/c 雌性小鼠（购自济南朋悦实验动物繁育有限公司）的新鲜血液，8000rpm离心10min收集红细胞，用PBS洗涤3次，至上清液接近无色。将红细胞300µL与PBS 1000µL混匀分别与Crown-COPF-Zn的PBS溶液（浓度范围为100~1000µg/mL）以1:9（v/v）的比例混合后于37℃摇床中孵育3h，随后以10000rpm离心20min。通过紫外可见光谱法测定各上清液在540nm处的吸光度来检测Crown-COPF-Zn的溶血作用。以蒸馏水作为阳性对照（+），以PBS作为阴性对照（-）。图10（a）是不同浓度Crown-COPF-Zn对血红细胞的溶血率，发现Crown-COPF-Zn的浓度从100µg/mL上升至1000µg/mL，溶血率仍维持在1.5%以下，这说明材料具有良好的生物相容性。
试验例4：细胞毒性试验
细胞毒性也是评价材料生物相容性的一个重要指标，选用人体胚胎肾细胞（HEK293细胞，购自泰泽生物科技有限公司）进行测试。
在96孔板中，将HEK293细胞分别以每孔8×103个的密度接种，每孔100µL细胞悬液，周围的复孔中加入100µL的PBS进行液封，防止过度蒸发。经过24h的孵育后，分别加入不同浓度的Crown-COPF-Zn（100、300、500、700、1000µg/mL）和PBS（即Control组）进行处理。作用24 h后，弃去上清，然后把含有10µL MTT（5mg/mL） 相同体积的PBS（pH=7.4）的磷酸缓冲盐溶液添加到每个孔中。4h后，把上清液吸出，各孔中加入100µL的DMSO溶解MTT-甲酰胺晶体。5min后，在酶标仪中以490nm的波长测吸光度。图10（b）是不同浓度Crown-COPF-Zn与HEK293细胞孵育后的细胞活力变化，可以看出，随着Crown-COPF-Zn的浓度的增加，在24h后HEK293细的存活率在缓慢下降，可见，HEK 293细胞在700 μg/mL下培养24 h后的存活率仍高于80%。在1000 μg/mL下，细胞存活率为77.73%。这些结果表明Crown-COPF-Zn在治疗浓度下具有良好的生物相容性这再一次说明Crown-COPF-Zn具有良好的生物相容性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛与三氟甲烷磺酸反应，过滤后重结晶得到2H+-BPDA；
（2）二苯并24冠醚8与步骤（1）得到的2H+-BPDA室温下反应得到吡啶冠醚环；
（3）步骤（1）得到的2H+-BPDA、步骤（2）得到的吡啶冠醚环与四氨基苯基卟啉在油浴中反应，过滤、洗涤、干燥，得到黑色粉末Crown-COPF；
（4）Crown-COPF和Zn2+室温下反应，过滤、洗涤、干燥，得到具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料Crown-COF-Zn。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述2,2，-联吡啶-5,5，-二甲醛与三氟甲烷磺酸的摩尔比为0.47：1.2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述反应为冰水浴中搅拌反应4h；所述重结晶为在乙腈和乙醚中重结晶。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述二苯并24冠醚8与2H+-BPDA的摩尔比为1：1；所述反应的时间为24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述2H+-BPDA、吡啶冠醚环和四氨基苯基卟啉的摩尔比为3：1：2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述油浴的温度为60℃；所述反应的时间为72h；所述洗涤为用三乙胺、乙腈和水的混合物洗涤；所述三乙胺、乙腈和水的体积比为0.1：1：1。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述Crown-COPF和Zn2+的摩尔比为1：4；所述Zn2+选自Zn（OAc）2 ·2H2O、ZnCl2或ZnNO3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述反应的时间为4h；所述洗涤为用甲醇洗涤；所述干燥为90℃下真空干燥12 h。
9.权利要求1~8任一项所述的制备方法得到的具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料。
10.权利要求9所述的具有自适应多核锌中心的冠醚螺纹共价有机聚轮烷框架材料在制备抗菌药物中的用途。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274090A (en) * 1992-11-09 1993-12-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Tetraphenylporphyrin compounds and method
JP2004083725A (ja) * 2002-08-27 2004-03-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology クラウンエーテルを２つ有する金属ポルフィリン錯体を連結分子とする非共有結合型高分子及び非共有結合型高分子の製造方法
JP2004083472A (ja) * 2002-08-27 2004-03-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology クラウンエーテル誘導体と二級アンモニウム塩を含んだクラウンエーテル誘導体２分子を結合させた化合物及びその製造方法。
CN111013576A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 中南大学 一种基于表面固定法制备的单原子催化剂
CN112604714A (zh) * 2020-11-27 2021-04-06 嘉兴哲夫埃特环保科技有限公司 一种cof@mof/m/l复合材料及其制备方法
WO2021121647A1 (en) * 2019-12-18 2021-06-24 Ramirez Rios Liliana Patricia Metal complexes of macrocycles and/or isoprenoids and/or linear tetrapyrroles by mechanochemistry (grinding or milling), preparation method thereof, sunscreen/concealer/uv absorber thereof, self-assembled coating material thereof, superamphiphilic material or surfaces thereof, hair dyeing thereof and other uses thereof
CN115137845A (zh) * 2022-08-30 2022-10-04 潍坊医学院附属医院 一种含动态亚胺键的金属有机框架共价同时固载阿霉素和卟啉复合物及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274090A (en) * 1992-11-09 1993-12-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Tetraphenylporphyrin compounds and method
JP2004083725A (ja) * 2002-08-27 2004-03-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology クラウンエーテルを２つ有する金属ポルフィリン錯体を連結分子とする非共有結合型高分子及び非共有結合型高分子の製造方法
JP2004083472A (ja) * 2002-08-27 2004-03-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology クラウンエーテル誘導体と二級アンモニウム塩を含んだクラウンエーテル誘導体２分子を結合させた化合物及びその製造方法。
WO2021121647A1 (en) * 2019-12-18 2021-06-24 Ramirez Rios Liliana Patricia Metal complexes of macrocycles and/or isoprenoids and/or linear tetrapyrroles by mechanochemistry (grinding or milling), preparation method thereof, sunscreen/concealer/uv absorber thereof, self-assembled coating material thereof, superamphiphilic material or surfaces thereof, hair dyeing thereof and other uses thereof
CN111013576A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 中南大学 一种基于表面固定法制备的单原子催化剂
CN112604714A (zh) * 2020-11-27 2021-04-06 嘉兴哲夫埃特环保科技有限公司 一种cof@mof/m/l复合材料及其制备方法
CN115137845A (zh) * 2022-08-30 2022-10-04 潍坊医学院附属医院 一种含动态亚胺键的金属有机框架共价同时固载阿霉素和卟啉复合物及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Crown ether-based porous organic polymer encapsulated Ag2[Fe(CN)5NO] composite towards ultra-low dose efficient sterilization and wound healing application;Zifan Zhang et al.;《Materials Today Chemistry》;第34卷;1-11 *
Mechanical Bond Approach to Introducing Self-Adaptive Active Sites in Covalent Organic Frameworks for Zinc-Catalyzed Organophosphorus Degradation;Xianghui Ruan et al.;《ACS Cent. Sci.》;第7卷;1698-1706 *
锌卟啉共价有机框架和共轭微孔聚合物的光催化可逆加成-断裂链转移聚合;莫依天 等;《高分子学报》;第54卷(第10期);1521-1532 *

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