本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，涉及一種鋅金屬有機(jī)骨架材料，特別是涉及一種對(duì)5-氟尿嘧啶藥物分子有負(fù)載-緩釋功能且低毒抗水穩(wěn)定的鋅金屬有機(jī)骨架材料，它是金屬有機(jī)骨架類藥物負(fù)載-緩釋體。

背景技術(shù)：

金屬有機(jī)骨架材料(mofs)是一種利用有機(jī)配體與金屬離子的金屬-配體絡(luò)合作用自組裝形成的具有超分子微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的類沸石(有機(jī)沸石類似物)材料，因其具有高比表面積和孔容、合成方便、骨架大小可變以及可根據(jù)目標(biāo)要求進(jìn)行化學(xué)修飾、結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在氣體吸附、催化、探測(cè)、光電材料、藥物負(fù)載等領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。mofs材料的結(jié)構(gòu)可調(diào)控、孔隙率高且孔道內(nèi)存在的活性位點(diǎn)等特性為其廣泛應(yīng)用提供基礎(chǔ)，近幾年，該類材料對(duì)藥物分子的高負(fù)載率和長(zhǎng)緩釋效應(yīng)吸引了廣大科學(xué)工作者研究?；诮饘儆袡C(jī)多孔材料的藥物緩釋系統(tǒng)中，控制藥物釋放的相互作用力主要來自范德華力、氫鍵、配位鍵，π-π堆積作用以及藥物與材料孔道內(nèi)陰陽(yáng)離子之間的相互靜電作用。在當(dāng)今抗癌情形下，威脅人類生命健康最嚴(yán)重的惡性腫瘤90％以上至今仍缺乏高效、特異性強(qiáng)的藥物。臨床化學(xué)療法(化療)是治療癌癥的主要手段，5-氟尿嘧啶(5-fu)是臨床常用的廣譜抗癌藥物，經(jīng)常以靜脈注射或靜脈滴注給藥，在體內(nèi)停留時(shí)間僅5min，所以需要頻繁給藥。同時(shí)，由于該藥選擇性差，毒副作用大，血漿半衰期極其短暫。但是通過化學(xué)修飾或通過將5-fu包裹在不同的載體材料中來制備顆粒，形成一種新的藥物緩釋體系以減少其毒副作用已成為研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供涉一種鋅金屬有機(jī)骨架材料，該骨架材料基于呋喃-2,5二羧酸對(duì)5-氟尿嘧啶藥物分子有負(fù)載-緩釋功能，對(duì)于5-氟尿嘧啶具有良好的負(fù)載率與緩釋作用，且低毒、抗水穩(wěn)定，可應(yīng)用于藥物載體。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種鋅金屬有機(jī)骨架材料，其特征至于：所述材料具有以下化學(xué)式：[(me2nh2)2zn3(fdc)4]n·dma，其中，fdc為呋喃-2,5二羧酸配體，dma為n,n-二甲基乙酰胺，(me2nh2)⁺為二甲胺陽(yáng)離子；所述鋅金屬有機(jī)骨架的不對(duì)稱重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中含有3個(gè)zn²⁺陽(yáng)離子，4個(gè)fdc陰離子和1個(gè)dma配體；zn²⁺為四、五、六配位結(jié)構(gòu)，zn1和zn3都是六配構(gòu)型，與來自六個(gè)不同呋喃-2,5二羧酸配體上的羧基氧配位，形成一個(gè)八面體的幾何構(gòu)型；zn2是五配位構(gòu)型，由來自五個(gè)不同的呋喃-2,5二羧酸配體上的羧基氧原子配位而成，采取扭曲的三角雙錐球構(gòu)型；zn4是四配位構(gòu)型，由來自四個(gè)不同的呋喃-2,5二羧酸配體上的四個(gè)羧基氧原子配位而成，為四面體構(gòu)型；所述fdc配體的連接方式是選自：μ4橋連，μ3橋連和μ3橋連-螯合；所述材料被連接成三維的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中包含一個(gè)大小沿b軸方向的微孔空洞。

根據(jù)本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的進(jìn)一步特征，所述材料的晶體屬于三斜晶系，空間群為p-1，晶胞參數(shù)為：α＝113.869(2)°，β＝95.216(2)°，γ＝90.096(2)°；紅外光譜數(shù)據(jù)(kbr)為：3416cm^-1，2982cm^-1，1612cm^-1，1565cm^-1，1520cm^-1，1358cm^-1，1218cm^-1，1154cm^-1，1047cm^-1，1025cm^-1，982cm^-1，879cm^-1，792cm^-1，722cm^-1，684cm^-1，638cm^-1，462cm^-1。

本發(fā)明的第二個(gè)方面還提供了所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的制備方法。

本發(fā)明所述的制備方法包括以下步驟：

(1)將等摩爾量的六水硝酸鋅與呋喃-2,5二羧酸加入到n,n-二甲基乙酰胺和水混合溶液；

(2)將步驟1中物質(zhì)加入到23ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在自生壓力下保持100℃恒溫反應(yīng)72小時(shí)，然后按照一定的速率降至室溫；

(3)將步驟2得到的產(chǎn)物過濾，收集晶體，并用dma溶劑洗滌后干燥，得到所述的一種基于呋喃-2,5二羧酸對(duì)5-氟尿嘧啶藥物分子有負(fù)載-緩釋功能且低毒抗水穩(wěn)定的鋅金屬有機(jī)骨架材料。

本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明產(chǎn)物原料來源廣泛，容易獲得；

(2)本發(fā)明產(chǎn)物合成方法的反應(yīng)條件溫和，純度高，低毒，做到了綠色化學(xué)，無需惰性氣體保護(hù)；

(3)本發(fā)明制備的鋅金屬有機(jī)骨架水中穩(wěn)定性好，mtt毒性實(shí)驗(yàn)和斑馬魚毒性實(shí)驗(yàn)均顯示低毒性；

(4)該zn(ii)金屬有機(jī)骨架基于呋喃-2,5二羧酸對(duì)5-氟尿嘧啶藥物分子有負(fù)載-緩釋功能，表現(xiàn)出良好的藥物負(fù)載和緩釋作用，可應(yīng)用于藥物載體。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料的不對(duì)稱單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為h2fdc羧酸配體的配位方式圖；

圖3為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料的三維網(wǎng)絡(luò)視圖；

圖4為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料熱重曲線圖；

圖5為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料在不同ph濃度下的x-射線粉末衍射圖；

圖6為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料在298k時(shí)水蒸氣吸附-脫吸等溫線

圖7為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料在77k下的n2吸-脫附等溫線；

圖8為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料負(fù)載藥物后緩釋-時(shí)間圖；

圖9為本發(fā)明的鋅金屬有機(jī)骨架材料的n2吸附微孔尺寸圖；

圖10為24hmtt毒性檢測(cè)材料對(duì)nih-3t3和hek-293細(xì)胞影響圖；

圖11為48hmtt毒性檢測(cè)材料對(duì)nih-3t3和hek-293細(xì)胞影響圖；

圖12為不同濃度的材料對(duì)斑馬魚的毒性影響圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的制備

1、鋅金屬有機(jī)骨架材料的制備方法

制備方法包括以下步驟：

(1)將等摩爾量的六水硝酸鋅(0.089g,0.3mmol)和呋喃-2,5二羧酸(0.047g,0.3mmol)加入到6mlh2o和6mldma溶劑中；

(2)將步驟1中物質(zhì)加入到容積為23ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在自生壓力下保持100℃恒溫反應(yīng)72小時(shí)，然后以5℃/h的速率降至室溫；

(3)將步驟2中的混合物過濾，收集晶體，并用dma溶劑洗滌后干燥，獲得無色晶體。

根據(jù)h2fdc計(jì)算其產(chǎn)率為55％。

2、鋅金屬有機(jī)骨架材料的表征

通過下述元素分析、ir光譜和x-射線單晶衍射分析鑒定，上述制備方法所得到的無色晶體的化學(xué)式為[(me2nh2)2zn3(fdc)4]n·dma。

(1)元素分析zn3c32h33n3o21：理論值：c,38.7；h,3.3；n,4.2.實(shí)驗(yàn)值:c,38.5；h,3.9；n,3.8.

(2)紅外光譜(kbrpellet，cm^-1)：3416(s),2982(w),1612(vs),1565(s),1520(s),1358(vs),1218(m),1154(m),1047(m),1025(w),982(w),879(w),792(s),722(w),684(w),638(m),462(m)。

(3)x-射線單晶衍射：晶體學(xué)參數(shù)和部分鍵長(zhǎng)如表1和表2所示。x-射線單晶衍射結(jié)果表明，上述zn(ii)金屬有機(jī)骨架中的不對(duì)稱重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中含有3個(gè)zn²⁺陽(yáng)離子，4個(gè)fdc陰離子和1個(gè)dma配體。zn²⁺為四、五、六配位結(jié)構(gòu)，zn1和zn3都是六配構(gòu)型，與來自六個(gè)不同呋喃-2,5二羧酸配體上的羧基氧配位，形成一個(gè)八面體的幾何構(gòu)型；zn2是五配位構(gòu)型，由來自五個(gè)不同的呋喃-2,5二羧酸配體上的羧基氧原子配位而成，采取扭曲的三角雙錐球構(gòu)型；zn4是四配位構(gòu)型，由來自四個(gè)不同的呋喃-2,5二羧酸配體上的四個(gè)羧基氧原子配位而成，為四面體構(gòu)型。fdc配體有三種連接方式，分別為μ4橋連，μ3橋連和μ3橋連-螯合?；隰人崤潴w的連接方式，材料被連接成三維的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)約為大小沿b軸方向的微孔空洞。

表1.[(me2nh2)2zn3(fdc)4]n·dma的晶體學(xué)參數(shù)

r＝∑(‖fo︱－︱fc‖)/∑︱fo︱.wr＝[∑w(fo²–fc²)²/∑w(fo)²]^1/2.

表2.[(me2nh2)2zn3(fdc)4]n·dma的部分鍵長(zhǎng)鍵角

對(duì)稱規(guī)則:i＝-x,-y,-z；iix,-1+y,z；iiix,1+y,1+z；iv1-x,-y,-z；v1-x,1-y,1-z；vi1+x,1+y,z.

實(shí)施例2：本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性研究

采用實(shí)施例1得到的鋅金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的研究，具體研究方法如下所述：

1、鋅金屬有機(jī)骨架材料的熱穩(wěn)定研究

分別稱取3mg所制備的鋅金屬有機(jī)骨架材料以及活化后(將樣品置于150℃的真空干燥器中烘12小時(shí)即得活化產(chǎn)物)的鋅金屬有機(jī)骨架材料，以10℃/min的升溫速率，測(cè)量其在25-800℃范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性。(圖4)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示：鋅金屬有機(jī)骨架材料在250℃左右時(shí)，失去兩電荷平衡[me2nh2]⁺陽(yáng)離子的損失和一個(gè)dma分子，質(zhì)量損失15.1％左右；在200-250℃內(nèi)，失去一個(gè)配位水分子，質(zhì)量損失27.28％；約360℃后，鋅金屬有機(jī)骨架材料的框架結(jié)構(gòu)開始分解，最終變?yōu)榻饘傺趸飠no。活化后的鋅金屬有機(jī)骨架材料在360℃內(nèi)可穩(wěn)定存在。

2、鋅金屬有機(jī)骨架材料的基于ph值的化學(xué)穩(wěn)定性

將50mg合成的鋅金屬有機(jī)骨架材料浸在不同ph值的水溶液中，并在室溫下攪拌3天。然后利用x-射線粉末衍射研究其穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：zn-mof的主要峰與模擬結(jié)果非常匹配，說明鋅金屬有機(jī)骨架材料在ph值為5-9范圍內(nèi)可穩(wěn)定存在；在強(qiáng)酸(ph＝2-3)和強(qiáng)堿(ph＝13-14)條件下不能穩(wěn)定存在。

3、鋅金屬有機(jī)骨架材料的水中穩(wěn)定性。

結(jié)合分子模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究了鋅金屬有機(jī)骨架材料在298k下對(duì)h2o的吸附性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示：鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)水分子具有很低的吸附率(18.5wt％)，并且孔隙的填充要在相對(duì)較高的壓力下(大約p/p0＝1)進(jìn)行。因此，鋅金屬有機(jī)骨架材料中的孔為疏水孔隙，具有很好的水中穩(wěn)定性。

實(shí)施例3：本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的5-氟尿嘧啶的封裝與緩釋實(shí)驗(yàn)

采用實(shí)施例1得到的鋅金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行5-氟尿嘧啶的封裝與緩釋的研究。具體研究方法如下所述：

1、鋅金屬有機(jī)骨架材料的n2-物理吸-脫附實(shí)驗(yàn)。

在77k下，分別測(cè)定鋅金屬有機(jī)骨架材料活化后、在水中浸泡3天后以及負(fù)載了5-氟尿嘧啶藥物分子后的n2物理吸-脫附等溫線。

n2吸附等溫線顯示出多微孔材料的i型特征(圖7)，通過理論計(jì)算得到活化后的鋅金屬有機(jī)骨架材料的孔的比表面積為850m²g^-1。同時(shí)，鋅金屬有機(jī)骨架材料浸泡水中3天后其比表面積基本不變(820m²g^-1)，因此鋅金屬有機(jī)骨架材料的多孔結(jié)構(gòu)在水中是穩(wěn)定存在的，說明鋅金屬有機(jī)骨架材料框架中的疏水基團(tuán)甲基距離鎘金屬中心很近，并且能夠阻礙水分子對(duì)于zn-o和zn-n鍵的攻擊，從而提高材料的抗水性。

n2吸附測(cè)量值顯示，鋅金屬有機(jī)骨架材料的孔徑大小為(圖9)，其孔道尺寸(和)適合負(fù)載5-氟尿嘧啶(分子大小)。

2、鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)5-氟尿嘧啶的負(fù)載與緩釋實(shí)驗(yàn)。

(1)將25mg活化后(將樣品置于150℃的真空干燥器中烘12小時(shí)即得活化產(chǎn)物)的5-氟尿嘧啶分散在25ml含有5-氟尿嘧啶的稀鹽酸溶液中(ph＝5-6)，然后在室溫下攪拌72h。

(2)離心分離(5600g/10min)5min，用稀鹽酸溶液清洗，然后在25℃下真空干燥1天，獲得最大封裝5-氟尿嘧啶量的鋅金屬有機(jī)骨架材料。

(3)將實(shí)驗(yàn)重復(fù)4次。吸附到活化后的鋅金屬有機(jī)骨架材料孔洞中的5-氟尿嘧啶的量通過265nm下的紫外-可見吸收光譜測(cè)得。

5-氟尿嘧啶的封裝效率通過以下等式計(jì)算獲得：

(4)將25mg負(fù)載5-氟尿嘧啶的鋅金屬有機(jī)骨架材料放入小瓶中，加入2ml溶解介質(zhì)(磷酸鹽緩沖溶液(pbs)，ph＝7.4)。在37℃下不停攪拌該懸浮液。在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)通過離心分離(5600g/10min)取1ml上清液，同時(shí)用等體積新鮮的pbs(37℃)替換。5-氟尿嘧啶的釋放量通過265nm激發(fā)波長(zhǎng)下的紫外-可見吸收光譜進(jìn)行量化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：負(fù)載了5-氟尿嘧啶后的鋅金屬有機(jī)骨架材料中的比表面積是55m²g^-1，鋅金屬有機(jī)骨架材料的比表面積降低93.5％，說明5-氟尿嘧啶幾乎完全占滿鋅金屬有機(jī)骨架材料的孔隙及孔道。當(dāng)5-氟尿嘧啶與活化后的鋅金屬有機(jī)骨架材料的質(zhì)量比為1:3，在25ml稀鹽酸溶液中接觸3天時(shí)，可達(dá)到對(duì)5-氟尿嘧啶的最佳封裝效果，最大封裝效率為32.9wt％，高于其他具有相似孔徑的封裝5-氟尿嘧啶的載體。

負(fù)載到鋅金屬有機(jī)骨架材料中的5-氟尿嘧啶的緩釋過程如圖8所示：在30h內(nèi)5-fu的緩釋過程沒有發(fā)生“突釋現(xiàn)象”，180h后藥物釋放率達(dá)到93％，釋放率高于其他具有相似結(jié)果的金屬有機(jī)骨架材料。這種緩慢釋放的結(jié)果可能是由于5-氟尿嘧啶分子與孔隙的化學(xué)環(huán)境間的氫鍵相互作用的疊加導(dǎo)致的，這與分子模擬結(jié)果十分相似。表明鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)5-氟尿嘧啶有很強(qiáng)的吸附作用。(圖8)

表3.5-氟尿嘧啶有效包裹率受5-氟尿嘧啶與材料質(zhì)量比的影響關(guān)系表

實(shí)施例4：本發(fā)明所述的鋅金屬有機(jī)骨架材料的毒性實(shí)驗(yàn)

采用實(shí)施例1得到的對(duì)5-氟尿嘧啶藥物分子有負(fù)載-緩釋功能且低毒抗水穩(wěn)定的鋅金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行毒性實(shí)驗(yàn)研究。具體研究方法如下所述：

1、采用實(shí)施例1得到鋅金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行體外毒性實(shí)驗(yàn)。

使用96孔平底微量滴定板，采用mtt法，選取7種不同濃度(0，0.005，0.05，0.5，5，50和500μg/ml)，測(cè)定zn-mof對(duì)nih-3t3(小鼠骨髓成纖維細(xì)胞)，hek-293(研究外源基因的細(xì)胞株)的毒性影響。在溫育24和48小時(shí)后，其敏感性確定為5mg/ml。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活化后的鋅金屬有機(jī)骨架材料的濃度達(dá)到500μg/ml時(shí)，鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)所選取的兩種細(xì)胞沒有毒性(細(xì)胞活性>80％)。

2、采用實(shí)施例1得到鋅金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行斑馬魚活體毒性實(shí)驗(yàn)的研究。

(1)斑馬魚的培養(yǎng)與胚胎的選擇

實(shí)驗(yàn)所用的熒光標(biāo)記的成年斑馬魚由南方醫(yī)科大學(xué)提供，用商業(yè)魚食每天喂食兩次，保持光照周期為日(14h)/夜(10h)。每晚產(chǎn)卵前，在5個(gè)孵化箱中分別放置2條雄性和一條雌性成年斑馬魚，并且在第二天早上打開燈促進(jìn)產(chǎn)卵。受精卵用魚培養(yǎng)基清洗兩次，并在立體顯微鏡下檢測(cè)。將正常生長(zhǎng)并且達(dá)到囊胚階段的胚胎進(jìn)行分類和匯總，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

(2)制備2mg/ml的鋅金屬有機(jī)骨架材料懸浮液

將鋅金屬有機(jī)骨架材料放入養(yǎng)魚的水(包含64.75mg/l,nahco3；5.75mg/l,kcl；123.25mg/l,mgso4·7h2o和294mg/l,cacl2·2h2o)中，并用超聲波降解處理30min。在斑馬魚培養(yǎng)基中采用逐級(jí)稀釋法制備一系列曝光懸浮液(10，20，40，80和160μg/ml等)，在最終工作溶液中的鋅金屬有機(jī)骨架材料聚集態(tài)的形態(tài)學(xué)異常行為通過透射式電子顯微鏡檢測(cè)，并且使用imagej軟件測(cè)量。

(3)檢測(cè)不同濃度的鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)斑馬魚的毒性

該實(shí)驗(yàn)對(duì)照組為培養(yǎng)液，實(shí)驗(yàn)組為不同濃度的zn-mof懸浮液(31.25,62.5,125,和250μg/ml)。將胚胎放入24孔培養(yǎng)板上，每孔一個(gè)胚胎，每個(gè)板上20個(gè)胚胎用于暴露實(shí)驗(yàn)，4個(gè)胚胎作為內(nèi)部的魚水控制。然后將培養(yǎng)板放入光照培養(yǎng)箱中，在28±1℃下按照14/10h(日/夜)的光照周期進(jìn)行光照。鋅金屬有機(jī)骨架材料懸浮液在實(shí)驗(yàn)期間每個(gè)24h更新一次。在指定時(shí)間點(diǎn)，使用配有數(shù)碼相機(jī)的立體顯微鏡進(jìn)行觀察(t＝24,48hpf)。終點(diǎn)用于評(píng)估鋅金屬有機(jī)骨架材料在斑馬魚發(fā)育過程中的毒性影響，包括胚胎或幼蟲是否畸形。(圖10，11)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在24h和48h時(shí)，對(duì)照組中的斑馬魚形態(tài)正常，如具有明顯的熒光標(biāo)記的血管、脊柱，沒有心包水腫等現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)組結(jié)果(如圖12)，與對(duì)照組相比，沒有引起明顯的形態(tài)學(xué)變異，說明鋅金屬有機(jī)骨架材料對(duì)斑馬魚沒有毒性。