纳米孔洞金属有机骨架药物缓释材料的设计与性质研究.docx
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1、安徽大学本科毕业论文(设计)题目:纳米孔洞金属-有机骨架药物缓释材料的设计与性质 争辩学生姓名:邵 锋学号:C20514032院(系):化学化工学院专业:应用化学入学时间:2023年九月导师姓名:裘灵光职称/学位: 教授 / 博士导师所在单位:安徽大学化学化工学院纳米孔洞金属-有机骨架药物缓释材料的设计与性质争辩纳米孔洞金属-有机骨架药物缓释材料的设计与性质争辩摘要金属有机骨架(Metal-organic frameworks ,MOFs) 材料由于其特别的构造引起了科学家的广泛关注。它作为多孔材料与无机或有机的多孔材料相比具有特别的优势,是目前功 能材料争辩领域的一个热点,尤其在医学诊断、药
2、物贮存和把握释放具有迷人的应用前景,本论文用不同孔径的Cu (BTC) (MOF-199)对尼美舒利的装载和释放进展了争辩,并利用紫外32可见光谱和热重分析争辩尼美舒利在不同孔径骨架的装载量。关键词:金属有机骨架;药物把握释放;尼美舒利;IIIDesign and characterization research of nanoporous metal - organic framework materials with drug deliveryAbstractPorous metal-organic frameworks (MOFs) with regular-pore architec
3、tures have attracted considerable attention in recent years,due to their unique structures. It owns great advantages compared to inorganic or organic materials and becomes one of the most popular research topics in functional materials field,especially have great potential applications in medical di
4、agnosis,drug storage and drug controlled release. Herein, we describe the study of the adsorption and deliveryof nimesulide by different pore size of Cu(BTC)32(MOF-199). The adsorbed amount ofnimesulide into the porous solids was estimated by UV-Vis spectroscopy,thermogravimetric analysis (TGA).Key
5、words:metal-organic framework materialsMOFs;controlled drug release; nimesulide;目录摘要.IABSTRACT .II第一章 前言.11.1 引言.11.2 金属-有机骨架的构造.11.2.1 结点 .21.2.2 有机配体连接基团 .21.3 金属-有机骨架材料争辩现状 .31.4 纳米金属-有机骨架材料在医药方面的应用 .51.4.1 有序介孔材料作为药物载体的优点 .51.4.2 用作亲水性药物载体 .51.4.3 用作疏水性药物载体 .61.5 本课题的争辩目的及意义 .7其次章 不同孔径介孔金属有机骨架药物
6、装载及其释放.82.1 试剂与仪器 .82.1.1 试剂 .82.1.2 仪器 .82.2 试验方法 .92.3 试验步骤.92.3.1 检测波长确实定 .92.3.2 标准曲线的绘制 .92.3.3 不同孔径骨架药物的装载.92.3.4 不同孔径骨架药物的缓释.102.4 结果与争辩 .102.4.1 关于试验条件的争辩 .102.4.2 关于试验结果的争辩 .11第三章 小结与展望 .123.1 试验小结.123.2 展望.12主要参考文献: .13致谢.15纳米孔洞金属-有机骨架药物缓释材料的设计与性质争辩纳米孔洞金属-有机骨架药物缓释材料的设计与性质争辩第一章 前言1.1 引言材料科学
7、的进展推动人类物质文明和社会进步,在生物医用材料争辩领域中,药物把握释放载体材料的开发与争辩己成为该领域的争辩热点之一,同时它也是生物医学工程进展的一个领域。20 世纪末在无机化学、配位化学、超分子化学、晶体工程学和拓扑学的穿插领域消灭了一类材料,金属-有机骨架Metal-Organic Frameworks,MOFs,它是通过有机配体与金属离子簇相互作用构筑的类似于沸石的型多孔材料,具有较大的比外表积和孔隙率、热稳定性好、密度小等特点1。这类材料可以通过定向的选择金属中心和对有机配体的剪裁修饰,获得微孔小于 2nm、介孔2-50nm甚至大孔大于 50nm尺寸的孔道和孔穴,在医学诊断、药物贮存
8、和把握释放有着广泛的应用。纳米金属-有机骨架材料具有很大的比外表积和比孔容,可调整的均一孔道, 可修饰性和生物相容性而被科学家们尝试应用于该领域。这种材料的孔道里被载上或者固定包埋生物药物,通过对孔口修饰官能团,然后在不同的外界条件下翻开或关闭孔口,来到达控释药物,提高药效长久性的目的。药物控释的特点是通过对药物医疗剂量的有效把握,降低其毒副作用,削减人体抗药性,提高药物的稳定性和有效利用率。药物把握释放载体可对型药物剂型包括靶向给药剂型的研制,特别是在毒性大、对人体副作用强的抗癌药物剂型的开发与研制中发挥着重要的作用2。因此对药物把握释放材料的争辩,无论从药物学理论或实际医疗中都具有格外重要
9、的意义。本论文选用不同孔径的介孔金属-有机骨架,对药物尼美舒利进展装载,争辩了药物固载率与孔径之间的关系,并利用紫外-可见光谱对其释放速率进展了争辩。1.2 金属-有机骨架的构造从构成上看,具有纳米孔洞的金属-有机骨架由两个根本构件组成,即结点(node)和连接基团(connector),其中结点一般是指金属离子或者由金属离子和某些小分子有机配体组成的协作物,金属离子在骨架中起到了两个作用:一个是作为结点供给骨架的中枢;另一个是在中枢中形成分支,从而增加了MOFs的物理性质(如多孔性和手性)。连接基团为多官能团的有机和无机配体,但多数状况下有机配体是较抱负的选择。101.2.1 结点具有纳米孔
10、洞的金属-有机骨架一般选择过渡金属离子作为结点,虽然周期表中占大多数的金属元素为结点的选择供给了很大的余地,但是要获得构造稳定的具有独特性能的晶体构造材料,对金属元素有肯定的要求,通常过渡金属离子是一个很好的选择,这是由于过渡离子在与有机配体形成协作物时具有多种配位数通常2-6,镧系元素离子最高可以到达10,同时具有多种几何构型,因而 可以便利的用来设计和合成各种各样的具有颖构造的金属-有机骨架构造。1.2.2 有机配体连接基团连接基团多为多官能团的有机配体,某些无机离子如 Cl-、Br-、I-、SCN-、CN-等也可以用作连接基团,但是由于有机配体的构造和功能可以很便利地进展设计和合成,因而
11、有机配体在具有纳米孔洞的金属-有机骨架的设计和合成领域占据了重要地位并得到了广泛应用。对于有机配体来说,最经常使用的配体有中性有机配体和阴离子型有机配体,吡啶类有机配体是较常用的中性有机配体,而含多个羧基的有机配体是阴离子型有机配体中最经常使用的主要配体之一。NNNNNNNNNHNNNNNNNNNNNNCNCN NNNNCCNNNNCCNNNCCNCNNCCN图 1 常用的中性有机配体Fig 1 Frequently used neutral organic ligand-OO-OO-OOOO-OOO-OOO-OO-OO-O-OO-OO-O-O-OOOO-O-O-OONNOO-OO-OO-NO
12、-O-OOO-图2 常用的阴离子有机基配体Fig 2 Frequently used anion of organic ligand1.3 金属-有机骨架材料争辩现状由于金属有机架具有格外迷人的应用潜力,近几十年进展快速,据统计自1978年报道的MOFs以来,MOFs材料每5.7年就增长一倍,仅在2023年,在剑桥数据库CSD就报道了超过1200个晶体构造,MOFs材料超乎想象的增长说明白它在科学争辩和技术中的重要性。与传统的沸石等无机多孔材料相比,MOFs材料具有合成条件相对温存,可以通过转变刚性桥连有机配体和绝大多数过渡金属离子,便利地对材料的构造进展设计与剪裁,合成了具有大孔径大的微孔或
13、介孔、高孔隙率的MOFs材料 3-5。易功能化是MOFs材料的另一重要特点,由于孔内存在金属活性中心以及通过对配体官能团的修饰,使其应用领域得到不断的拓展,迄今为止,科研工作者们已经合成了大量构造颖性能优异的MOFs材料,取得了一些令人瞩目的争辩成果。1999年,I.D.Williams争辩小组在Science杂志上报道了由铜II和1, 3,5-苯甲酸构筑的三维MOFs材料(Cu (BTC) (H O) HKUST-1,该化合物构造3223 n包含轮浆式Paddle-wheel次级构造单元Cu (O CR) ,这些次级构造单元224相互穿插连接形成三维网络构造的MOFs材料,它具有99的正方形
14、孔道(图1.1),孔道内的分子可以移除并且孔道不会坍塌。氮气吸附试验结果显示,比外表积BET为692.2m2/g,材料在240仍旧稳定6。图3 (a) 沿100方向,Cu (BTC) (H O) , (b) 2个Cu2+与BTC构建的四周体构造单元3223 nFig 3 (a) viewed down the 100 direction, b dicopper(II) tetracarboxylate building block for HKUST-1目前金属-有机骨架MOFs的争辩主要集中在如何通过有机官能团的设计和拓展实现孔道尺寸的突破,尤其是具有大孔径大的微孔或介孔、高孔隙率和孔内存在
15、金属活性中心的金属-有机骨架材料的设计与合成。这是由于其应用领域不断拓展和对其性能要求不断提高,科学家们已经不满足于进展孔洞尺寸小于2 nm的微孔MOFs材料,开头尝试开发具有介孔构造的MOFs。最近,我们试验室在对 MOFs 的合成策略上,提出了“模块化设计”方法, 在合成具有纳米孔洞 MOFs 时,以外表活性剂等为物理模板,这样在适合的反响条件下就会在形成以 MOFs 为孔壁微孔或介孔和利用模板形成的介孔或大孔, 构筑两级或多级孔道体系。如用外表活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB为软模板,在不同的条件下,系列合成了孔径尺寸从 3.8nm 到 31nm 的(Cu (BTC) (H O) HK
16、UST-1骨架材料,在设计和拓展孔道尺寸上实现了很大3223 n的突破,为MOFs 的设计合成开拓了一个的方向图 4。该材料在移除模板试剂时,骨架构造仍是完整的,而且没有或仅有格外少量的骨架网络相互贯穿现象,尤其是该骨架材料在气体储存、催化剂载体、光电性质、纳米反响器等方面有着宽阔的应用前景7,本论文主要探讨其在药物缓释方面的应用。图 4 a示意图表示介孔构造MOFs,bN 吸附-脱附等温线,c样品介2孔直径分布Fig 4 (a) A schematic representation of mesostructured MOFs, (b) N2 adsorption-desorption is
17、otherms,c) Diameters distribution analysis of mesopore created in the samples synthesized.1.4 纳米金属-有机骨架材料在医药方面的应用作为药物载体的主要有:高分子化合物、脂质体、有机酸、多糖、纤维素、微粉硅胶等,其载药过程一般是加压将药物沉积于载体基质上,这种方法一般难于将药物分子均匀的分布于载体上。自1992 年介孔材料问世以来,由于其独特的构造特性和在诸多领域中呈现出的宽阔应用前景,2023 年,Vallet2Regi 等将介孔材料的应用争辩拓展到药物载体,人们开头尝试以有序介孔分子筛作为药物载体;
18、有序介孔材料具有比外表积高及孔径构造均一、可调等特点,作为药物载体, 既有较高的载药量,又能获得抱负的药物缓释效果,因而作为药物载体具有独特的优势。1.4.1 有序介孔材料作为药物载体的优点有序介孔材料作为药物载体具有以下优点:1) . 本身具有无毒、无生理活性和生物相容性;2) . 具有均匀可调的孔道,丰富的基团可作为和有机客体分子反响的的活性位点,有利于结合在活性位点上的药物均匀地分散在孔道内8-9 ,使有序介孔材料吸附药物并具有缓释作用;3) .通过改性(离子交换转变吸附力量、外表改性增加外表与药物间的相互作用) 对缓释进展调整,到达更好的控释效果;4) . 能够保持药物构造的完整性。1
19、.4.2 用作亲水性药物载体由于亲水性药物可溶于水,因此,介孔材料可不经过任何的官能团化修饰,通过直接吸附或浸润的方法装载药物,获得缓控释效果。Zhu 等10 以庆大霉素为模型药,争辩了一种型p H 敏感型介孔材料缓释系统。在介孔材料的外表包裹多层高分子电解质,用p H 把握庆大霉素的储存和释放。试验结果说明:该高分子电解质在介孔材料的外表平均厚度为12 nm ,通过p H 在28 之间的调整将庆大霉素分子很好的包裹在介孔材料中, 包封率可达34111 %(61418 mg/ g) ,简洁调整p H 值又可将模型药庆大霉素控释到介质中。这种药物传递系统的优点在于既有较高的药物包封率,又能通过p
20、 H 把握药物的释放。Sousa 等11 用外表活性剂胶束成型的方法制备了纯MCM-41 及磷灰石与介孔复合材料MCM-41-HA 两种有序介孔材料;以阿替洛尔作为模型药,制备了两种载药纳米粒,比较两种释药系统的体外释放行为,试验结果说明:MCM-41-HA 复合介孔材料中药物释放较慢,这种缓释是由于复合材料MCM-41-HA 中的HA 显著转变了MCM-41 的孔道构造,说明有序介孔材料与其他一些材料简洁复合可获得更为抱负的缓释效果。Liu 等12 用氰化钠除去硅核心的金,制备了空心介孔纳米粒;以异硫氰酸荧光素( FTIC) 为模型药物,空心介孔纳米粒为载体,制备了FTIC 纳米粒,体外释放
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