一种光活化纤维素纳米载药材料及其制备方法

技术领域

本发明属于医药领域，具体涉及一种光活化纤维素纳米载药材料及其制备方法。

背景技术

由于抗生素的滥用，越来越多的耐药菌对人类健康造成了极大威胁，为解决上述问题，人们努力开发抗生素替代物。天然产物中含有大量活性成分，对细菌具有抑制作用，而且细菌对它们不易产生耐受性，因此天然产物是抗生素替代物的重要来源。

多酚类化合物存在于许多植物中，具有显著的抗菌活性，但是多酚化合物极不稳定，容易氧化降解。采用微囊包被虽然可提高其稳定性，但释放变慢，又影响到多酚类化合物的抗菌活性。纤维素是自然界广泛存在的天然化合物，由于纤维素表面具有大量羟基，具亲水性、可修饰性和生物相容性，更适合作为多酚类化合物的载体。

过渡金属钌吡啶配合物结构稳定、自带荧光、毒性低、易吸收和代谢，可在光激发下，通过单线态氧诱发DNA的链断开，具有光活化抗菌作用(刘汉杰，多吡啶钌配合物的制备、表征以及抗菌机理研究，西南大学硕士学位论文,2016)。

将纤维素与钌吡啶配合物连接，构建新化合物，可以形成一种稳定的光活化纤维素纳米载药抗菌材料，负载多酚化合物，在光作用下加速释药有效抗菌，此方面的研究未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种光活化纤维素纳米载药材料。

本发明的另一目的在于提供所述光活化纤维素纳米载药材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述光活化纤维素纳米载药材料的应用。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种光活化纤维素纳米载药材料，具有如下的分子结构：

本发明提供的光活化纤维素纳米载药材料，在蓝光的照射下具有抗耐药菌活性。

本发明提供的一种制备上述的光活化纤维素纳米载药材料的方法，包括如下步骤：

(1)将邻菲咯啉和溴化钾混合，得到混合物，加入浓硫酸和浓硝酸的混合液，升温进行回流反应，冷却至室温，得到反应产物，将所述反应产物加入水中，混合均匀，得到混合液，调节所述混合液的pH值为中性，过滤取滤液，用三氯甲烷对滤液进行萃取，蒸去溶剂，得到产物1；

(2)将步骤(1)所述产物1、对硝基苯甲醛及醋酸铵混合，得到混合物，将所述混合物加入冰醋酸中，混合均匀，升温进行回流反应，过滤取沉淀，得到产物2；

(3)将产物2溶解于1,4-二恶烷中，得到产物2的溶液，加入硫化钠水溶液，升温进行回流反应，蒸去1,4-二恶烷，将残液过滤，取沉淀，得到产物3；

(4)将邻菲咯啉、氯化锂及三氯化钌混合，得到混合物，加入二甲基酰胺，升温进行回流反应，加入丙酮至沉淀析出，静置，过滤取沉淀，得到产物4；

(5)将产物3和产物4混合，得到混合物，将所述混合物溶解于乙醇的水溶液中，升温进行回流反应，加入饱和高氯酸钠溶液至析出沉淀，过滤取沉淀，得到产物5；

(6)将纤维素、2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和溴化钠混合，得到混合物，将所述混合物分散在水中，加入次氯酸钠，得到混合液，调节所述混合液的pH值为9.0-11.0，升温进行加热反应，过滤取沉淀，得到产物6；

(7)将产物6分散于二甲基酰胺中，加入产物5、N,N'-二异丙基碳二亚胺和1-羟基苯并三唑，室温下进行反应，得到反应产物，将所述反应产物加入水中，过滤取滤液，将所述滤液置于透析袋中进行透析，取保留液，冷冻干燥，得到所述光活化纤维素纳米载药材料。

进一步地，步骤(1)所述邻菲咯啉和溴化钾的质量比为1：1-1：5；所述浓硫酸和浓硝酸的混合液的质量为混合物质量的6-10倍；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为(1-3):1；所述回流反应的温度为80-110℃，回流反应的时间为2-4h；所述水的体积为混合液体积的2-5倍；所述三氯甲烷的体积为滤液体积的1-5倍。

优选地，步骤(1)中，可以采用饱和氢氧化钠溶液调节混合液的pH值为中性。

优选地，步骤(1)所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为2:1。

进一步地，步骤(2)所述产物1与对硝基苯甲醛的质量比为(1-3):1；所述醋酸铵的质量为产物1质量的5-10倍；所述冰醋酸的质量为混合物质量的5-10倍；所述回流反应的温度为80-120℃，回流反应的时间为2-4h。

优选地，步骤(2)所述产物1与对硝基苯甲醛的质量比为1:1。

进一步地，步骤(3)所述1,4-二恶烷的质量为产物2的20-30倍；所述产物2的溶液与硫化钠水溶液的体积比为(1-3):1；所述硫化钠水溶液的质量分数为5-10％；所述回流反应的温度为60-90℃，回流反应的时间为2-6h。

优选地，步骤(3)所述产物2的溶液与硫化钠水溶液的体积比为1:1。

进一步地，步骤(4)所述邻菲咯啉、氯化锂及三氯化钌的质量比为(1-3)：1：1；所述二甲基酰胺的质量为混合物质量的3-6倍；所述回流反应的温度为120-150℃，回流反应的时间为3-6h；所述静置的温度为0-10℃，静置的时间为8-24h。

优选地，步骤(4)所述邻菲咯啉与氯化锂的质量比为1：1。

优选地，步骤(4)所述所述邻菲咯啉与三氯化钌的质量比为1：1。

进一步地，步骤(5)所述产物3与产物4的摩尔比为(1-3):1；所述乙醇的水溶液的体积百分比浓度为30％-50％，所述乙醇的水溶液的质量为混合物质量的6-12倍；所述回流反应的温度为80-120℃，回流反应的时间为4-6h。

优选地，步骤(5)所述产物3与产物4的摩尔比为1:1。

优选地，步骤(5)所述乙醇的水溶液的体积百分比浓度为30％。

进一步地，步骤(6)所述2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基的质量为纤维素质量的1/10～1/20；所述溴化钠的质量为纤维素质量的1/10～1/20；所述次氯酸钠的质量为纤维素质量的1/10～1/20；所述水的质量为纤维素质量的10-20倍；所述加热反应的温度为40-60℃，加热反应的时间为5-10h。

优选地，步骤(6)所述纤维素为植物纤维素、细菌纤维素、微晶纤维素中的一种以上，所述纤维素的分子量为30～200kDa。

优选地，步骤(6)中，可以采用0.1-0.5M盐酸调节所述混合液的pH值为9.0-11.0。

进一步地，步骤(7)所述二甲基酰胺的质量为产物6质量的10-20倍；所述产物5的质量为产物6质量的1/10-1/20；所述N,N'-二异丙基碳二亚胺的质量为产物6质量的1/10-1/20；所述1-羟基苯并三唑的质量为产物6质量的1/10-1/20；所述室温下进行反应的时间为24-72h；所述水的质量为混合物质量的1-3倍；所述透析采用的透析袋截留分子量为50-200kDa，所述透析采用的介质为水，所述透析的时间为24-72h。

本发明提供的光活化纤维素纳米载药材料在蓝光照射下具有抗耐药菌活性，可用于光控释药的多酚类化合物载体。

本发明提供的制备方法中，邻菲咯啉通过混酸氧化得到1,10-邻菲咯啉-5,6-二酮(产物1)，与对硝基苯甲醛和醋酸铵反应得到2-(4-硝基苯基)咪唑并[4,5-f]-1,10菲咯啉(产物2)，在硫化钠的作用为硝基还原成氨基得到2-(4-氨基苯基)咪唑并[4,5-f]-1,10菲咯啉(产物3)；邻菲咯啉与钌在氯化锂作用下可结合生成邻菲咯啉钌配合物(产物4)，再与产物3连接得到菲咯啉并氨基苯基咪唑钌配合物(产物5)；纤维素在次氯酸钠和催化剂作用下生成6-羧基纤维素(产物6)，再与产物5连接生成最终产物纤维素并菲咯啉钌配合物(产物7)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的光活化纤维素纳米载药材料的制备方法，通过将纤维素与菲咯啉钌配合物连接，形成新化合物，可与多酚类化合物络合，制备的光活化纤维素纳米载药材料能在蓝光作用下活化释放，从而实现光控释药抗菌作用。

(2)本发明提供的制备方法，反应条件温和，制备工艺简单，便于工业化生产。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。

实施例1

(1)邻菲咯啉5g和溴化钾5g混合，加入60g的浓硫酸和浓硝酸混合液(体积比2:1)，加热至80℃回流4h，冷却至室温，混合液倒入120mL水中，加饱和氢氧化钠溶液调溶液至中性，过滤，滤液用600mL三氯甲烷溶液萃取，萃取液蒸去溶剂得产物1(5.8g)。

(2)将5g产物1与5g对硝基苯甲醛、50g醋酸铵一起溶于600g冰醋酸中，加热至80℃回流4h，过滤，保留沉淀为产物2(8.5g)。

(3)将5g产物2溶于100g的1,4-二恶烷中，加入等体积的质量分数为5％硫化钠水溶液，60℃回流6h，蒸去1,4-二恶烷，残液过滤，保留沉淀为产物3(4.6g)。

(4)邻菲咯啉5g与5g氯化锂、5g三氯化钌混合，加入45g二甲基酰胺，加热至120℃回流反应6h，加入丙酮至有沉淀析出，10℃放置24h，过滤，保留沉淀为产物4(7.6g)。

(5)将3.1g产物3与5.3g产物4混合，溶于100g的30％体积分数乙醇水溶液，于120℃回流4h，加入饱和高氯酸钠溶液至析出沉淀，过滤，沉淀为产物5(7.9g)。

(6)5g纤维素(分子量为30kDa的微晶纤维素)与0.5g的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和0.5g溴化钠，分散于50mL的水中，加入0.5g的次氯酸钠，用0.1M的盐酸调pH9，40℃反应5h，过滤，沉淀为产物6(4.3g)。

(7)将3g产物6分散于60g的二甲基酰胺中，加入0.3g产物4、0.3g N,N'-二异丙基碳二亚胺和0.3g 1-羟基苯并三唑，室温反应24h，加入190mL水，过滤，滤液用水透析24h(截留分子量为50kDa)，冷冻干燥得终产物7(3.2g)，即所述光活化纤维素纳米载药材料。

实施例2

(1)邻菲咯啉5g和溴化钾7.5g混合，加入100g浓硫酸和浓硝酸混合液(体积比1:1)，加热至110℃回流2h，冷却至室温，混合液倒入500mL水中，加饱和氢氧化钠溶液调溶液至中性，过滤，滤液用500mL三氯甲烷溶液萃取，萃取液蒸去溶剂得产物1(5.6g)。

(2)将5g产物1与2g对硝基苯甲醛、100g醋酸铵一起溶于535g冰醋酸中，加热至120℃回流2h，过滤，保留沉淀为产物2(8.2g)。

(3)将5g产物2溶于150g的1,4-二恶烷中，加入1/2体积的质量分数为10％硫化钠水溶液，90℃回流2h，蒸去1,4-二恶烷，残液过滤，保留沉淀为产物3(4.9g)。

(4)邻菲咯啉5g与2.5g氯化锂、2.5g三氯化钌混合，加入60g二甲基酰胺，加热至150℃回流反应3h，加入丙酮至有沉淀析出，0℃放置8h，过滤，保留沉淀为产物4(7.8g)。

(5)将6.2g产物3与5.3g产物4混合，溶于69g的30％体积分数乙醇水溶液，于80℃回流6h，加入饱和高氯酸钠溶液至析出沉淀，过滤，沉淀为产物5(8.1g)。

(6)5g纤维素(分子量为100kDa的细菌纤维素)与0.25g的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和0.25g溴化钠，分散于100mL的水中，加入0.25g的次氯酸钠，用0.5M的盐酸调pH11，60℃反应5h，过滤，沉淀为产物6(4.0g)。

(7)将3g产物6分散于30g二甲基酰胺中，加入0.15g产物5、0.15g N,N'-二异丙基碳二亚胺和0.15g 1-羟基苯并三唑，室温反应72h，加入100mL水，过滤，滤液用水透析72h(截留分子量为100kDa)，冷冻干燥得最终产物7(3.3g)，即所述光活化纤维素纳米载药材料。

实施例3

(1)邻菲咯啉5g和溴化钾6g混合，加入80g浓硫酸和浓硝酸混合液(体积比3:1)，加热至100℃回流3h，冷却至室温，混合液倒入250mL水中，加饱和氢氧化钠溶液调溶液至中性，过滤，滤液用750mL三氯甲烷溶液萃取，萃取液蒸去溶剂得产物1(5.3g)。

(2)将5g产物1与1.7g对硝基苯甲醛、40g醋酸铵一起溶于300g冰醋酸中，加热至100℃回流3h，过滤，保留沉淀为产物2(7.8g)。

(3)将5g产物2溶于120g的1,4-二恶烷中，加入1/3体积的质量分数为6％硫化钠水溶液，80℃回流4h，蒸去1,4-二恶烷，残液过滤，保留沉淀为产物3(4.5g)。

(4)邻菲咯啉5g与1.7g氯化锂、1.7g三氯化钌混合，加入40g的二甲基酰胺，加热至140℃回流反应4h，加入丙酮至有沉淀析出，4℃放置16h，过滤，保留沉淀为产物4(7.2g)。

(5)将9.3g产物3与5.3g产物4混合，溶于146g的30％体积分数乙醇水溶液，于100℃回流5h，加入饱和高氯酸钠溶液至析出沉淀，过滤，沉淀为产物5(7.5g)。

(6)5g纤维素(分子量为200kDa的植物纤维素)与0.3g的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基和0.3g溴化钠，分散于70mL的水中，加入0.3g的次氯酸钠，用0.25M的盐酸调pH10，50℃反应6h，过滤，沉淀为产物6(4.5g)。

(7)将3g产物6分散于45g二甲基酰胺中，加入0.2g的产物5、0.2g N,N'-二异丙基碳二亚胺和0.2g 1-羟基苯并三唑，室温反应48h，加入100mL水，过滤，滤液用水透析48h(截留分子量为200kDa)，冷冻干燥得最终产物7(3.2g)，即所述光活化纤维素纳米载药材料。

实施例4

取实施例1制得的光活化纤维素纳米载药材料10g，加水500mL分散，加入茶多酚1g，3000转/分钟搅拌10min，用水透析(截留分子量50kDa，透析24h)除去未结合的茶多酚，冷冻干燥得光活化纤维素纳米载茶多酚颗粒。

实施例5

取实施例2制得的终产物10g，加水500mL分散，加入槲皮素1g，3000转/分钟搅拌10min，用水透析(截留分子量100kDa，透析36h)除去未结合的槲皮素，冷冻干燥得光活化纤维素纳米载槲皮素颗粒。

实施例6

取实施例3制得的终产物10g，加水500mL分散，加入花青素1g，3000转/分钟搅拌10min，用水透析(截留分子量200kDa，透析48h)除去未结合的槲皮素，冷冻干燥得光活化纤维素纳米载花青素颗粒。

测试1

实施例1-3制得的产物的结构表征

方法：采用红外和核磁对实施例1-3制得的产物1～产物7进行结构表征。

结果：产物1～产物7合成成功，得到了目标产物的分子结构。

产物1：IR(KBr)：3060，1683，1575，1560，1460，1413，1311，1290，1203，1115，1008，923，875，802，737cm

产物2：IR(KBr)：3440，3123，1604，1564，1517，1398，1346，1193，1140，858，806cm

产物3：IR(KBr)：3414，1611，1564，1483，1447，1344，1273，1180，1071，840，738cm

产物4：IR(KBr)：3409，2977，2396，2351，1423，1049cm

产物5：

产物6：3418，2900，1722，1400，1038和608cm

产物7具有3340cm

测试2

实施例4-6制得的光活化纤维素纳米载药颗粒的抗耐药菌实验

方法：

在4板96孔板上加入耐阿莫西林金黄色葡萄球菌液(终浓度为1×10

实验分为14个小组，分别为阿莫西林、茶多酚、槲皮素、花青素、实施例4-7的光活化纤维素纳米载药颗粒在光照条件下的实验组和没有光照条件的实验组，每组设置有12个孔，其中，6个孔是接种了耐阿莫西林金黄色葡萄球菌液(3个是在光照条件下培养，另3个是无光照条件下培养)，6个孔是接种了大肠杆菌菌液(3个是在光照条件下培养，另3个是无光照条件下培养)。加药后恒温振荡器中37℃下孵育0.5h。然后每个孔分别取40μL混合液(培养液)，分别用PBS缓冲液稀释10

结果：阿莫西林在光照和不光照均不能抑制细菌(耐阿莫西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)生长，茶多酚、槲皮素、花青素在光照和不光照时的最低抑菌浓度相同，分别为32、64和64μmol/L，而实施例4-6制得的光活化纤维素纳米载药颗粒不光照时最低抑菌浓度为64、128、128μmol/L，而光照时为4、8、8μmol/L。说明本发明实施例的产物具有光活化抗耐药菌作用。

以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。