一种非晶态MOF纳米光敏剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及光敏材料技术领域，具体涉及一种非晶态MOF纳米光敏剂及其制备方法与应用。

背景技术

光动力治疗(photodynamic therapy，PDT)是一种新兴的肿瘤治疗手段，它已经在皮肤癌、鼻咽癌和乳腺癌等治疗中取得了良好的治疗效果，具有治疗周期短、创伤性小、靶向性好、不易复发、不易产生耐药性等优点。PDT具体是指将一种特殊的化学物质，即光敏剂(photosensitizer，PS)注射于肿瘤患者体内，并蓄积于肿瘤组织内，它在组织部位有O

但目前PS普遍存在水溶性较差、易光漂白、缺乏靶向性、氧依赖性等问题，使PDT在临床上受到较大限制，难以取得理想的治疗效果。例如：(1)大多数PS是疏水化合物，在水溶液中导致的聚集、荧光猝灭和ROS生成减少；(2)由于缺乏靶向性，全身给药后肿瘤部位的PS含量可能不足；(3)癌细胞不受控制的增殖导致肿瘤组织缺氧，不利于活性氧的形成，此外，PDT消耗O

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种非晶态MOF纳米光敏剂及其制备方法与应用，本发明制备的非晶态MOF纳米光敏剂具有良好的水溶性，在光照条件下，表现出高效的光动力活性，且其最大吸收波长和发射波长均位于近红外区域，有利于采用近红外光进行深部肿瘤治疗，具有良好的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种近红外光敏剂，具有如下的结构式：

本发明第二方面提供了第一方面所述的一种近红外光敏剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将式(I)所示的化合物与式(II)所式的化合物在醋酸和哌啶存在的条件下，于溶剂中反应得到式(III)所示的化合物；

S2：将式(III)所示的化合物与叠氮乙酸在亚铜盐和有机胺存在的条件下，于溶剂中反应得到式(IV)所示的化合物；

其中，式(I)、式(II)、式(III)和式(IV)结构式如下所示：

进一步地，S1中，式(II)所示的化合物、式(I)所示的化合物、哌啶和醋酸的摩尔比为1：5-6：10-20：10-20。

进一步地，S1中，所述反应的温度为40-120℃，反应时间为2-12h。

进一步地，S1中，所述溶剂选自四氢呋喃、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷中的一种或多种。

进一步地，S2中，式(III)所示的化合物、叠氮乙酸、亚铜盐和有机胺的摩尔比为1：10-20：0.1-2：10-15。

进一步地，S2中，所述反应温度为10-30℃，反应时间为12-24h。

进一步地，S2中，所述所述亚铜盐为氯化亚铜、溴化亚铜和碘化亚铜的一种或多种。

进一步地，S2中，所述有机胺为N,N-二异丙基乙胺、三乙二胺和二异丙基胺的一种或多种。

进一步地，S2中，所述溶剂选自四氢呋喃、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷中的一种或多种。

进一步地，S1和S2中采用相同或不同的溶剂。

本发明第三方面提供了一种非晶态MOF纳米光敏剂，由第一方面所述的近红外光敏剂与金属离子配位形成，所述金属离子选自铪离子、锰离子、锆离子、锌离子中的一种或多种。

虽然经典的金属有机框架(MOF)领域通常被认为是结晶态，但近年来非晶态MOF作为替代材料备受到关注。与经典的MOF一样，非晶态MOF是通过金属离子与配体分子的配位作用在三维空间里无限延伸，形成框架结构聚合物。非晶态MOF不仅拥有MOF的特性，比如优异的热稳定性和化学稳定性、优异的孔隙率和比表面积、可调节的孔隙大小、形状和化学功能。它还具有非晶态的一些特性，例如各向同性、无晶界等。本发明所述的非晶态MOF的形成机理是以铪离子、锰离子锆离子或锌离子中一种金属离子作为接头，有机配体BDP-I

近红外光敏剂作为配体与具有多配位位点的金属离子配位形成一种非晶态金属-有机配位的多孔材料，光敏剂的负载量高，且通过配位键与金属离子稳定连接，避免光敏剂聚集而发生自淬灭，同时使其不会在生物体内正常组织区域释放，当进入酸性肿瘤区时配位键被破坏而释放相应的光敏剂，因此大大降低了光敏剂对正常组织的毒性。

进一步地，所述非晶态MOF纳米光敏剂的平均粒径为100-200nm，例如150nm。

本发明制备的MOF纳米光敏剂的粒径大于10nm，可避免被快速肾清除，且大部分颗粒的尺寸均小于200nm，可实现有效外渗和最佳EPR效果(指高渗透长滞留效应)，从而提高光敏剂的生物利用率。

进一步地，所述非晶态MOF纳米光敏剂具有多孔结构，孔隙大小为5～20nm。

由于ROS(如单线态氧)扩散长度较短，传统负载光敏剂的纳米颗粒，其内部产生的大部分单线态氧无法扩散出，因此无法产生理想的PDT效应；而本发明制备的具有多孔结构的MOF，合适大小的孔隙结构允许基态氧和单线态氧在框架内外自由扩散，促进基态氧气与光敏剂的反应产生单线态氧，同时单线态氧可有效、快速扩散到达细胞或亚细胞靶点。

本发明第四方面提供了一种第三方面所述的一种非晶态MOF纳米光敏剂的制备方法，将第一方面所述的近红外光敏剂与金属盐、苯甲酸类溶剂混合，于有机溶剂中反应，反应结束后进行溶剂置换并于去离子水中透析，得到所述非晶态纳米光敏剂。

进一步地，所述反应温度为10-30℃。

目前报道的MOF材料一般均为晶态，其制备条件通常涉及高温、高压，且制备过程中复杂；本发明在温和条件下制备得到一种球型非晶态MOF纳米光敏剂，制备方法简单。

进一步地，所述金属盐选自四氯化铪、氧氯化锆八水化合物、四水合氯化锰和氯化锌水合物中的一种或多种。

进一步地，所述苯甲酸类溶剂为苯甲酸。

进一步地，所述近红外光敏剂、金属盐与苯甲酸类溶剂的摩尔比为1:10～20:50～100。

本发明第五方面提供了第三方面所述的非晶态MOF纳米光敏剂在制备光动力治疗药物中的应用。

进一步地，所述非晶态MOF纳米光敏剂具有近红外激发的Type II型光动力学活性。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用氟硼二吡咯为母核，通过多碘化、多羧酸化衍生制备得到一种近红外光敏剂，再以近红外光敏剂为配体与金属离子配位构建得到一种具有光动力活性的MOF纳米光敏剂；较之传统高温高压制备方法，本发明MOF纳米光敏剂制备条件温和，配体的适应性好，可用于热不稳定的有机配体构筑MOF材料。

2.本发明制备得到的MOF纳米光敏剂呈非晶态，具有良好的水溶性和长期稳定性，光敏剂的负载量高且不易发生聚集，通过配位键作用有效提高了光敏剂的靶向性，降低对正常组织毒性的同时提高肿瘤区域的PDT效应，该MOF纳米光敏剂表现出良好的生物相容性，仅在特定激光下才能发挥毒性作用；此外，具有适宜粒径和孔径结构的MOF纳米光敏剂，有利于提高其生物利用率以及进一步提高PDT效应，在光照条件下表现出高效的光动力学，可高效抑制肿瘤。

3.本发明制备的非晶态MOF纳米光敏剂的最大吸收波长和发射波长均位于近红外区域，具有近红外激发的Type II型光动力学活性，有利于深部肿瘤的治疗。

附图说明

图1为一种近红外光敏剂BDP-I

图2为实施例1制备的化合物BDP-I

图3为实施例6制备的BDP-I

图4为实施例6制备的BDP-I

图5为实施例6制备的BDP-I

图6为实施例6制备的BDP-I

图7为实施例6制备的BDP-I

图8为实施例1制备的BDP-I

图9为实施例1制备的BDP-I

图10为实施例1制备的BDP-I

图11为实施例6制备的BDP-I

图12为实施例6制备的BDP-I

图13为实施例6制备的BDP-I

图14为非光照条件下，不同浓度的实施例1制备的BDP-I

图15为光照条件下，不同浓度的实施例1制备的BDP-I

图16为实施例1制备的BDP-I

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1近红外光敏剂(BDP-I

本实施例涉及一种近红外光敏剂BDP-I

(1)合成化合物1：将3,5-二碘对羟基苯甲醛和溴丙炔按照摩尔比1:3加入反应容器中，然后加入和溴丙炔摩尔比1：1的碳酸钾，接着加入乙腈50mL，在80℃下搅拌12h。反应结束后，用二氯甲烷和水进行萃取，收集有机层，经旋转蒸发仪浓缩后得到粗产物，粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物1，产率85％。

(2)合成化合物2：将化合物1和2,4-二甲基吡咯按摩尔比1：2加入反应容器中，然后加入2,4-二甲基吡咯重量的100倍的四氢呋喃作为溶剂和6-10滴三氟乙酸作为催化剂。室温搅拌避光反应24h。随后在上述反应液中加入与2,4-二甲基吡咯摩尔比1：2的2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，室温搅拌避光反应24h。最后加入2,4-二甲基吡咯重量的50倍的三乙胺，并在冰水浴条件下逐滴加入2,4-二甲基吡咯重量50倍的三氟化硼

(3)合成化合物3：将化合物2和N-碘代丁二酰亚胺按摩尔比1：4加入反应容器中，然后加入50mL的二氯甲烷作为溶剂避光反应2h。反应结束后经旋转蒸发仪浓缩，再用进行萃取并收集有机层，经干燥浓缩后得到粗产物。粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物3，产率53％。

(4)合成化合物4：将化合物3和化合物1按摩尔比1：6加入反应容器中，用50mL乙腈作为溶剂，然后加入哌啶和醋酸(化合物3与哌啶、醋酸的摩尔比为1：20：20)，在氮气保护下加热至80℃避光反应4h。反应结束后经浓缩、萃取、柱层析(石油醚：二氯甲烷)后得到化合物4，产率为50％。

(5)合成化合物BDP-I

实施例2 BDP-I

本实施例涉及一种近红外光敏剂BDP-I

(1)合成化合物1：将3,5-二碘对羟基苯甲醛和溴丙炔按照摩尔比1:5加入反应容器中，然后加入和溴丙炔摩尔比1：1的碳酸钾，接着加入乙腈80mL，在60℃下搅拌12h。反应结束后，用二氯甲烷和水进行萃取，收集有机层，经旋转蒸发仪浓缩后得到粗产物，粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物1，产率70％。

(2)合成化合物2：将化合物1和2,4-二甲基吡咯按摩尔比1：3加入反应容器中，然后加入2,4-二甲基吡咯重量的100倍的四氢呋喃作为溶剂和6-10滴三氟乙酸作为催化剂。室温搅拌避光反应24h。随后在上述反应液中加入与2,4-二甲基吡咯摩尔比1：3的2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，室温搅拌避光反应24h。最后加入2,4-二甲基吡咯重量的50倍的三乙胺，并在冰水浴条件下逐滴加入2,4-二甲基吡咯重量50倍的三氟化硼.乙醚避光反应过夜。反应结束后，用乙酸乙酯和水萃取，经旋转蒸发仪浓缩后，经快速柱层析法得到粗产物，再次经柱层析(洗脱剂为石油醚/二氯甲烷)得到化合物2，产率55％。

(3)合成化合物3：将化合物2和N-碘代丁二酰亚胺按摩尔比1：4加入反应容器中，然后加入50mL的二氯甲烷作为溶剂避光反应4h。反应结束后经旋转蒸发仪浓缩，再用进行萃取并收集有机层，经干燥浓缩后得到粗产物。粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物3，产率55％。

(4)合成化合物4：化合物3和化合物1按摩尔比1：6加入反应容器中，用80mL乙腈作为溶剂。然后加入哌啶和醋酸(化合物3与哌啶、醋酸的摩尔比为1：10：20)，在氮气保护下加热至80℃避光反应4h。反应结束后经浓缩、萃取、柱层析(石油醚：二氯甲烷)后得到化合物4，产率为45％。

(5)合成化合物BDP-I

实施例3 BDP-I

本实施例涉及一种近红外光敏剂BDP-I

(1)合成化合物1：将3,5-二碘对羟基苯甲醛和溴丙炔按照摩尔比1:6加入反应容器中，然后加入和溴丙炔摩尔比1：2的碳酸钾，接着加入乙腈50mL，在80℃下搅拌12h。反应结束后，用二氯甲烷和水进行萃取，收集有机层，经旋转蒸发仪浓缩后得到粗产物，粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物1，产率80％。

(2)合成化合物2：将化合物1和2,4-二甲基吡咯按摩尔比1：4加入反应容器中，然后加入2,4-二甲基吡咯重量的100倍的四氢呋喃作为溶剂和6-10滴三氟乙酸作为催化剂。室温搅拌避光反应12h。随后在上述反应液中加入与2,4-二甲基吡咯摩尔比1：2的2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，室温搅拌避光反应24h。最后加入2,4-二甲基吡咯重量的50倍的三乙胺，并在冰水浴条件下逐滴加入2,4-二甲基吡咯重量50倍的三氟化硼.乙醚避光反应过夜。反应结束后，用乙酸乙酯和水萃取，经旋转蒸发仪浓缩后，经快速柱层析法得到粗产物，再次经柱层析(洗脱剂为石油醚/二氯甲烷)得到化合物2，产率40％。

(3)合成化合物3：将化合物2和N-碘代丁二酰亚胺按摩尔比1：6加入反应容器中，然后加入50mL的二氯甲烷作为溶剂避光反应8h。反应结束后经旋转蒸发仪浓缩，再用进行萃取并收集有机层，经干燥浓缩后得到粗产物。粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物3，产率60％。

(4)合成化合物4：将化合物3和化合物1按摩尔比1：5加入反应容器中，用50mL乙腈作为溶剂，然后加入哌啶和醋酸(化合物3与哌啶、醋酸的摩尔比为1：10：10)，在氮气保护下加热至120℃避光反应6h。反应结束后经浓缩、萃取、柱层析(石油醚：二氯甲烷)后得到化合物4，产率为40％。

(5)合成化合物BDP-I

实施例4 BDP-I

本实施例涉及一种近红外光敏剂BDP-I

(1)合成化合物1：将3,5-二碘对羟基苯甲醛和溴丙炔按照摩尔比1:3加入反应容器中，然后加入和溴丙炔摩尔比1：1的碳酸钾，接着加入乙腈50mL，在80℃下搅拌6h。反应结束后，用二氯甲烷和水进行萃取，收集有机层，经旋转蒸发仪浓缩后得到粗产物，粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物1，产率50％。

(2)合成化合物2：将化合物1和2,4-二甲基吡咯按摩尔比1：4加入反应容器中，然后加入2,4-二甲基吡咯重量的100倍的四氢呋喃作为溶剂和6-10滴三氟乙酸作为催化剂。室温搅拌避光反应24h。随后在上述反应液中加入与2,4-二甲基吡咯摩尔比1：3的2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，室温搅拌避光反应24h。最后加入2,4-二甲基吡咯重量的50倍的三乙胺，并在冰水浴条件下加入2,4-二甲基吡咯重量50倍的三氟化硼.乙醚避光反应过夜。反应结束后，用乙酸乙酯和水萃取，经旋转蒸发仪浓缩后，经快速柱层析法得到粗产物，再次经柱层析(洗脱剂为石油醚/二氯甲烷)得到化合物2，产率40％。

(3)合成化合物3：将化合物2和N-碘代丁二酰亚胺按摩尔比1：6加入反应容器中，然后加入80mL的二氯甲烷作为溶剂避光反应5h。反应结束后经旋转蒸发仪浓缩，再用进行萃取并收集有机层，经干燥浓缩后得到粗产物。粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物3，产率55％。

(4)合成化合物4：将化合物3和化合物1按摩尔比1：6加入反应容器中，用50mL乙腈作为溶剂，然后加入哌啶和醋酸(化合物3与哌啶、醋酸的摩尔比为1：10：10)，在氮气保护下加热至80℃避光反应6h。反应结束后经浓缩、萃取、柱层析(石油醚：二氯甲烷)后得到化合物4，产率为55％。

(5)合成化合物BDP-I

实施例5 BDP-I

本实施例涉及一种近红外光敏剂BDP-I

(1)合成化合物1：将3,5-二碘对羟基苯甲醛和溴丙炔按照摩尔比1:5加入反应容器中，然后加入和溴丙炔摩尔比1：1的碳酸钾，接着加入乙腈100mL，在100℃下搅拌6h。反应结束后，用二氯甲烷和水进行萃取，收集有机层，经旋转蒸发仪浓缩后得到粗产物，粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物1，产率70％。

(2)合成化合物2：将化合物1和2,4-二甲基吡咯按摩尔比1：5加入反应容器中，然后加入2,4-二甲基吡咯重量的100倍的四氢呋喃作为溶剂和6-10滴三氟乙酸作为催化剂。室温搅拌避光反应15h。随后在上述反应液中加入与2,4-二甲基吡咯摩尔比1：2的2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌，室温搅拌避光反应15h。最后加入2,4-二甲基吡咯重量的50倍的三乙胺，并在冰水浴条件下逐滴加入2,4-二甲基吡咯重量50倍的三氟化硼.乙醚避光反应过夜。反应结束后，用乙酸乙酯和水萃取，经旋转蒸发仪浓缩后，经快速柱层析法得到粗产物，再次经柱层析(洗脱剂为石油醚/二氯甲烷)得到化合物2，产率35％。

(3)合成化合物3：将化合物2和N-碘代丁二酰亚胺按摩尔比1：4加入反应容器中，然后加入100mL的二氯甲烷作为溶剂避光反应12h。反应结束后经旋转蒸发仪浓缩，再用进行萃取并收集有机层，经干燥浓缩后得到粗产物。粗产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂为石油醚-二氯甲烷体系)，得到化合物3，产率50％。

(4)合成化合物4：将化合物3和化合物1按摩尔比1：5于加入反应容器中，用60mL乙腈作为溶剂，然后加入哌啶和醋酸(化合物3与哌啶、醋酸的摩尔比为1：20：20)，在氮气保护下加热至80℃避光反应10h。反应结束后经浓缩、萃取、柱层析(石油醚：二氯甲烷)后得到化合物4，产率为60％。

(5)合成化合物BDP-I

实施例6非晶态纳米光敏剂(BDP-I

本实施例涉及一种非晶态纳米光敏剂BDP-I

利用扫描电镜、透射电镜、动态光散射仪以及X射线衍射仪对上述制备的非晶态纳米光敏剂BDP-I

扫描电镜测试：将制备的BDP-I

透射电镜测试：将制备的BDP-I

动态光散射仪测试：将制备的BDP-I

X射线衍射测试：将制备的BDP-I

性能测试

(1)长期稳定性测试

将实施例6制备的非晶态纳米光敏剂分散于溶剂中制备得到10μg mL

(2)紫外-可见吸收光谱测试

对实施例1制备的游离分子化合物BDP-I

将BDP-I

(3)光稳定性

对实施例1制备的游离分子化合物BDP-I

将BDP-I

(4)单线态氧量子产率

研究实施例1制备的游离分子化合物BDP-I

各取2.97mL的Ce6水溶液、BDP-I

(5)光动力活性测试

对实施例6制备的非晶态纳米光敏剂BDP-I

取1mL的20μg mL

(6)氮气吸附/解吸附测试

对实施例6制备的非晶态纳米光敏剂BDP-I

将实施例6制备的非晶态纳米光敏剂BDP-I

(7)细胞毒性

测试光照及非光照条件下实施例1制备的游离分子化合物BDP-I

取对数生长期的4T1细胞铺96孔板，接种密度为6×10

非光照组与光照组的测试结果分别如图14、15所示，由图14可知，非光照条件下，在0.406～30μg mL

(8)动物实验：抑制肿瘤

建立小鼠荷瘤模型，待肿瘤体积生长到100mm

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。