一种MOF-二氧化锰微球及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种MOF‑二氧化锰微球，所述MOF‑二氧化锰微球具有核壳结构，其内部为MOF纳米粒子，MOF纳米粒子外部包覆有二氧化锰壳层，其中，MOF纳米粒子为四(4‑羧基苯基)卟啉络合金属元素原子形成的不溶于水的晶体，本发明专利技术通过选用MOF纳米粒子作为微球的内核，二氧化锰做为壳层，得到的微球粒径合适，能够利用肿瘤血管的EPR效应特异性的识别肿瘤组织并滞留在肿瘤组织中，通过二氧化锰分解双氧水维持富氧环境，提高光动力治疗的疗效，降低肿瘤细胞活性，在光线的照射下激发生成单线态氧，进而杀灭肿瘤细胞，本发明专利技术还提出了一种新的用于制备MOF‑二氧化锰微球的制备方法，该方法简单易行，仅需混合搅拌即可反应得到MOF‑二氧化锰微球，适用于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种MOF-二氧化锰微球及其制备方法和用途
本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种MOF-二氧化锰微球及其制备方法和用途。
技术介绍
金属-有机骨架(MOF)材料是近十年来在有机化学界有着迅速发展的一种材料，MOF材料一般为以金属离子为连接点，以有机配体为支撑骨架构成的具有三维孔状的结构，是一种新型的多孔材料，具有较高的孔隙率、较低的密度、较大的比表面积且拓扑结构可调等众多优点，在催化化学、化学储能、物质分离等领域有着重要的应用，然而，将MOF材料以纳米粒子的形式制备，并开发相应的功能仍然是相关领域的研究热点。常用的制备MOF纳米粒子的方法是通过将金属离子、卟啉衍生物混合，利用金属离子成核后的自组装效应得到MOF纳米粒子，制备得到的MOF纳米粒子通常能够在可见光或紫外光的作用下产生荧光，因此，MOF纳米粒子具有很大用于细胞成像、荧光标记、光动力治疗等应用的潜力，例如，以MOF纳米粒子在光动力治疗(PDT)领域的应用为例，由于肿瘤血管通常具有高渗透和高滞留特性(即EPR效应)，MOF纳米粒子可以利用肿瘤血管的EPR效应，透过血管壁并滞留在肿瘤组织中，在光照下激发生成单线态氧，进而杀灭肿瘤细胞，然而，由于MOF纳米粒子功能比较单一，与其他具有类似应用的功能材料相比，在稳定性和特异性识别能力等方面具有很大差距，因此MOF纳米粒子需要通过经过修饰或者与其他具有协同作用的粒子或化合物配合使用，例如，通过在其表面包覆壳层，形成核壳结构等，使得其粒径满足EPR效应所需的粒径，提高其稳定性和特异性识别能力。二氧化锰纳米层作为一种生物兼容性很好的材料引起了大量的关注，纳米级别的二氧化锰结构能够在质子与双氧水存在的条件下能产生氧气，由于肿瘤细胞在快速增殖期其新陈代谢水平明显增强，导致肿瘤微环境中严重缺氧，低氧的微环境也进一步促进了肿瘤细胞的侵袭、转移能力，而且，特殊的低氧微环境亦大大削弱了化疗、放疗以及光动力治疗的效果，通过将MOF纳米粒子与二氧化锰相结合，进行PDT疗法，理论上能够通过在肿瘤微环境中产生氧气，利用MOF纳米粒子在光照下激发产生单线态氧，改善肿瘤组织的乏氧环境，同时杀灭肿瘤细胞。现有技术中很少有将MOF纳米粒子与纳米二氧化锰相结合用于肿瘤治疗等应用的报道，本领域的技术人员需要进一步研究如何将MOF纳米粒子与纳米二氧化锰材料进行结合，研究结合的效果，探讨其应用价值，尤其是用于PDT疗法进行肿瘤治疗的可行性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种MOF-二氧化锰微球，所述MOF-二氧化锰微球具有核壳结构，内部为MOF纳米粒子，MOF纳米粒子外部包覆有二氧化锰壳层。所述MOF纳米粒子为四(4-羧基苯基)卟啉络合金属元素原子形成的不溶于水的晶体，其中的金属元素原子根据本领域技术人员所公知的选自能够与四(4-羧基苯基)卟啉络合，产生不溶于水的晶体的金属元素原子。所述二氧化锰壳层能够催化双氧水分解产生氧气。优选地，所述MOF-二氧化锰微球的粒径为80～230nm，例如82nm、90nm、110nm、130nm、150nm、160nm、180nm、200nm、220nm、228nm等，位于能够满足使肿瘤组织产生EPR效应所需要的粒径范围内。优选地，所述MOF纳米粒子的粒径为60～120nm，例如62nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、115nm、119nm等。优选地，所述金属元素为锆元素。优选地，所述MOF纳米粒子为具有PCN-224(Zr)型晶体结构的纳米粒子，所述PCN-224(Zr)型晶体结构如参考文献(JihyePark,QinJiang,DaweiFeng,LanqunMao,andHong-CaiZhou.Size-ControlledSynthesisofPorphyrinicMetal-OrganicFrameworkandFunctionalizationforTargetedPhotodynamicTherapy.JAmChemSoc.2016Mar16；138(10):3518-25)中所述，属于立方晶系。优选地，所述MOF纳米粒子为具有光致发光效应的MOF纳米粒子。本专利技术的目的之二在于提供一种上述MOF-二氧化锰微球的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将MOF纳米粒子分散在水溶液中，得到MOF分散液，向其中加入水溶性聚合物，待其全部溶解后加入高锰酸钾，搅拌进行还原反应，待MOF分散液颜色转为棕色，其中的高锰酸钾被完全还原后，即得到所述的MOF-二氧化锰微球。其中，高锰酸钾被还原后包覆在MOF纳米粒子表面，得到二氧化锰壳层，水溶性聚合物能够还原高锰酸钾，还具有保护MOF纳米粒子不被高锰酸钾氧化和稳定MOF纳米粒子分散不团聚的作用，使得制备的MOF-二氧化锰微球粒径均匀且分散性较好，水溶性聚合物附着在微球表面，经过浸泡能够溶解除去。根据MOF纳米粒子中金属元素种类的不同，优选地，所述MOF纳米粒子与水溶性聚合物的质量比为1:(1.8～28.8)，例如1:2、1:3、1:5、1:9、1:12、1:15、1:18、1:22、1:25、1:28、1:28.6等。优选地，所述MOF纳米粒子与高锰酸钾的质量比为1:(1～16)，例如1:2、1:4、1:6、1:8、1:10、1:12、1:14、1:15、1:15.8等，进一步优选为1:1。优选地，所述水溶性聚合物与高锰酸钾的质量比为1.8:(1～16)，例如1.8:2、1.8:4、1.8:6、1.8:8、1.8:10、1.8:12、1.8:14、1.8:15、1.8:15.8等，进一步优选为1.8:1。优选地，所述MOF纳米粒子、水溶性聚合物与高锰酸钾的质量比为1:1.8:1。优选地，所述水溶性聚合物包括聚烯丙基铵盐酸盐和/或聚乙二醇。优选地，所述高锰酸钾以溶液的形式逐滴滴入MOF分散液中。优选地，所述还原反应的时间为0.5～10h，例如0.6h、1h、2h、4h、6h、8h、9h、9.8h等。优选地，所述MOF纳米粒子通过将四(4-羧基苯基)卟啉、金属氢氧化物和苯甲酸溶于溶剂，混合均匀后反应，反应产物经过至少一次离心分离和重悬处理，之后水洗去除残余溶剂和杂质得到。其中，苯甲酸的引入可以中和金属氢氧化物，同时与金属络合，提供合适的可逆反应环境，使得平衡反应向有利于生成纳米级别的四(4-羧基苯基)卟啉-金属络合物晶体的方向进行。优选地，所述金属氢氧化物为氢氧化锆。优选地，所述溶剂为二甲基甲酰胺。优选地，所述离心分离和重悬处理的次数为3～5次。优选地，所述离心分离的转速为12000～14000转/min，例如12200转/min、12500转/min、13000转/min、13200转/min、13500转/min、13900转/min等，离心分离的时间为10～15min，例如11min、12min、13min、14min等。优选地，所述四(4-羧基苯基)卟啉、金属氢氧化物和苯甲酸的质量比为1:(3～6):(28～50)，例如1:4:30、1:5:42、1:4:30、1:4:35、1:5:48等，优选为1:3:28；优选地，所述反应的反应温度为90～100℃，例如91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOF‑二氧化锰微球，其特征在于，所述MOF‑二氧化锰微球具有核壳结构，内部为MOF纳米粒子，MOF纳米粒子外部包覆有二氧化锰壳层；所述MOF纳米粒子为四(4‑羧基苯基)卟啉络合金属元素原子形成的不溶于水的晶体。

【技术特征摘要】
1.一种MOF-二氧化锰微球，其特征在于，所述MOF-二氧化锰微球具有核壳结构，内部为MOF纳米粒子，MOF纳米粒子外部包覆有二氧化锰壳层；所述MOF纳米粒子为四(4-羧基苯基)卟啉络合金属元素原子形成的不溶于水的晶体。2.根据权利要求1所述的MOF-二氧化锰微球，其特征在于，所述MOF-二氧化锰微球的粒径为80～230nm；优选地，所述MOF纳米粒子的粒径为60～120nm。3.根据权利要求1或2所述的MOF-二氧化锰微球，其特征在于，所述金属元素为锆元素；优选地，所述MOF纳米粒子为具有PCN-224(Zr)型晶体结构的纳米粒子；优选地，所述MOF纳米粒子为具有光致发光效应的纳米粒子。4.一种如权利要求1～3之一所述的MOF-二氧化锰微球制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将MOF纳米粒子分散在水溶液中，得到MOF分散液，向其中加入水溶性聚合物，待其全部溶解后加入高锰酸钾，搅拌进行还原反应，待MOF分散液颜色转为棕色，其中的高锰酸钾被完全还原后，即得到所述的MOF-二氧化锰微球。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MOF纳米粒子与水溶性聚合物的质量比为1:(1.8～28.8)；优选地，所述MOF纳米粒子与高锰酸钾的质量比为1:(1～16)，进一步优选为1:1；优选地，所述水溶性聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂广军，张立琨，李乐乐，李素萍，李一帆，刘广娜，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11