武漢大學鄧鶴翔J. Am. Chem. Soc.： 可調控藥物釋放的具有多元變量的MOF

【引言】

多孔材料最重要的特性之一，就是利用孔結構，實現了對于分子的捕獲。并且，通過對孔結構的化學修飾或者幾何結構調整，可改變它的捕獲特性。值得注意的是，如果僅僅引入不同的官能團，只能通過具有分立能量的捕獲反應，捕獲特定的分子，因此，如何設計多孔材料，利用連續能量反應，進行分子的捕獲是一個亟待解決的問題。

【成果簡介】

近日，武漢大學鄧鶴翔教授(通訊作者)等人設計了一種在孔結構中引入不同反應、具有多元變量的金屬有機框架化合物（MOF），控制了不同藥物的釋放。該研究發表于 Journal of the American Chemical Society, 題為 “Multivariate Metal?Organic Frameworks for Dialing-in the Binding and Programming the Release of Drug Molecules”。研究人員通過改變MOF上的官能團和對應的有機連接鏈，在一種MOF結構上，成功實現了三種藥物分子的可調控釋。這三種藥物分子分別是布洛芬 (Ibu), 羅丹明B (RhB) 和阿霉素(DOX)。基于這種結構，研究人員進一步調整了MOF上官能團的比例，使得藥物釋放功能多元可變，允許連續能量的反應在MOF上進行，得到了可大范圍精確調控的基于MOF的多孔材料。

【圖文導讀】

圖1. 具有多元變量的金屬有機框架化合物（記作 MTV-MOFs）和單一組分金屬有機框架化合物的比較

a）多孔MOF釋放客體分子過程；

b）單一組分金屬有機框架化合物只能提供與客體分子之間的特定反應，對應于分立的能態；

c ）通過改變MTV-MOFs中連接鏈的比例，得到了具有連續能態的客體分子釋放動力學圖譜。

圖2. MTV-MIL-101(Fe) 的結構與組成分析

a）具有多種有機連接鏈的不同MTV-MIL-101(Fe) 示意圖；

b）不同MTV-MIL-101(Fe)的粉末XRD圖；?

c ）利用¹H NMR，測定出實驗中有機連接鏈的比例，并與理論數值相比，得到線性關系圖；

d-f）MIL-101(Fe)-(C₄H₄)_0.5(NH₂)_0.5單晶的掃描電鏡圖，透射電鏡圖和選取電子衍射圖；

g）高分辨透射電鏡圖，表明多孔結構為正六邊形排列；

h-m）STEM圖以及EDS元素分析（Fe、N、Cu） 。

圖3. 不同藥物的釋放動力學分析

a-c）三種藥物分子的釋放動力學實驗曲線；

d-f）釋放動力學系數(k), ?ln k與多元變量MOF，MIL-101(Fe)中連接鏈的比例關系分析。

圖4. 多元變量MOF中，藥物每日釋放情況分析

a）多元變量MOF中，藥物每日釋放量模擬曲線；

b）兩種單一組分的MOF，物理混合后，藥物每日釋放量模擬曲線；

e）當連接鏈比例改變時，MIL-101(Fe)-(C₄H₄)_x(NH₂)_1?x中DOX分子的每日釋放量的實驗曲線；

f）當連接鏈比例改變時，物理混合后的兩種單一組分MOF中， DOX分子的每日釋放量的實驗曲線。

圖5. 釋放曲線與不同官能團比例的關系

a）加入兩種客體分子的MOF示意圖；

b）通過強作用，客體分子與官能團相結合；

c）MIL-101(Fe)-(C₄H₄)_x(NH₂)_1?x中，Ibu和DOX的共同釋放曲線；

【小結】

這項研究介紹了一種可實現多種藥物釋放的，具有多元變量的金屬有機框架化合物。以往的藥物釋放材料主要采用結構的分離或者依靠外界刺激，MTV-MOFs則是利用擴散機制。作者研究的三種藥物中，其中兩種布洛芬 (Ibu)和阿霉素(DOX)均是已經商用的藥物。通過精巧的設計了MOFs和不同藥物分子之間的反應，每種藥物分子的釋放速率能連續精確可調，達到最大藥物釋放量的時間可以控制，并且多種藥物可以同時釋放。這種材料設計的方法，對于MOFs未來作物藥物釋放載體，提供了有力的幫助。

文獻鏈接：Multivariate Metal–Organic Frameworks for Dialing-in the Binding and Programming the Release of Drug Molecules（J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b07392）

本文由材料人編輯部饒成成編譯。

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