MOFs／微凝胶纳米复合材料用于生物润滑与热响应药物释放

MOFs/微凝胶纳米复合材料用于生物润滑与热响应药物释放

目录

1.序言................................................................................................

2.[PNIPAm微凝胶在MIL-lOl(Cr)上的可控生长]..........................................................1

3.[MILJ01(Cr)@PNIPAm的热响应性]...................................................................2

4.[MIL-10l(Cr)@PNIPAm的水润滑性能].................................................................3

5.[MIL-10l(Cr)@PNIPAm的热响应性药物释放和生物相容性].............................................4

1.序言

协同疗法是治疗骨关节炎(0A)的新兴策略，不但可以实现长期关节润滑效果，而且可以抑制口

服药物治疗的潜在毒性。协同治疗的核心是在关节内注射由多孔药物载体作为核以及界面软物质润

滑层作为壳的润滑药物递送载体。迄今为止，0A协同疗法中的药物载体主要集中在纳米凝胶，水

凝胶微球，中空/介孔二氧化硅纳米颗粒以及二氧化钛纳米管等。然而由于比表面积小、孔径尺寸

大，这些药物载体难以实现高负载量和长效药物释放的作用，极大地限制了协同疗法在0A治疗方

向的应用。

近=1,西北工业大学材料学院刘建喜副教授团队利用一步无皂乳液聚合策略，设计了一种核壳

结构的金属有机框架纳米药物载体表面生长热响应微凝胶的杂化物(nanoMOFs@PNIPAm),不仅实

现了良好水润滑性能，而且可以调控材料的热响应药物释放。该核壳结构的nanoMOFs@PNIPAm

具有以下优势：

1)通过调节反应中单体和交联剂的浓度，可以实现nanoMOF表面上PNIPAm微凝胶层的nJ编

程生长；

2)通过调节低于和高于最低临界溶解温度实现了对杂化物的可逆膨胀-塌陷行为的调控；

3)作为水润滑添加剂时，该杂化物能够显著降低摩擦系数和磨损体积；

4)通过控制PNIPAm凝胶层的溶胀和塌陷状态，可实现该杂比物的热响应药物释放，同时

HeLa和BEAS-2B细胞培养验证了该杂化物良好的生物相容性。

2.[PNIPAm微凝胶在MIL・101(Crj上的可控生长」

研究团队通过改变反应中单体和交联剂的浓度，实现了对nanoMOF上PNIPAm凝胶层厚度的

调控。研究发现当N,N，-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)的量固定在10%时，通过将PNIPAm的浓度从

12.5mM提高到50mM,MIL-101(Cr)@PNIPAm微凝胶杂化物的平均直径可从250.9nm逐渐增加

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到382.8nm。在水性介质中，杂化物的平均流体动力学尺寸在653.7和823.7nm之间，比干燥状

态下的尺寸高2.5倍。

图1.MIL-101(Cri@PNIPAm微凝胶杂化物的制备及其微观形貌照片

3.[MIL-101(Cr)@PNIPAm的热响应性]

研究团队通过调控温度，实现了PNIPAm链从亲水性到疏水性的相变。当温度超过LCST^'j,

PNIPAm链中酰胺键与水分子的分子间氢键逐渐转变为酰胺键与酰胺键之间的氢键作用，水分子被

挤出，MIL-101(Cr)@PNIPAm从亲水(溶胀状态)转变为疏水(塌陷状态)。DLS以及UV-Vis结果表

明，随着温度升高，杂化物在水介质中的平均流体动力学粒径逐渐减低、透过率逐渐增加。

PNIPAm纳米层的可逆溶胀-塌陷行为可以直接调控MIL-101(Cr)@PNIPAm微凝胶杂化物的流体动

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力学粒径和光学性质。

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2MIL-101(Cr)(a)PNIPAm在水介质中的热晌应性

4.[MIL-101(Cr)@PNIPAm的水润滑性能]

基于表面生长的PNIPAm纳米层的水合润滑效应和nanoMOFs的滚珠轴承效应的协同作用，杂

化物表现出良好的水润滑性能。研究发现当作为水润滑添加剂时，MIL-101(Cr)@PNIPAm平均摩擦

系数可从0.53降低至0.29,磨损体积可降低73.6%,表明杂化物具有优异的减磨抗磨性能。不仅

如此，杂化物在水性介质中还具有高承载能力、长期耐久性和热敏摩擦学性能。

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Second(s)Lateral(um)

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图3,MIL-101(Cr)@PNIPAm的水润滑摩擦学性能

5.[MIL-101(Cr)@PNIPAm的热响应性药物释放和生物相容性]

为了进一步研究MIL-lOl(Cr)生长PNIPAm微凝胶前后的响应性药物释放，研究团队将抗炎药

物双氯芬酸钠(DS)装载到MIL-lOl(Cr)的孔道中并通过无皂乳液聚合制备了负载DS的MIL-

101(Cr〕@PNIPAm微凝胶，并将其装入透析袋中在不同温度下进行体外药物释放实验。结果表明，

当温度从30c升高至37℃时，负载DS的MIL-lOl(Cr)和MIL-101(Cr)@PNIPAm的药物释放量分

别增加了79.8%和73.9%,这主要归因于温度升高使药物分子更容易从MIL-lOl(Cr)中解离。当温

度进一步从37℃升高至45C,DS负载的MIL-lOl(Cr)的累计药物释放基本不变，而DS负载的

MIL-101(Cr)@PNIPAm的释放量降低了27.7%,这主要归因于PNIPAm微凝胶在45℃下剧烈坍缩

阻碍了药物分子从MIL-lOl(Cr)向外部的扩散。通过利用HeLa和BEAS-2B细胞培养，研究团队进

一步评估了PNIPAm生长前后MIL・101(Cr)的生物相容性。在加入浓度为100口g/mL,分别培养

72小时和48小时后,MIL-lOl(Cr)的细胞活力分别降至89.4%和83.4%。相反,杂化物的细胞活

力在相同的培养时间增加到106.1%和102.6%,这表明杂化物的生物相容性优异且无毒。

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