碘化的纳米级配位聚合物潜在的计算机断层造影剂

碘化的纳米级配位聚合物——潜在的计算机断层扫描造影剂计算机断层扫描造影技术是一个基于x射线衰减标本的是一个强大的诊断工具。有能力提供高的空间分辨率三维(3d)图像。计算机断层摄影（CT）是由检体根据X射线衰减的有力的诊断工具，并能提供三维（3D）图像，具有优良的空间分辨率。具有高的X射线衰减，典型材料的造影剂含具有高Z值为元素如碘，钡，铋，常用于CT成像，以提供利息和其周围的组织之间更好的对比度。目前被批准用于临床使用的唯一的CT造影剂碘化芳香分子和硫酸钡的胃肠道成像。CT成像用的小分子造影剂是通过非特异性分布，快速的肾清除，并从血液和淋巴管迅速外渗的限制。大剂量的小分子药物，通常需要（几十克），以提供足够的对比度，这有时引起不良反应的患者。配位聚合物最近出现的是由金属离子的配位定向自组装有机衔接的配体容易合成有趣的功能材料。我们的研究小组和其他人最近被缩小的配位聚合物展示了一类新的纳米材料的合成对纳米制度。这些纳米级的配位聚合物（国家联络点）已经显示出在生物传感很大的潜力，磁共振成像，和药物输送。鉴于CT成像碘化芳香分子的临床应用，我们推测，碘化国家联络点可能有潜在的应用是由于其携带碘的一个非常高的载荷能力的CT造影剂。在此我们提出新的碘配位聚合物的合成和规模下降到纳米级制度。我们还证明碘化的NCP的衰减的X射线中以虚线研究的能力。如示于方案1，合成了五个新的配位聚合物是使用2,3,5,6-四碘-1,4-苯二羧酸(I4-BDC-H2)的桥接配体和CuII或ZnⅡ第二金属连接点。反应I4-BDC-H2和Cu(NO3)2在N,N二甲基甲酰胺（DMF）中，在80℃下3天导致的[Cu(I4-BDC-H2)(DMF)2](1)在28%的产率。类似的晶体生长N,N-diethylformamide（DEF）和H2O导致的[Cu（I4-BDC）（DEF）2（H2O）](2)，产率分别为58%和[Cu（I4-BDC）（H2O）2].2H2O（3）产率为69%。为了证明这种合成方法的一般性，我们还合成了ZnII的碘化配位聚合物金属连接点。[Zn(I4-BDC）(def）2.5)（4）在55％的收率由我反应制得I4-BDC-H2和Zn(NO3)2的DMF在60℃4天。配位聚合物的中合成H2O和乙醇溶液表明，得到含有无毒性的溶剂中的碘化配位聚合物的能力，从而使他们更相关的潜在的生物学和生物医学应用。单晶X射线衍射研究1-5揭示一维（1D）的聚合物结构的所有五个配位聚合物（图1）。在化合物1，CuII离子的两个螯合羧酸基团I4-BDC配体和DMF中在轴向位置的两个分子以形成一个一维的聚合物网络（图1a）。在化合物2，在I4-BDC配位体是单齿（图1b）。CuII通过协调两个单齿羧基及一个水和两个高清分子采用方形锥体形状,是梯形与作用在一个齿的方式配位体中的一个羧酸基团，而其他采用η1，μ2桥接模式（图1C）。每个CuII中心这样的三个羧基氧原子和两个水分子的方锥体形状。在相邻的I4-BDC配体一维聚合物是4.06Á。在化合物4，一个I4-BDC配有两个单齿羧酸基团，而其他的I4-BDC配有一个单齿和一个螯合羧基（图1d）。相邻ZnⅡ，在曲折的聚合物链中心采用的四面体构型，通过协调两个单齿羧基和两个高清分子，以及扭曲的八面体几何形状，通过协调一个单齿和一个螯合羧基和三个篮板分子分别。复合物5有一个简单的锯齿形聚合物链结构与所有的ZnⅡ中心采用的四面体构型，通过协调两个单齿羧基和两个乙醇分子（图1e）。重要的是，空间体积的碘原子的强制I4-BDC配体以垂直于在所有这些结构的环。我们认为，空间体积碘原子也阻碍了I4-BDC配体从采用桥接配位模式（除了3），其可导致更高维数的配位聚合物的形成。的块状晶体的热重量分析（TGA）1-5对应紧密，从X射线衍射数据中得到的公式显示溶剂和有机体重减轻。我们能分别合成纳米粒子CuII和ZnⅡ阶段，协调H2O和乙醇分子摩尔比。片状纳米颗粒3（NCP3a）的合成产率为75%，搅拌0.3M的TritonX-100和1.5M与水与表面活性剂的15（Wvalue），其中载有相等的摩尔钠的量的2（I4-BDC）和Cu(NO3)2在室温下搅拌2小时。在NCP3a颗粒通过离心分离，并用乙醇洗涤。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，NCP3a的片状颗粒的直径为300纳米和50纳米厚的（图2a）。粉末X射线衍射的研究表明，NCP3a颗粒是结晶并具有相同的结构的堆积阶段3（图2c）。有趣的是，纳米粒子3与棒状的形态（NCP3b）在60%的产率获得了当相同的反应进行0.1M十六烷基三甲基铵和0.5M己醇的异辛烷（W=15）。SEM图像显示，NCP3b颗粒是约1.5μm的长度和200nm的宽度（图2b）并且PXRD的研究表明，颗粒是晶体，也具有相同的结构的堆积阶段3。复合物NCP3a和NCP3b也通过TGA和能量色散X射线谱（EDS）的结果证实。在PXRD图轻微的峰位移能够归因于在购入内容和溶剂损失的来自样品的程度，这两者都可以稍微改变单元电池的大小的温度差异。许多衍射峰缺少的联络点，因为沿着一定的晶面的择优生长的PXRD图。我们合成的微粒5使用快速沉淀过程。稀水溶液Na2（I4-BDC）和Zn（NO3）2中的等摩尔比，加入快速搅拌下于乙醇。SEM和PXRD研究表明，产生的粒子（NCP5a）是具有小于微米宽度的晶棒为10-30微米，长度（图3a,c）。我们发现，较小颗粒的NCP5b可以通过加入更多的浓缩的水性前体溶液（pH6.6），以乙醇来得到。将所得的白色浑浊的分散液在室温下搅拌1小时。在NCP5b纳米颗粒中分离心分离82%并用乙醇洗涤。SEM图像显示，NCP5b颗粒的截立方体形态的直径为200-600纳米（图3b）。PXRD的研究表明，它们匹配的本体相5（图3c），但是很宽的峰表明在这些部分结晶的颗粒的结构很大程度的病症。对NCP的组成5a和NCP5b也通过TGA和EDS结果证实。我们已就NCP3a和NCP5b，以评估他们的潜力，作为CT造影剂。扫描，以0-0.3M对应碘浓度上进行乙醇分散（图4a,b）。为了进行比较，碘沙醇，临床上使用的碘化造影剂，也被扫描在同一碘浓度的水溶液的样品（图4c）。既NCP3a和NCP5b含有碘的63%（重量），而碘沙醇只包含49%的碘。理论碘有效载荷是63.2%和NCP55.3%NCP3a和NCP5b，分别基于下式通过X射线衍射数据来确定。在高于预测的碘有效载荷为NCP5b是由于准备损失乙醇分子的纳米颗粒的如图所示的TGA。为了进行比较，最近报道高分子稳定化的脂质纳米颗粒只含19%碘，和碘负载量更低时，聚合物壳被考虑在内。亨斯菲尔德单位（HU）是一个指示器的材料的能力，以衰减的X射线相对于水（0HU）。绘制胡对碘浓度值NCP3a，NCP5b,和碘沙醇分别是（4653±520），（4513±408）和（3840±560）HU/M，（图4d）。纳米颗粒从而表现出可比的分子造影剂的X射线衰减系数。的的NCP的略高的X射线衰减可以归因于由铜和锌的贡献，计算出基于该重量的这些金属中的材料和金属的衰减相比，碘的为大约5%。NCP的可生物降解的性质使它们有吸引力的候选者用于成像应用，因为它是非常重要的诊断剂被从体内清除后使用。要确定的溶解（降解）的碘化的NCPs的行为在生物学相关的环境中，我们在37℃透析NCP3a的磷酸盐缓冲盐水（PBS；pH7.4）。该颗粒后完全溶解约46小时，用约1.5小时（图S10的支持信息中）的半衰期。该结果证明了的NCP的可生物降解的性质，而他们仍然足够稳定以允许更长的循环时间相比，分子的碘化造影剂（小于10分钟）。总之，我们已经合成了新颖的碘化的配位聚合物以及相应的纳米颗粒相具有可控形态和证明其潜能CT造影增强。这些新的纳米材料是有能力提供碘的高有效载荷，并提供用于设计有效的CT造影剂不脱离的小分子药物的固有缺点的一种新的策略。实验部分一个典型的过程为晶体成长，溶解I4-BDC-H2（4.02mg，6.00umol）和Cu（NO3）2.3H2O（1.45mg，6.0umol）在dfm混合液（670uL）和水（34uL）以及（HCl（1当量，6.00umol）。含有所得到的澄清溶液的小瓶封盖并放置在80℃的烘箱中。第3天后变为蓝色，矩形板状晶体中的1.46毫克（27.7%）的产率获得。NCP3a的合成步骤：制备两个微乳液W=15的水溶液通过加入1.215毫升I4-BDC钠盐溶液（0.1 M，pH9.6）和1.215毫升 0.1M的Cu（NO3）2水溶液，分离出0.3M的15毫升等分试样 的TritonX-100和1.5 M的1-hexanolin环己烷。单独的微滴乳状液被剧烈搅拌10分钟，在RT下在两个微乳状液合并之前，将得到的30毫升的微乳液与W=15是在室温下搅拌另外2小时。纳米颗粒，离心分离，在13000rpm离心分离10分钟。在除去上清液后，将颗粒每次用10毫升乙醇洗涤两次。每次洗涤后，将这些颗粒通过超声处理再分散，然后在13000rpm下离心回收10分钟，得到69.9毫克（75.0%）的产率。NCP5b的合成步骤： 0.05M的Na2(I4-BDC）和0.05M的Zn（NO3）2的溶液制备0.05A200uL的前体水溶液以及利用NaOH调节pH值至6.6。该前体溶液迅速转移到25毫升乙醇中并在50mL圆底烧瓶中快速搅拌。立即形成白色浑浊的分散物，将其在室温下搅拌1小时。将产物分离并如上述NCP3a洗涤，得到6.35毫克（81.5%）。