多功能有机多孔骨架纳米材料的制备及其作为药物载体的研究

The development of novel drug carriers have played a vital role in the field of biomedical application. Porous materials with large surface areas have attracted considerable attentions due to their high drug-loading capacity, and become the potential candidates for drug delivery. Porous organic frameworks (POFs) are an important class of porous materials which are comprised solely of light elements (C, H, O, N, etc). In comparison with other carriers such as inorganic porous solids (zeolite, mesoporous silica) or metal-organic frameworks (MOFs), POFs possess many advantages for the adsorption and release of biomolecules, e.g. tunable pore properties (composition, structure, pore size, and volume), easy functionalization, synthetic diversification and physicochemical stability. In this project, we want to construct the multifunctional porous organic framework nanoparticles. The surface area and pore volume were fine tuned to make the materials with high drug-loading capacity. Targeted delivery capability and controlled release behavior will be addressed by the post-synthetic modification. Porous organic frameworks nanoparticles for imaging also will be obtained by introducing the imaging contrast agents into the networks. The porous organic frameworks as drug carrier in the field of biomedical application also will be studied.

新型药物载体的开发在临床医药领域具有举足轻重的作用。具有高比表面积的多孔纳米材料因其良好的载药性能受到了广泛的关注，成为最有发展潜力的药物载体材料。有机多孔骨架材料（POFs）是一类完全由C、H、O、N等轻元素构成的、具有较大比表面积的聚合物多孔材料。与其他药物载体如无机多孔固体和金属有机网络（MOFs）相比，POFs具有孔结构可调控性、易于功能化修饰、合成多样性，以及良好的稳定性等优势。本项目拟设计合成多功能性有机多孔骨架纳米颗粒。通过调控材料的比表面积、孔体积和孔壁结构，获得高的药物负载量；通过表面修饰和功能化改性，实现药物的靶向输送和可控释放；通过在多孔骨架结构中引入造影剂粒子或光学染料，赋予材料分子成像功能。探索有机多孔骨架材料作为药物载体在生物医药领域的应用。

新型药物载体的设计与合成一直处于材料研究的前沿。有机多孔骨架因其高的比表面积，良好的稳定性以及合成多样性而被认为是最有发展潜力的药物载体材料。有机多孔骨架高的孔隙率和结构中存在的有机基团有助于实现高的药物负载量和可控释放。本项目以低成本的方法合成了具有高比表面积的有机多孔骨架材料，并研究了这些材料在作为药物载体在生物医药领域的应用。主要创新性结果如下：.（1）.以八苯基八硅倍半氧烷（POSS）为基本构筑单元，通过Friedel-Crafts反应，设计合成了两种高比表面积的超交联微孔聚合物材料PMOP-1和PMOP-2，其BET比表面积分别806 m2 g-1和559 m2 g-1。以布洛芬为模型药物进行药物负载和控释研究表明：PMOP-2对布洛芬负载量为35 wt%，其中70%的布洛芬在10小时内缓慢释放出来，而完全的药物释放需要64小时以上。这是首次POSS基多孔聚合物被用于药物缓释领域研究。.（2）.分别以四苯基卟啉和四苯基卟啉锰为构筑单元，与三聚氯氰共缩聚得到了同时含有三嗪环和卟啉环两种官能团的多孔聚合物PCTFs，BET比表面积高达1089 m2 g-1。研究发现，药物负载量与材料的比表面积成正比，具有较高比表面积的PCTF-Mn 可以负载23 wt%的布洛芬。两种材料的布洛芬释放曲线类似，药物的完全释放需要48小时，总释放量达90 wt%（PCTF）和95 wt%（PCTF-Mn）。尤其值得注意的是，由于Mn2+的存在，PCTF-Mn在核磁共振成像方面具有潜在的应用。.（3）.以聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）为壳，交联的二乙烯基苯为核，合成了具有温敏性的有机多孔纳米颗粒（PNIPAAm-b-PDVB）。尽管所得到的多孔载体比表面积并不高（606 m2 g-1），但却在药物控释方面表现出明显的温敏性，有望作为药物载体用于智能型药物控释体系。. 有机多孔骨架材料具有丰富的孔道结构，能够提供更大的比表面积和吸附性能。同时，对构筑单体进行合理的选择可极大地提高材料的药物负载量，实现可控释放。因此，基于有机多孔骨架为载体的药物控释体系的研究，为其在生物医用方面的实际应用奠定了基础。