新型煙酰胺-銪配合物的合成及性能研究

吉燕華, 江文琳, 高 薇, 孫心瑗, 郭奇峰, 楊清泉, 沈華翔, 曾治君*

(1. 江西中醫(yī)藥大學(xué) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科技中心,江西 南昌 330004; 2. 江西中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)基礎(chǔ)理論分化發(fā)展研究中心 江西省中醫(yī)病因生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330004; 3. 井岡山大學(xué) 數(shù)理學(xué)院,江西 吉安 343009)

煙酰胺又稱尼克酰胺,是煙酸和維生素B的酰胺化合物。煙酰胺作為輔酶I和輔酶II的前體,可參與人體各種代謝過(guò)程,對(duì)維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)起著重要作用。臨床上,煙酰胺廣泛應(yīng)用于痤瘡[1-3]、光敏性皮炎[4-6]等皮膚病的治療。此外,煙酰胺還參與了黑色素運(yùn)輸,能加速黑色素細(xì)胞中黑素小體的運(yùn)動(dòng)[7-8]。外用煙酰胺可增加角質(zhì)層中神經(jīng)酰胺的含量,增強(qiáng)皮膚的屏障功能,減少水分流失,因而具有良好的護(hù)膚效果。煙酰胺具有抗炎[9]、抗氧化[10]和DNA修復(fù)[11-12]等藥理作用,在心腦血管疾病[13-15]、呼吸系統(tǒng)疾病[16]和免疫系統(tǒng)疾病等方面均具有良好的應(yīng)用前景。

自18世紀(jì)末瑞典科學(xué)家發(fā)現(xiàn)稀土元素以來(lái),稀土元素已廣泛應(yīng)用于熒光材料[17-20]、電光源材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料[21-23]、催化材料[24]、激光材料[25]、超導(dǎo)體材料[26-27]和光纖材料[28-29]。稀土具有較好的發(fā)光性能,但同時(shí)具有一定的毒性[30-32]。銪作為稀土元素之一,具有較好的發(fā)光性能[33-34],同時(shí)具有與微量元素相似的性質(zhì),而適量的稀土元素可以促進(jìn)生物體的生理功能[35-36]。此外,稀土元素在發(fā)光材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域也有著潛在的應(yīng)用價(jià)值[37]。

基于上述分析,本文采用溶劑熱法合成了銪和煙酰胺的配合物。用紅外光譜、元素分析和掃描電鏡等對(duì)煙酰胺-銪配合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征與熒光特性分析,并進(jìn)行了體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DT5-2B型低速離心機(jī);Quant 250FEG型掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡;ESXTAR6000 TG-DTA型熱重分析儀;Nicolet iS5型紅外光譜儀;Rigaku/Max-3A型X-射線衍射儀;Vario EL(Elementar Analysensysteme Gmb H)型元素分析儀。

所用試劑均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為二級(jí)純水。

1.2 配合物的合成

將煙酰胺0.3 mmol和硝酸銪0.1 mmol加入25.0 mL內(nèi)襯聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,然后加入10.0 mL無(wú)水乙醇,室溫條件下攪拌反應(yīng)15 min。待反應(yīng)物與溶劑混勻后密封,于160 ℃的烘箱中反應(yīng)24 h。自然冷卻至室溫,反應(yīng)物依次用水和乙醇洗滌3次,在離心速率為3500 r/min的條件下經(jīng)離心得粉末狀固體,之后于60 ℃條件下干燥24 h后得配合物。

1.3 體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)

參照本課題組前期實(shí)驗(yàn)方案[38],將對(duì)數(shù)期的肺癌人肺泡基底上皮細(xì)胞(A549細(xì)胞)接種于96孔板中,每孔100 μL,細(xì)胞濃度為105個(gè)/mL。倒置顯微鏡觀測(cè)細(xì)胞貼壁后,加入不同濃度的藥物(0.016、 0.032、 0.063、 0.125、 0.250、 0.500、 1.000和2.000 mM),設(shè)置對(duì)照組與調(diào)零組,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔。培養(yǎng)48 h后將上清液吸去,避光條件下加入新配制檢測(cè)液(90%培養(yǎng)液和10% CCK8試劑),培養(yǎng)2 h后,用酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm處波長(zhǎng),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算配合物作用下A549細(xì)胞的存活率。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電鏡分析

將合成的配合物置于瑪瑙研缽中研磨,待成粉末后噴金30 s,并置于掃描電鏡下觀察。圖1為配合物的掃描電鏡照片。觀察圖1(a)～(c)可以發(fā)現(xiàn),樣品為固定的、大小不均一的微納米球。圖1(a)～(c)為掃描電鏡倍數(shù)逐漸變大的配合物納米微球,根據(jù)尺寸比例可知,該配合物的微納米球尺寸介于0.4～2.0 μm之間。

2.2 紅外光譜分析

圖2為煙酰胺配體和配合物的紅外譜圖。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),煙酰胺和銪形成配合物后,在3355～3150 cm-1處酰胺N—H伸縮振動(dòng)峰消失,表明煙酰胺的酰胺基中的氮?dú)滏I在形成配合物時(shí)發(fā)生斷裂。此外,還可以發(fā)現(xiàn)煙酰胺在形成配合物后,C=O伸縮振動(dòng)峰由1680～1630 cm-1遷移至1600～1560 cm-1,推測(cè)金屬離子銪與煙酰胺中的酰胺基發(fā)生配位,使得酰胺鍵在紅外譜圖上的吸收峰發(fā)生移動(dòng)。

圖1 不同放大倍數(shù)下配合物的SEM照片F(xiàn)igrue 1 SEM images of the complex at different magnifications

ν/cm-1圖2 煙酰胺配體和配合物的紅外譜圖Figrue 2 Infrared spectra of nicotinamide and complexe

2.3 元素分析

借助電鏡能譜分析,可獲得配合物的元素含量分布。配合物的整體元素分布、配合物的區(qū)域元素分布和面總譜圖分別如圖3～5所示。由圖3～5可知,配合物中含有碳、 氮、 氧和銪等元素。從圖3～4可以看出,銪元素的含量最高,氮元素含量最低,該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與元素分析的結(jié)果一致。根據(jù)能譜儀檢測(cè)數(shù)據(jù)以及元素分析數(shù)據(jù)測(cè)得配合物中碳、 氮、 氧和銪含量的平均值分別為24.46%、 9.73%、 15.78%和50.03%。結(jié)合配合物紅外譜圖和熱重分析曲線等,計(jì)算得到碳、 氮、 氧和銪的理論含量分別為24.66%、 9.59%、 15.64%和50.11%。

圖3 配合物的掃描電鏡圖(a)，配合物中碳(b)、氮(c)、氧(d)和銪(e)的元素分布Figrue 3 Distribution diagrams of complex integrated elements(a) and elements of carbon(b), nitrogen(c), oxygen(d) and europium(e)

圖4 配合物的區(qū)域掃描電鏡圖(a)，配合物中碳(b)、氮(c)、氧(d)和銪(e)的元素分布Figrue 4 SEM image of local complex(a) and Distribution diagrams of elements of carbon(b), nitrogen(c), oxygen(d) and europium(e) in the local complex

圖5 配合物的元素分布Figrue 5 Elemental distribution of complex

2.4 熱重分析

在氮?dú)夥諊?以10 ℃/min的升溫速率,由室溫升到800 ℃,對(duì)配合物進(jìn)行熱重分析,其結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,配合物經(jīng)歷了3個(gè)階段的分解。第一個(gè)階段為25～200 ℃,配合物的質(zhì)量損失率約為8%,這可能是失去了一分子水。第二階段為250～420 ℃,質(zhì)量損失率約為15%,而第三階段溫度范圍為420～700 ℃,質(zhì)量損失率約為19%?？梢钥闯?第二階段和第三階段的質(zhì)量損失率均高于第一階段,其失重可能是由碳鏈骨架斷裂引起的。隨著溫度的升高,TG曲線最終趨于平緩,此時(shí)剩余物氧化銪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總質(zhì)量的58%。綜合以上表征結(jié)果可知,煙酰胺與銪的配比為1 ∶1,因而推測(cè)出配合物的分子式可能為C6H4N2O·Eu·H2O。

Temperature/℃圖6 配合物的TG和DTG曲線Figrue 6 TG and DTG curves of complex

2.5 熒光光譜分析

配合物的熒光發(fā)射光譜如圖7所示。由圖7可知,在394 nm光激發(fā)下,配合物的發(fā)射峰579 nm歸屬于5D0→7F0躍遷,591 nm歸屬于5D0→7F1躍遷,612 nm和618 nm歸屬于5D0→7F2躍遷,693 nm和699 nm歸屬于5D0→7F3躍遷。

λ/nm圖7 配合物的熒光發(fā)射光譜(Ex=394 nm)Figrue 7 Emission fluorescence spectra of complexe(Ex=394 nm)

2.6 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)分析

圖8為煙酰胺和煙酰胺-銪配合物的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖8可知,當(dāng)配合物的濃度為0.016～2.000 mM時(shí),A549細(xì)胞表現(xiàn)出較高的存活率,且存活率均大于90%。煙酰胺配體和配合物對(duì)A549細(xì)胞的影響趨勢(shì)基本一致,表明煙酰胺-銪配合物作為醫(yī)藥微納米材料對(duì)細(xì)胞以及藥物作用的藥效影響較小,因而該配合物可作為一種具有較好生物相容性的生物醫(yī)藥微納米材料。

Concentration/mM圖8 不同濃度的煙酰胺配體和配合物作用下的A549細(xì)胞存活率Figrue 8 Effects of different concentrations of nicotinamide ligand and complex on A549 cells

本文合成了一種新型煙酰胺-銪配合物,根據(jù)表征結(jié)果推測(cè)配合物的分子式可能為C6H4N2O·Eu·H2O。結(jié)果表明:在394 nm激發(fā)波長(zhǎng)下,配合物的發(fā)射峰位于579 nm, 612 nm, 618 nm, 693 nm和699 nm。煙酰胺配體和煙酰胺-銪配合物對(duì)A549細(xì)胞的影響趨勢(shì)基本一致,推測(cè)該配合物作為醫(yī)藥微納米材料對(duì)該A549細(xì)胞影響不大,不存在干擾藥物藥效的作用。