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. 江西中醫藥大學 實驗動物科技中心,江西 南昌 330004; 2. 江西中醫藥大學 中醫基礎理論分化發展研究中心 江西省中醫病因生物學重點實驗室,江西 南昌 330004; 3. 井岡山大學 數理學院,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程,對維持細胞正常生命活動起著重要作用。臨床上,煙酰胺廣泛應用于痤瘡[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輸,能加速黑色素細胞中黑素小體的運動[7-8]。外用煙酰胺可增加角質層中神經酰胺的含量,增強皮膚的屏障功能,減少水分流失,因而具有良好的護膚效果。煙酰胺具有抗炎[9]、抗氧化[10]和DNA修復[11-12]等藥理作用,在心腦血管疾病[13-15]、呼吸系統疾病[16]和免疫系統疾病等方面均具有良好的應用前景。

自18世紀末瑞典科學家發現稀土元素以來,稀土元素已廣泛應用于熒光材料[17-20]、電光源材料、永磁材料、儲氫材料[21-23]、催化材料[24]、激光材料[25]、超導體材料[26-27]和光纖材料[28-29]。稀土具有較好的發光性能,但同時具有一定的毒性[30-32]。銪作為稀土元素之一,具有較好的發光性能[33-34],同時具有與微量元素相似的性質,而適量的稀土元素可以促進生物體的生理功能[35-36]。此外,稀土元素在發光材料、生物醫藥等領域也有著潛在的應用價值[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煙酰胺-銪配合物的結構進行表征與熒光特性分析,并進行了體外細胞實驗的研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

DT5-2B型低速離心機;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,實驗用水為二級純水。

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內襯聚四氟乙烯反應釜中,然后加入10.0 mL無水乙醇,室溫條件下攪拌反應15 min。待反應物與溶劑混勻后密封,于160 ℃的烘箱中反應24 h。自然冷卻至室溫,反應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 體外細胞實驗

參照本課題組前期實驗方案[38],將對數期的肺癌人肺泡基底上皮細胞(A549細胞)接種于96孔板中,每孔100 μL,細胞濃度為105個/mL。倒置顯微鏡觀測細胞貼壁后,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),設置對照組與調零組,每組設置3個復孔。培養48 h后將上清液吸去,避光條件下加入新配制檢測液(90%培養液和10% CCK8試劑),培養2 h后,用酶標儀檢測450 nm處波長,根據實驗結果計算配合物作用下A549細胞的存活率。

2 結果與討論

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)可以發現,樣品為固定的、大小不均一的微納米球。圖1(a)～(c)為掃描電鏡倍數逐漸變大的配合物納米微球,根據尺寸比例可知,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。通過對比可以發現,煙酰胺和銪形成配合物后,在3355～3150 cm-1處酰胺N—H伸縮振動峰消失,表明煙酰胺的酰胺基中的氮氫鍵在形成配合物時發生斷裂。此外,還可以發現煙酰胺在形成配合物后,C=O伸縮振動峰由1680～1630 cm-1遷移至1600～1560 cm-1,推測金屬離子銪與煙酰胺中的酰胺基發生配位,使得酰胺鍵在紅外譜圖上的吸收峰發生移動。

圖1 不同放大倍數下配合物的SEM照片Figrue 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,該實驗數據與元素分析的結果一致。根據能譜儀檢測數據以及元素分析數據測得配合物中碳、 氮、 氧和銪含量的平均值分別為24.46%、 9.73%、 15.78%和50.03%。結合配合物紅外譜圖和熱重分析曲線等,計算得到碳、 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

在氮氣氛圍下,以10 ℃/min的升溫速率,由室溫升到800 ℃,對配合物進行熱重分析,其結果如圖6所示。由圖6可知,配合物經歷了3個階段的分解。第一個階段為25～200 ℃,配合物的質量損失率約為8%,這可能是失去了一分子水。第二階段為250～420 ℃,質量損失率約為15%,而第三階段溫度范圍為420～700 ℃,質量損失率約為19%。可以看出,第二階段和第三階段的質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,此時剩余物氧化銪的質量分數占總質量的58%。綜合以上表征結果可知,煙酰胺與銪的配比為1 ∶1,因而推測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

配合物的熒光發射光譜如圖7所示。由圖7可知,在394 nm光激發下,配合物的發射峰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 配合物的熒光發射光譜(Ex=394 nm)Figrue 7 Emission fluorescence spectra of complexe(Ex=394 nm)

2.6 細胞實驗分析

圖8為煙酰胺和煙酰胺-銪配合物的體外細胞實驗結果。由圖8可知,當配合物的濃度為0.016～2.000 mM時,A549細胞表現出較高的存活率,且存活率均大于90%。煙酰胺配體和配合物對A549細胞的影響趨勢基本一致,表明煙酰胺-銪配合物作為醫藥微納米材料對細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,根據表征結果推測配合物的分子式可能為C6H4N2O·Eu·H2O。結果表明:在394 nm激發波長下,配合物的發射峰位于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A549細胞的影響趨勢基本一致,推測該配合物作為醫藥微納米材料對該A549細胞影響不大,不存在干擾藥物藥效的作用。