关于锚定在多孔二氧化硅纳米颗粒上的Sn(IV)-磷酰胺复合物的实验和理论研究：作为兼具抗癌和抗腐蚀双重功效的活性剂

磷酰胺修饰磁性多孔硅纳米材料制备及其抗癌和腐蚀抑制性能研究。通过功能化磁性介孔硅材料并引入磷酰胺和锡配合物，成功制备了Fe3O4@SiO2-NH-PO-Sn纳米材料。表征显示材料具有均匀多孔结构和优异磁性能。体外实验表明其抗癌活性显著（IC50分别为186.55和183.63 μg/mL），分子对接显示对SOD1酶高亲和力，蒙特卡洛模拟证实其在青铜表面强吸附特性。

　　

Negar Davoodi Manesh | Niloufar Dorosti | Elham Hoveizi | Rahime Eshaghi Malekshah

伊朗霍拉马巴德洛雷斯坦大学化学系无机化学系，邮编68151-44316。

摘要

通过将磁性介孔二氧化硅纳米颗粒（Fe₃O₄@MCM-41）用3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷功能化，然后与二苯基磷酸酰氯反应，制备出了磷酰胺改性的磁性多孔二氧化硅（Fe₃O₄@SiO₂-NH-PO）。随后，通过加入二甲基锡二氯化物，将锡-磷酰胺复合物固定在磁性纳米复合材料上。采用FT-IR（傅里叶变换红外光谱）、XRD（X射线衍射）、VSM（振动样品磁强计）、BET（布鲁诺尔-埃梅特-特勒法）、SEM（扫描电子显微镜）、EDS（能量色散X射线光谱）、TGA（热重分析）和TEM（透射电子显微镜）等多种方法对这种新型磁性多孔二氧化硅纳米颗粒进行了表征。在体外实验中，评估了该纳米复合材料对A549和HeLa癌细胞的细胞毒性。引入锡-磷酰胺片段显著增强了抗癌效果，A549的IC₅₀值为186.55 μg/mL，HeLa的IC₅₀值为183.63 μg/mL，从而提高了其在未来化疗中的应用潜力。分子对接分析表明，氨基、磷酸基和锡表面的官能团增强了纳米复合材料与人超氧化物歧化酶I（SOD I）的结合亲和力。此外，对Fe₃O₄@SiO₂-NH-PO-Sn纳米颗粒在青铜（100）表面的分子动力学模拟和蒙特卡罗模拟显示，其吸附能为负值，表明吸附主要受化学吸附和物理吸附的共同作用驱动。

引言

顺铂的发现及其在化疗中的显著疗效引起了人们对基于金属的药物作为潜在治疗剂的广泛关注[1,2]。金属药物因其能与DNA、蛋白质和酶等关键生物分子相互作用从而诱导肿瘤细胞死亡而受到广泛研究[3]。如今，介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）作为增强基于金属的药物的治疗效果和生物相容性的支架而受到重视[4]。由于具有较大的表面积、可调的孔隙率、化学稳定性和优异的负载能力，MSNs在提高所负载治疗剂的药理性能方面具有显著优势[5],[6],[7],[8]。一个新兴的研究方向是将基于金属的药物掺入二氧化硅纳米颗粒中，用于潜在的抗癌应用，因为这种混合系统比游离的金属药物具有更好的治疗效果[9]。通过配体和基于金属的药物对MSNs进行功能化以实现靶向递送，已广泛研究了提高系统稳定性和增强其治疗和诊断应用的可能性[10],[11],[12]。 此外，研究还表明，基于二氧化硅的纳米系统比游离的金属药物具有更强的细胞毒性。这种增强效果与癌细胞对二氧化硅颗粒的吸收增强有关[13],[14],[15],[16]。大多数关于用金属药物改性的纳米结构二氧化硅材料的研究主要集中在钛[17,18]、锡[19,20]和铜[21],[22],[23]等金属复合物上。 在这些候选物质中，有机锡化合物显示出良好的抗肿瘤特性，被认为是铂基药物的潜在替代品，有可能降低毒性并提高疗效[24]。含有磷酰胺基团-NHP(O)-的锡复合物已在纳米级和批量规模上制备出来[35,36]，以增强其对多种人类癌细胞系[37,38]、微生物菌株[39,40]的疗效，并作为胆碱酯酶抑制剂[41,42]。这些材料对多种癌细胞系表现出强烈的细胞毒性，在某些情况下还能克服多重耐药性[37,38]。尽管取得了这些进展，但含锡(IV)磷酰胺功能化的多孔二氧化硅系统尚未得到研究，这代表了下一代纳米治疗剂开发中的一个重要研究空白。 除了其生物医学意义外，介孔二氧化硅纳米结构和有机锡化合物还具有内在的化学特性，使其成为抑制腐蚀的理想候选材料。氧、硫和氮等杂原子以及π电子增加了在金属表面的吸附能力，从而减少了金属和合金在盐水和酸性介质中的腐蚀[45,46]。介孔纳米颗粒可作为抑制剂载体，用于制造自修复、耐腐蚀的系统。基于二氧化硅的保护涂层在各种环境条件下非常有效地减少了金属腐蚀[47],[48],[49]。最近的研究还表明，添加少量锡可以增加钢在不同环境条件下的耐腐蚀性[50]。由于吸附行为、电子结构和分子间相互作用是决定腐蚀抑制性能的关键因素，计算方法——特别是蒙特卡罗模拟——为金属表面的吸附能量和有利抑制剂构型提供了宝贵的见解[51,52]。然而，基于锡(IV)磷酰胺的MSNs的腐蚀抑制能力尚未得到研究，这是文献中的一个明显空白。鉴于有机锡磷酰胺系统的双重潜力，本研究旨在合成并表征一种新型的锡(IV)磷酰胺功能化的多孔二氧化硅纳米颗粒（PSNs），即Fe₃O₄@SiO₂-NH-PO-Sn（方案1）。使用MTT试验评估了该材料及其前体的细胞毒性，并针对人超氧化物歧化酶I（hSOD1）进行了分子对接研究，以提供机制上的见解。此外，还进行了蒙特卡罗模拟，以研究合成纳米结构在青铜表面的吸附行为和潜在的腐蚀抑制性能。这种双用途方法旨在证明基于锡(IV)磷酰胺的PSNs可以作为具有抗癌和防腐双重功能的多功能材料。

材料与方法

二甲基锡二氯化物（(CH₃)₂SnCl₂）、二苯基磷酸酰氯、四水合氯化铁(II)（FeCl₂·4H₂O）、六水合氯化铁(III)（FeCl₃·6H₂O）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，99%）、四乙基正硅酸盐（TEOS）和3-(氨基丙基)三乙氧基硅烷（APTES）均从Merck公司购买。样品的FT-IR光谱使用日本Shimadzu FT-IR 8400S光谱仪和KBr颗粒获得。化合物的形态和尺寸通过...

Fe₃O₄@SiO₂-NH-PO-Sn的制备与表征

方案1概述了Fe₃O₄@MCM-41s的逐步合成过程。首先，通过传统的共沉淀技术制备了超顺磁性Fe₃O₄纳米颗粒，然后在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）存在下，通过四乙基正硅酸盐（TEOS）的水解在其表面沉积一层二氧化硅。去除CTAB后，通过与...

结论

通过磷酰胺片段及其Sn(IV)复合物的功能化，成功合成了磁性多孔二氧化硅纳米颗粒（Fe₃O₄@SiO₂-NH-PO-Sn），形成了围绕磁铁矿纳米球的均匀棒状多孔结构。负载了锡-磷酰胺的纳米颗粒表现出显著的抗癌活性，以剂量和时间依赖的方式降低了A549和HeLa细胞的存活率，IC₅₀值分别为186.55 μg/mL和183.63 μg/mL。

未引用的参考文献

[[25],[26],[27],[28],[29],[30],[32],[33],[34],[43,44]]

CRediT作者贡献声明

Negar Davoodi Manesh：撰写——初稿、软件开发、方法学设计、实验研究、数据分析。Niloufar Dorosti：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目管理、方法学设计、实验研究、资金申请、数据分析、概念构思。Elham Hoveizi：数据验证、软件使用、方法学设计、实验研究。Rahime Eshaghi Malekshah：审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、软件使用、方法学设计。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了洛雷斯坦大学的支持。作者衷心感谢该校院长及其他官员的支持。