二茂铁配合物@石墨烯核壳结构与癌细胞作用过程的QCM热动力学研究

The Quartz Crystal Microbalance (QCM) technology allow measurements of thermodynamic parameters between moleculars such as carbohydrate-protein, protein-protein or guest-framework. This method is real-time, fast and consumes small amount of samples, which can provide useful thermodynamic information for selecting drug. Our project concerns with the ferrocene complex@graphene core-shell structures: Function-oriented synthesis and thermal dynamics study.The size and morphology of core-shell strcture can be characterized by TEM, SEM and AFM. The anticancer activity for cancer cells such as HeLa can be obtained by cytotoxicity test. The thermodynamic parameters for the interactions between core-shell structures and cancer cell can be monitored by QCM in the way of targeted modification and loading cell on a chip. Data (the association and dissociation rate constants, the equilibrium constant) will be obtained by full kinetic analysis at four different temperatures and final parameters (changes in enthalpy , entropy and Gibb's free energy) will be calculated using a Van't Hoff plot. From the data we obtained, we can discuss the relationships between the anticancer activity and the thermodynamic data, then give a prospect for the drug selection .

石英晶体微天平(QCM)能够实时、快速、低样品消耗监测分子间相互作用过程并给出热动力学参数，作为一种新型生物传感器为药物筛选提供准确的热动力学信息。本项目拟设计合成系列新型二茂铁配合物@石墨烯核壳结构(@左侧为核，右侧为壳)，通过TEM、SEM及AFM对其尺寸和形貌进行表征。采用细胞毒性实验研究其对HeLa等癌细胞的抗癌活性，在得出活性规律的基础上，将癌细胞负载到芯片上，通过QCM实时监测四个温度下系列核壳结构与癌细胞作用过程，获得结合及解离速率常数，通过两者比值求出四个温度下作用过程的平衡常数，并由范特霍夫公式及作图法，进一步求出焓变、熵变及吉布斯自由能变。通过数据分析，探讨核壳结构的抗癌活性和热动力学数据的关系，对抗癌活性进行综合评估，进而对活性/非活性核壳结构药物筛选进行展望。

合成八种基于二茂铁的配体，分别为L1、L2、L3、L5、L6、L7、L8和L10，通过IR 和1H NMR确定其结构。通过微波法、水热法或溶液法，得到了配体L1、L5和L6以及配合物[Mn(C16H16FeN2O2)4(H2O)2]Cl2 1、[Co(C16H16FeN2O2)4(H2O)2](NO3)2•3H2O 2、 [Ni(C22H14F6FeN4O4)(H2O)4] 5a、[Mg(C22H14F6FeN4O4)(H2O)4]•3H2O 5b、[Ba(C22H14F6FeN4O4)(H2O)3] 5c和[Na2(C22H14F6FeN4O4)(H2O)8]•2H2O 5d的单晶。通过单晶X-射线衍射确定其晶体结构，在探讨配合物结构规律的基础上，利用反向微乳液法进一步合成了系列WFCs@SiO2、WFCs@SiO2@GA、WFCs@SiO2@GA@GO、WFCs@SiO2@GA@GO@CHI、WFCs@SiO2@GA@GO@CHI@HA及WFCs@SiO2@GA@RGO@CHI@HA核壳结构纳米载药体系。通过SEM及TEM对其尺寸和形貌进行表征。采用细胞毒性实验并通过细胞形貌观察研究其对HepG2等癌细胞的抗癌活性。实验结果表明配合物5c的抗癌效果优于5a和5b，其IC50值为574.8 ± 7.4 μM。通过纳米载体修饰后，配合物的细胞毒性均有所增强。5a包封后细胞毒性增强最为显著。对比系列核壳结构，具有较好的生物相容性、独特的pH响应能力及靶向性的5a@SiO2@GA@RGO@CHI@HA的细胞毒性最好。在得出活性规律的基础上，将癌细胞负载到芯片上，通过石英晶体微天平实时监测5a@SiO2@GA@RGO@CHI@HA和5a@SiO2@GA@GO@CHI@HA核壳结构与癌细胞作用过程。研究表明，5a@SiO2@GA@RGO@CHI@HA与癌细胞作用时的QCM共振频率变化上升，而且在上升一段时间后频率维持稳定，这表明目标二茂铁配合物@石墨烯核壳结构可以与癌细胞表面受体发生相互作用，并且在一定时间内不会脱离。该项目在二茂配体和配合物的合成、晶体结构、抗癌活性以及二茂铁配合物@石墨烯核壳结构的抗癌研究（QCM）等方面及均取得了一定的研究进展，对于低成本的非铂类二茂铁金属配合物抗癌药物的研发和进一步应用提供坚实的理论依据并具有重要的指导意义。