氨基酸-铁纳米组装体的构筑及组装动力学研究

doi:10.7503/cjcu20240385

摘要/Abstract

摘要：

通过超分子相互作用构筑了以β-羟基氧化铁为结构基元的氨基酸-铁纳米组装体，并探究了其在不同温度下的组装动力学，明确了温度对其成核、生长及组装过程的影响. 通过优化组装条件，制备了长度为179.1 nm，宽度为36.1 nm的梭形纳米组装体，其中总铁（Fe）含量达到49.6%，络合Fe含量占32.1%. 细胞实验结果表明，所制备的氨基酸-铁纳米组装体可以被人膀胱移行细胞癌T24细胞高效内吞，并显著抑制其增殖，半数最大抑制浓度（IC₅₀）为163.8 μg/mL，展现出优异的肿瘤治疗潜力，在纳米药物领域具有很广阔的研究前景.

关键词: 氨基酸, 羟基氧化铁, 纳米组装体, 组装动力学, 生物医用材料

Abstract:

We employed supramolecular interactions to fabricate amino acid-iron nano-assemblies using β-iron hydroxide oxide as the building block. The dynamics of assembly at various temperatures was investigated， shedding light on how temperature influences the nucleation， growth， and assembly processes. By optimizing the assembly conditions， a shuttle-shaped nano-assembly with a length of 179.1 nm and a width of 36.1 nm was successfully prepared， featuring a total iron（Fe） content of 49.6%， with complex Fe accounting for 32.1%. Cell experiments demonstrated that this unique amino acid-iron nano-assembly could be efficiently uptaken by human bladder transitional cell carcinoma T24 cells and inhibited their proliferation， with a half maximal inhibitory concentration （IC₅₀） of 163.8 μg/mL. These findings suggest that the nano-assembly possesses excellent tumor therapeutic potential and holds significant promise for research in the field of nanomedicine.

Key words: Amino acid, Hydroxy iron oxide, Nano-assembly, Assembly kinetics, Biomaterial

中图分类号:

O635.1

TrendMD:

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图/表 11

Fig.1 UV⁃Vis spectra of nano⁃assemblies at different reaction times under 20 ℃(A), 30 ℃(B), 40 ℃(C) and 50 ℃(D)

Fig.2 TEM images of nano⁃assemblies prepared at different temperatures and timeInset： high⁃resolution TEM image of one β⁃FeOOH nucleus. Time: (A1—A4) 4 h; (B1—B4) 12 h; (C1—C4) 24 h; Temperature: (A1—C1) 20 ℃; (A2—C2) 30 ℃; (A3—C3) 40 ℃; (A4—C4) 50 ℃.

Fig.3 UV⁃Vis absorption profiles of nano⁃assemblies vs. time at 300 nm

Table 1 Values of rate constant k for each reaction step fitted from Eq.(1)

Temperature/℃	10²k_Step1/（lnh）^-1	10²k_Step2/（lnh）^-1	10²k_Step3/（lnh）^-1
20	1.50	1.95	1.89
30	5.07	4.44	1.09
40	8.60	8.30	0.72
50	10.94	7.28	0.12

Fig.4 XPS spectra of nano⁃assemblies prepared at 20 ℃(A), 30 ℃(B), 40(C) and 50 ℃(D)

Table 2 Percentage of integral peak areas of different Fe binding states in XPS spectra of nano-assemblies at different temperatures

Sample	Percentage of integral peak area（%）
Sample	20 ℃	30 ℃	40 ℃	50 ℃
β⁃FeOOH	27.4	24.7	32.6	34.7
β⁃FeOOH	28.1	28.6	26.5	30.1
Fe—COOH	24.0	24.9	21.1	18.8
Fe—NH₂	20.5	21.8	19.8	16.4

Fig.5 XRD patterns of nano⁃assemblies after reaction at different temperatures for 24 h

Fig.6 Fe(A), N(B), O(C) and merge(D) mapping images of amino acid⁃iron nano⁃assembly detected by TEM

Fig.7 TGA curve of amino acid⁃iron nano⁃assembly tested from 100 to 800 ℃

Fig.8 Uptake of Fe tested by ICP⁃MS after incubating with nano⁃assembly for 0, 1, 3, 6, 12 and 24 hThe statistical data are represented as mean±SD(n=3； NS： no significant difference； *P <0.05).

Fig.9 Relative cell viability of T24 cells(A) and Ealy926 cells(B) tested by the CCK⁃8 assay after incubating with specific concentrations of nano⁃assembly for 24 hThe statistical data are represented as mean±SD(n=3).

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