《Inorganic Chemistry Communications》：Innovative pH-responsive C-Fe?O?@ZIF-8 composites: A dual-advantage approach for enhanced drug delivery and environmental sustainability
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本研究通过响应面法优化C-Fe?O?@ZIF-8复合材料合成条件，显著提升多柔比星在pH5.0下的累计释放效率（40.8%→61.1%），结构表征证实材料形貌与晶型优化增强了pH响应特性及活性位点，为环保抗生素管理提供新策略。
魏星|叶雅玲|蔡婉玲|陈祖良
福建省污染控制与资源再生重点实验室，福建师范大学环境与资源科学学院，福建省福州市350117
摘要
像盐酸多柔比星（DOX）这样的抗生素在医学上被广泛使用，但它们在环境中的残留物对人类健康和生态系统构成了风险。本研究采用响应面方法（RSM）优化了C-Fe?O?@ZIF-8复合材料的合成，以提高DOX的释放效率，从而减轻抗生素对环境的污染。在优化条件下（37°C，pH 5.0），C-Fe?O?@ZIF-8复合材料的DOX累积释放量显著增加，从40.8%提高到61.1%。pH响应性释放进一步验证了优化策略的有效性。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）的表征显示，材料从菱形十二面体晶体转变为更稳定的球形颗粒，并且结晶度得到提高。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）证实，材料表面的活性位点和含氧官能团增加，这有助于提高药物释放效率。这些发现为优化C-Fe?O?@ZIF-8用于药物递送提供了宝贵的见解，推动了环保型抗生素管理策略的发展。
引言
近年来，盐酸多柔比星（DOX）不仅作为临床实践中广泛使用的抗癌药物，也被认为是日益严重的环境污染物[1]。研究表明，人体对 antibiotics 的吸收和利用效率较低，大约70%的活性成分通过尿液和粪便排出[2]。因此，大量抗生素进入城市水循环，对人类和生态系统健康构成潜在风险[3]。解决DOX引起的污染需要从末端处理到源头控制的各种干预措施，以提高药物的生物利用度并减少其进入环境水中的量。
尽管有多种技术可用于从废水中去除DOX，如吸附和光降解[4,5]，但高昂的处理成本和复杂的技术仍然存在挑战。研究人员越来越关注可控的局部药物释放系统，以减少患者体内的药物排泄。纳米载体，特别是脂质体和水凝胶，在药物递送应用中显示出潜力[6,7]。然而，脂质体在实际应用、可制造性和技术稳定性方面存在挑战，而水凝胶则面临药物不稳定性和相关副作用的问题[8,9]。因此，迫切需要开发一种新型药物释放载体，能够将抗癌药物靶向递送到受影响的器官并实现持续释放。
通过环保方法合成的Fe?O?纳米颗粒，尤其是使用植物提取物进行的生物合成方法，特别适用于生物医学应用[10]。这得益于它们的生物相容性和磁靶向药物递送的巨大潜力，使其成为此类治疗的有希望的候选材料。此外，金属有机框架（MOFs）材料广阔的比表面积和出色的稳定性引起了研究人员的极大兴趣[11]。在之前的研究中，我们开发了一种新型的多孔磁性药物载体C-Fe?O?@ZIF-8，结合了这两种材料的优势[12]。尽管在模拟体液条件下表现出稳定性，并具有双重pH和温度响应能力，但C-Fe?O?@ZIF-8的药物释放效率仍不理想[13]。因此，我们采用了响应面方法（RSM）这一统计技术来优化C-Fe?O?@ZIF-8复合材料的药物释放性能。RSM通过建模将实验数据拟合到适当的算法中，有助于确定最佳操作条件[14]。本研究的主要目标是解决以下知识空白：（1）优化后的C-Fe?O?@ZIF-8复合材料的组成，阐明其形态、物理和化学性质的变化以及潜在的合成机制；（2）影响药物释放效率提高的因素。
基于先前的研究，C-Fe?O?@ZIF-8作为药物释放载体显示出良好的潜力，尽管需要在释放效率和生物利用度方面进行改进[12,13]。本研究旨在通过RSM优化C-Fe?O?@ZIF-8复合材料，以提高其DOX的释放性能。将通过在不同条件下研究优化后复合材料的DOX释放曲线来评估优化的可行性。利用先进的表征技术，对优化前后C-Fe?O?@ZIF-8的形态、元素组成和物理化学性质的变化进行表征，以阐明差异。最后，本研究阐明了C-Fe?O?@ZIF-8复合材料提高DOX释放效率的机制。
材料与化学品
盐酸多柔比星（DOX）购自中国Macklin Biochemical Co., Ltd.。甲醇（CH?OH）和六水合三氯化铁（FeCl?·6H?O）购自中国Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd.。六水合硝酸锌（Zn(NO?)?·6H?O）和2-甲基咪唑（C?H?N?）购自上海Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.。无水醋酸钠（CH?COONa）购自中国Xilong Science Co., Ltd。Excoecaria cochinchinensis叶片来源于
RSM分析
RSM确定了影响药物释放效率的关键因素。该模型帮助我们在多次实验中寻找最佳合成反应条件。实验和模型预测的DOX释放效率通过ANOVA进行分析，结果见表2。RSM分析后，研究了DOX释放效率与独立变量Fe剂量、炭化温度和炭化时间之间的关系
结论
使用RSM模型中的CCD方法优化了C-Fe?O?@ZIF-8的合成条件，从而提高了其磁化强度和pH响应性。优化后，C-Fe?O?@ZIF-8在pH 5.0时的DOX累积释放效率显著提高，从40.8%增加到61.1%。这种pH响应性的DOX控制释放证实了优化对实际应用的重要影响。优化前后复合材料的对比表征
CRediT作者贡献声明
魏星：撰写——原始草稿、方法学设计、实验研究、数据整理。叶雅玲：验证、资源协调、实验研究。蔡婉玲：撰写——审稿与编辑、项目监督、实验管理。陈祖良：撰写——审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念构思。
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的研究结果。
致谢
感谢中国福建师范大学（Z0210509）的人才建设基金的支持。
魏星毕业于福建师范大学，目前是环境与资源科学学院的环境工程硕士研究生。她的研究方向是功能材料的合成与应用。
