pH响应型DNA/ZIF-8/二氧化硅分级多孔材料的构建及其在靶向递送中的应用

本研究针对病理组织靶向递送需求，开发了一种基于MCM-41型二氧化硅微球负载ZIF-8金属有机框架的pH响应型载体系统。通过水相环境友好合成策略，实现了ZIF-8在硅胶表面的可控生长，并利用DNA分子作为生物相容性孔道封堵剂。研究发现，酸性环境（pH 5.5）或高磷酸盐浓度可触发DNA快速释放，为炎症性疾病治疗提供了新型智能递送平台。

　　

在生物医学领域，如何实现治疗药物在病理组织的精准释放一直是重大挑战。炎症部位特有的酸性微环境（pH≈5.5）与正常组织（pH≈7）的差异为智能递送系统设计提供了天然触发开关。传统介孔二氧化硅载体虽具有高比表面积和可调孔径优势，但其表面负电荷特性导致与带负电的DNA分子亲和力低下，严重制约了核酸药物的装载效率。

乌克兰研究人员Nadiia V. Roik团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究中，创新性地将沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8与MCM-41型二氧化硅复合，构建了具有pH响应特性的分级多孔系统。该工作通过环境友好的水相合成法，在室温条件下实现了ZIF-8菱形十二面体晶体在硅胶表面的可控生长，并系统考察了表面硅羟基与3-氨丙基对DNA吸附-释放行为的调控作用。

关键技术方法包括：低温氮气吸附脱附表征多级孔结构，X射线衍射（XRD）分析晶体构型，扫描电镜（SEM）观测形貌演变，以及在不同pH磷酸盐缓冲体系中评估DNA吸附动力学。通过对比ZIF-8/MCM-41与ZIF-8/NH₂-MCM-41的性能差异，揭示了材料表面化学性质对生物分子装载的关键影响。

Results and discussion

1. 多孔结构表征显示：原始MCM-41的IV型等温线证实其典型介孔特征，比表面积达980 m²/g。ZIF-8修饰后材料新增微孔结构，复合载体比表面积提升至1200 m²/g，形成分级孔道系统。
2. XRD图谱中2θ=7.3°、12.7°的特征峰证实ZIF-8的成功合成，SEM显示均匀分布的菱形十二面体晶体（粒径≈200 nm），其暴露的Zn²⁺位点提供DNA吸附活性中心。
3. DNA吸附实验表明：ZIF-8修饰使载体吸附容量提升3倍，中性pH下最大吸附量达85 μg/mg。酸性环境（pH 5.5）中，ZIF-8骨架溶解导致DNA释放速率较中性条件加快5倍，12小时内释放率达92%。

Conclusions
该研究开创性地将金属有机框架的pH响应特性与二氧化硅载体的结构优势相结合，通过ZIF-8晶体表面密集的Zn²⁺位点显著提升DNA装载效率。特别值得注意的是，材料在病理相关酸性条件下的快速响应行为，使其能精准区分炎症与正常组织。这种"环境触发-靶向释放"机制为基因治疗载体设计提供了新思路，其水相合成策略更具绿色化学优势。未来通过调控ZIF-8晶体尺寸与表面官能化程度，可进一步优化载体的药物控释性能。