具有光催化活性的Cd(II)配合物抑制革兰氏阳性菌生长对细菌感染的治疗和护理价值

摘要

这里介绍的是一种基于三核团簇的Cd（II）化合物，即，{[（CH_3.)_2.NH_2.][Cd_6.K (bdc)_6.（btz）_3.(H_2.O)_6.]}_N(1.H_2.通过x射线单晶衍射分析、元素分析、x射线粉末衍射分析和热重分析，确定了bdc =对苯二甲酸，Hbtz = 1h -苯并三唑)的结构。值得注意的是,化合物1.在紫外光照射下对MV的降解表现出良好的光催化活性。此外，还对该化合物对细菌感染的生物活性进行了评价，并对其作用机理进行了研究。ELISA法检测TNF-α和il - 1β经复合处理后释放到血浆中。然后采用实时RT-PCR检测细菌存活基因的相对表达量。

1.介绍

医院是患者密集的场所，医院环境最容易受到病原微生物的污染，为疾病的传播提供了外部条件，促进了医院感染的发生[1.]．医院感染给社会和个人带来严重危害。近二十年来，医院耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的发生率逐年上升，可引起院内感染暴发，死亡率高达50% [2.,3.]基于Cd的配合物具有多种生物活性，如抗癌和抗炎活性[4.]．因此，我们进一步评价了新化合物的抗菌活性。

金属-有机框架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)具有独特的拓扑结构、高的比表面积和孔隙度，以及可调谐的孔隙结构，在发光传感器、离子交换、多相催化、气体存储和分离等方面具有巨大的应用潜力。5.–9]．目前，基于mof的光催化剂由于其高催化效率和环保经济的光催化降解废水中存在的有机染料污染物而成为当前的研究热点[10–13]．因此，如何合理设计和合成能有效吸附UV/UV- vis /visible光的MOFs成为合成化学家的难题。MOFs的这种吸收紫外/紫外-可见/可见光的特性与具有合适官能团、刚性和对称性的有机配体密切相关。根据报道，混合配体策略被认为是构建可作为水净化光催化剂的目标MOFs最有效的方法之一[14]．这种方法的有机构建块是两种功能不同的配体的组合，也称为酸碱混合配体体系。近年来，n给体配体与多羧酸配体的结合常被用作构建具有潜在功能的MOFs的酸碱混合配体体系[15–18]．

基于上述考虑，在本研究中，我们选择1H苯并三唑和对苯二甲酸作为有机构建骨架，因为1H苯并三唑和对苯二甲酸与金属离子的协同作用可能导致基于多核簇的构建亚基[19]．在溶剂热条件下，1h -苯并三唑与对苯二甲酸以及Cd(II)离子的自组装成功获得了新的三核[Cd_3.(btz)(首席运营官)_4.]聚类化合物，即{[(CH_3.)_2.NH_2.][Cd_6.K (bdc)_6.（btz）_3.(H_2.O)_6.]}_N(1.H_2.bdc =对苯二甲酸，Hbtz = 1h -苯并三唑，方案1.）.x射线结构分析揭示了该化合物1.有一个6连接的3D框架吗pcu拓扑。本文介绍了其合成方法、晶体结构及光催化性能1.将被详细描述。在生物部分，阐述了该化合物的应用价值金黄色葡萄球菌评估细菌感染情况，并探讨其机制。ELISA检测结果表明，该化合物能显著降低TNF-的含量α和il - 1β释放到等离子体。此外，实时RT-PCR数据表明，该化合物还表现出细菌存活基因的表达。

2.实验性

2.1.材料和设备

开始的化学试剂是购买的商业和使用没有进一步的净化。C、H和N元素用perkins - elmer 240元素分析仪测定。功率x射线衍射记录与Bruker AXS D8先进自动化衍射仪铜/铜K辐射( Å)。采用NetzschSTA499C积分热分析仪，在N_2.以10°C/min的升温速率从30°C到800°C。单晶x射线衍射分析使用计算机控制的牛津Xcalibur E衍射仪与石墨单色化Mo/Kα辐射( 一个)。

２.２.{((CH的综合_3.)_2.NH_2.][Cd_6.K (bdc)_6.（btz）_3.(H_2.O)_6.]}_N

Cd(NO_3.)_2.h·4_2.O (0.2 mmol, 0.062 g)， KNO_3.(0.05更易),H_2.bdc (0.2 mmol, 0.036 g)、Hbtz (0.2 mmol, 0.024)、DMF (3 mL)、浓硝酸(1滴)置于20 mL小玻璃瓶中，110℃加热36 h，然后以2℃/min的速度冷却至室温。无色嵌块晶体产率为35%，以Cd(NO_3.)_2.h·4_2.o .肛门。计算的。(%)1.C₆₂H₅₂光盘_6.KN_7.O_30.(2088.65)如下:C, 35.62;H, 2.49;和N, 4.69%。发现(%)如下:C, 35.64;H, 2.47;和N, 4.71%。

2.3.结构确定

的单晶结构1.采用对偶直接法求解，并采用基于使用SHELXL-2014程序[20.]．所有的H原子都在其理想位置产生，而结构中的所有非氢原子都是各向异性细化的。的详细晶体数据和结构改进1.汇总于表1.．选择键长(Å)和角度(°)1.列于附表S1．

2.4.光催化实验

50毫克的粉末样品1.加入100ml的10mg·L^－1然后，悬浮液在黑暗中磁搅拌约2分钟 h建立吸附-解吸平衡，然后利用XPA-7型光化学反应器进行光催化实验 W-Hg（365 纳米）灯 每隔15分钟取出mL反应混合物，通过离心进一步分离，然后，使用紫外-可见分光光度计测量MV的特征电子吸收带，并使用紫外-可见吸收光谱仪分析所得溶液。

2．5．ELISA试验

本研究采用ELISA检测试剂盒检测TNF-的含量α和il - 1β经复合处理后释放到血浆中。这种传导完全是在指令的基础上完成的，只做了一点修改。总之，本研究使用的BALB/c小鼠50只，购自中山大学实验动物中心(ZSXK 2020-0017)。10^8.CFU金黄色葡萄球菌将细菌细胞注射到小鼠体内诱导金黄色葡萄球菌细菌感染模型。然后，分别以1 mg/kg、2 mg/kg和5 mg/kg浓度给药。最后采集不同动物的血浆和TNF-α和il - 1β采用ELISA检测试剂盒测定血浆释放量。

2.6。实时rt - pcr

在感染模型构建和复合治疗后，进一步进行实时RT-PCR金黄色葡萄球菌确定细菌存活基因的相对表达水平。严格按照说明完成此传导，但变化不大。总之，10^8.CFU金黄色葡萄球菌收集细菌细胞并将其接种到6孔细胞培养板中；然后，以10%的浓度给予化合物进行处理 纳克/毫升，20 ng/mL和50 ng/mL。随后，收集细菌细胞，并通过TRIZOL试剂提取细菌细胞中的整个RNA。测量整个RNA浓度后，将该浓度反转录到cDNA中。最后金黄色葡萄球菌采用实时RT-PCR检测细菌存活基因的相对表达量gapdh作为内部控制基因。

3.结果和讨论

３．１．晶体结构

x射线衍射分析1.表明它在单斜晶中结晶P2._1./c空间群，显示了包含3个Cd(II)离子、1 / 2个K的不对称单元的三维框架⁺离子,三下死点^2－配体,一个btz^-配体，三个配位水分子和半无序NH_2.(CH_3.)⁺未进行良好建模的阳离子。如图所示1（a）， Cd1呈五角形双锥体结构，四个羧酸氧原子和一个氮原子位于赤道平面，一个羧酸氧原子和一个末端水分子位于轴向位置。Cd2和Cd3是六配位的扭曲八面体配位几何。对于Cd2，扭曲的八面体是由三个羧酸氧原子和一个氮原子在赤道平面，另一个羧酸氧原子和一个水配体在轴位。对于Cd3，扭曲的八面体由三个羧酸氧原子和一个氮原子在赤道平面和另外两个羧酸氧原子在轴位定义。K1离子是六配位的，四个水配体在平伏平面，两个羧酸氧原子在轴位，提供一个八面体。Cd-O距离为2.244(5)-2.611(7)Å， Cd-N距离为2.263(6)-2.279(6)Å， K-O距离为2.239(13)-2.828(9)Å，均处于正常范围[21]．的下死点^2－配体显示两种不同的配位模式，如图所示。S1晶体独立的三个Cd（II）离子由一个btz桥接^-配体和四个羧酸基团，形成一个三核[Cd_3.(btz)(首席运营官)_4.]群集与普通Cd^…Cd距离为3.65 Å（图2（b））.这种以三核簇为基础的构建亚基进一步由pdc连接在一起^2－配体和[KO_6.]八面体，形成3D框架（图2 (c)）.在这个三维框架中，每个三核簇与六个相邻的相同的核相连通过六个pdc^2－配体。从拓扑学的角度来说，这个三维框架1.能还原成六连吗pcu点符号为{4的拓扑网络^12.6.^3.}通过观察三核[Cd_3.(btz)(首席运营官)_4.]集群为6连接节点和配电柜^2－配体作为线性连接器(图2 (d)）.

３.２．粉末x射线衍射图和热重分析(TGA)

通过PXRD实验结果如图所示1（a），可以观察到基于合成体样品的实验图与基于单晶衍射数据的模拟图吻合较好，表明相纯度较好。此外，我们也研究了热行为1.在30到800°C的氮气环境下。如图所示1（b），从骨架中释放出协调的水分子1.在96-125°C的温度范围内发生，失重率为5.19% (Calcd: 5.17%)，且无溶剂化合物在302°C前表现出良好的稳定性。最后，从302°C到439°C的显著失重对应着有机配体的分解。

３．３．光催化性质

根据基于Cd(II)的MOFs的报道，我们发现它们大多数在UV或可见光下都表现出良好的光催化降解有机染料的活性[22,23]．其中，光催化性能1.通过选择甲基紫(MV)作为模型污染物进行估计。选择MV在580 nm处的特征吸收峰来监测光催化过程。在相同条件下，也进行了不含1光催化剂的对照实验。在…面前1.， 580 nm处的吸收强度随着紫外光照射时间的增加而逐渐减弱(图5)3(一个)）.根据图 与辐照时间( )（图3 (b))，可以计算出溶液中约有90.6% MV在有1.，溶液中只有13.3% MV被光降解1.，表明具有良好的光催化活性1.对MV在紫外光照射下的降解进行了研究。MV的光催化反应符合的一级动力学方程 (和为MV溶液的初始浓度和辐照时MV溶液的浓度 , 速率是常数吗是常数)，速率常数由的线性拟合得到 与辐照时间( )是0.03273分钟^－1（图2 (c)）.光催化反应前后的PXRD谱图无显著差异，说明该催化剂具有良好的结构稳定性1.在光催化过程中(图1（a））.此外，我们还在相同条件下连续进行了4次实验，第四次实验后，MV的降解效率仍然保持在90%以上(图)3 (d))，表明其光催化活性1.对于MV的退化是稳定的。

3．4．显著降低TNF-α和il - 1β化合物处理后释放到血浆中

在合成了结构新颖的化合物后，对其生物活性进行了评价，并对其机理进行了探讨。因此，本实验采用ELISA检测试剂盒检测化合物对IL-1的抑制活性β和肿瘤坏死因子-α水平释放到血浆。结果如图所示4.，我们可以看到模型组IL-1明显增强β肿瘤坏死因子水平与肿瘤坏死因子-α释放到血浆中的浓度，与对照组相比 ．然而，在新化合物IL-1治疗后β肿瘤坏死因子呢-α释放到血浆中的含量明显受到抑制。这种新化合物的抑制表现出剂量依赖性。

3.5.显著抑制金黄色葡萄球菌化合物处理后细菌存活基因的相对表达

在上述实验中，我们证实了该化合物对IL-1的释放具有良好的抑制活性β和肿瘤坏死因子-α以剂量依赖的方式进入血浆。此外，该化合物的抑制活性金黄色葡萄球菌实时RT-PCR检测细菌存活基因的相对表达量。图中的结果5.与对照组相比，该复合物能明显下调细胞凋亡金黄色葡萄球菌细菌存活基因的相对表达。这种抑制表现出剂量依赖性。

4.结论

综上所述，以H为配体，在溶剂热条件下合成了一种新的Cd(II)化合物_2.下死点和Hbtz。x射线结构分析表明，它具有三核的三维框架[Cd_3.(btz)(首席运营官)_4.]基于集群的子单元，可以简化为6个连接的子单元pcu通过将三核簇看作6连接节点和BDC的拓扑网络^2－配体作为线性连接体。在紫外光照射下，该化合物对MV的降解表现出良好的光催化活性，经过4个循环后，MV的降解效率仍保持在90%以上。ELISA检测结果表明，该化合物能显著降低TNF-的含量α和il - 1β释放到等离子体。此外，实时RT-PCR数据表明，该化合物还表现出细菌存活基因的表达。结果表明，该化合物有潜力成为一种很好的候选化合物金黄色葡萄球菌通过抑制IL-1治疗细菌感染β和肿瘤坏死因子-α释放。

数据可用性

表显示了配合物1的键长和角度(表S1)可在有关资料档案中找到。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

这项工作得到了深圳大学综合医院自然科学基金、深圳大学临床医学院（SUGH2018QD047）和深圳省基础科学研究重点项目深圳科技创新委员会（JCYJ20150402111430617）的资助。

补充材料

表S1：选择的键长（Å）和角度（°）1.．图S1:配电柜的协调模式^2－配体的1.．(补充材料)

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