在当今癌症治疗领域，开发安全且高效的药物输送系统依然是一个重大挑战。肿瘤细胞的快速增殖和对传统治疗手段的抵抗性，使得寻找创新性的治疗策略变得尤为迫切。在这一背景下，金属-有机框架（MOFs）因其独特的结构和优异的性能，逐渐成为生物医学应用中的重要材料。特别是基于铁的MOFs，因其良好的生物活性和生物相容性，受到了广泛的关注。本研究中，我们合成了一种混合配体的铁基MOF，即MIL53(Fe)/MIL53(Fe)NH₂，并将其功能化为两种生物活性分子，3-氨基-1,2,4-三唑（Triazole）和没食子酸（GA），分别形成了T@MOF和G@MOF复合材料。通过多种分析技术对所制备的材料进行了详细表征，证实了客体分子成功地被引入MOF结构中，而没有导致母体MOF结构的破坏。蒙特卡洛模拟进一步揭示了MOF通道中对客体分子的有利吸附能量和多种氢键相互作用，支持了实验数据。尤为重要的是，DNA结合实验采用紫外-可见光谱、荧光猝灭、粘度测量和热变性分析等方法，展示了强烈的插入式结合模式。其中，T@MOF对小牛胸腺DNA表现出最高的结合亲和力（Ka=5.86×10³ mL μg⁻¹），其次是原始MOF和G@MOF。T@MOF增强的DNA结合能力与DNA熔解温度和粘度的显著上升相关，表明其与核酸碱基对之间形成了稳定的π-π堆积和氢键相互作用。这些发现表明，基于MIL53(Fe)的MOF框架具有作为多功能载体的潜力，对于控制释放三唑类抗癌药物及相关治疗分子具有重要的前景。
癌症仍然是全球范围内的主要死亡原因之一，对人类健康和生存构成重大威胁。随着癌症风险的增加，科学家们不断致力于研究小分子与DNA相互作用的机制，因为这些相互作用是设计有效化疗药物的关键。了解药物与DNA结合的精确位点对于预测和优化治疗效果至关重要。目前，用于摧毁恶性细胞的治疗策略主要包括通过沟槽结合、平面结合和静电作用等方式与DNA结合，这些方法在一定程度上能够影响DNA的结构和功能。近年来，科学家们持续开发新型的抗癌药物，这些药物在疗效和选择性方面得到了逐步提升。然而，大多数传统化疗药物仍存在显著的局限性，包括高全身毒性、溶解性差、生物利用度低、选择性不足以及需要高剂量，这些因素共同限制了其临床应用效果。由于缺乏特异性，许多抗癌药物不仅会损害恶性细胞，还可能对健康细胞造成伤害，从而导致严重的不良反应和治疗效果的降低。
为了提升功能性和治疗效果，MOFs已被与多种纳米材料相结合，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米颗粒、量子点和生物分子，形成了一系列的复合材料。为了将功能有机分子引入MOF结构中，科学家们探索了两种主要的合成策略。第一种是浸渍法，依赖于静电相互作用、毛细作用和配位机制，将活性分子引入MOF的孔隙中。另一种是原位封装法，即在MOF形成过程中将生物活性分子引入，从而制备出分子@MOF复合材料。基于MOF的药物输送系统的一个显著优势是，它们能够通过控制和靶向释放药物，提高药物的生物利用度并减少全身毒性。这一特性使得MOF在药物输送和可控释放系统中展现出广阔的应用前景。
许多分子药物存在固有的局限性，包括细胞膜渗透性差、靶向性不足以及生理稳定性低，这些因素阻碍了它们在临床中的有效应用。为了弥补许多药物较差的药代动力学特性，通常需要使用较高的药理剂量，从而增加了不良反应的风险。基于纳米颗粒的药物输送系统可以通过封装药物来提高其稳定性，增强细胞摄取能力，并实现可控、靶向的药物释放。例如，细胞毒性实验已经证明，DOX@Zr增强的MOF对多种癌细胞系具有良好的治疗效果，如参考文献[31]所示。
近年来，三唑类药物的研究引起了越来越多的关注。1,2,4-三唑是一种含有氮原子的五元杂环化合物，存在两种异构形式。由于其独特的结构特性和多样的生物活性，1,2,4-三唑衍生物在农业和医学领域备受瞩目。特别是3-氨基-1,2,4-三唑衍生物，因其广泛的生物活性，包括对抗血栓性疾病、纤维化、自身免疫疾病、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗炎、肥胖、糖尿病、阿尔茨海默病、微生物感染等作用，成为研究的热点。没食子酸（3,4,5-三羟基苯甲酸，GA）是一种广泛存在于植物中的天然酚类化合物，具有强大的抗氧化能力，能够清除活性氧物种（ROS），如次氯酸、过氧化氢、超氧阴离子和羟基自由基。
没食子酸及其衍生物在生物活性方面表现出色，包括抗氧化、抗诱变、抗癌、抗高血糖和心脏保护等特性。此外，没食子酸及其衍生物对多种细胞系的抗癌活性已被广泛评估。在本研究中，我们首次成功地将3-氨基-1,2,4-三唑和没食子酸引入MIL53(Fe)/MIL53(Fe)NH₂这一混合配体的MOF框架中，分别形成了T@MOF和G@MOF复合材料。这些材料不仅保持了良好的结晶性和均匀的形态，而且通过多种分析技术的综合表征，证实了客体分子有效地被封装在MOF结构中，而没有影响框架本身的稳定性。这些表征方法包括傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDX）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积分析（BET）和热重分析（TGA）。此外，通过计算建模进一步研究了没食子酸和3-氨基-1,2,4-三唑在MOF框架上的吸附行为，揭示了它们与MOF孔隙之间的相互作用机制。最后，通过紫外-可见光谱、荧光猝灭、粘度测量和热变性分析等方法，研究了所制备的MOF材料与小牛胸腺DNA之间的相互作用，为理解这些材料在生物医学中的应用提供了重要的依据。
在本研究中，所使用的材料包括由Alpha Chemika（印度）提供的六水合氯化铁（FeCl₃·6H₂O），由Sigma Aldrich提供的二甲基甲酰胺（DMF），由Sigma Aldrich提供的1,4-苯二甲酸（BDC），由Merck Schuchardt OHG（德国）提供的3-氨基-1,2,4-三唑，由Loba Chemie Ltd.（印度）提供的1,4-苯二甲酸（BDC），去离子水以及由Alfa Aesar提供的没食子酸。这些材料的来源和性质为后续的MOF合成和功能化提供了良好的基础。
MIL53(Fe)/MIL53(Fe)NH₂（MOF）的合成遵循之前研究中描述的步骤[58]。在合成过程中，使用了2-氨基对苯二甲酸（BDC-NH₂）作为配体，通过适当的化学反应条件，成功构建了具有特定结构的MOF材料。这一过程不仅确保了MOF的稳定性和可调控性，还为后续的功能化操作提供了可能。通过精确控制合成条件，可以调整MOF的孔径和表面性质，使其更适合封装和释放特定的生物活性分子。此外，MOF的结晶性使其在结构表征方面具有优势，为后续的性能评估提供了可靠的依据。
为了进一步探究T@MOF和G@MOF材料与DNA之间的相互作用机制，我们采用了多种分析手段。FT-IR光谱分析显示，MOF材料中存在与水分子相关的宽泛吸收带，表明水分子在MOF结构中得到了有效吸附。同时，MOF材料中还检测到了与胺基相关的特征吸收峰，这与2-氨基对苯二甲酸配体的结构特性密切相关。此外，对称的C-O键振动表明了二羧酸配体的存在，进一步验证了MOF结构的完整性。通过XRD分析，可以确认MOF材料的结晶性和其在功能化后的结构变化。SEM-EDX分析则提供了材料的微观形貌和元素分布信息，而XPS分析则揭示了材料表面化学性质的变化。BET比表面积分析表明了MOF材料的孔隙结构和表面特性，这对于药物的吸附和释放具有重要意义。TGA分析则用于评估MOF材料的热稳定性，确认了其在高温条件下的结构完整性。
蒙特卡洛模拟进一步揭示了MOF结构中对客体分子的吸附行为。模拟结果表明，3-氨基-1,2,4-三唑和没食子酸在MOF通道中具有良好的吸附能力和多样的氢键相互作用，这与实验数据相吻合。这些计算模型为理解MOF与客体分子之间的相互作用提供了理论支持，也为后续的实验设计和优化提供了指导。通过这些分析，我们能够更好地掌握MOF材料的性能，为它们在生物医学中的应用奠定基础。
在本研究中，我们对T@MOF和G@MOF材料与DNA的相互作用进行了系统研究。通过紫外-可见光谱分析，可以观察到DNA结合后光谱的变化，从而判断结合模式和结合强度。荧光猝灭实验则用于评估药物与DNA之间的相互作用类型，如插入式、沟槽式或静电相互作用。粘度测量和热变性分析则进一步揭示了药物与DNA之间的结合强度和结合稳定性。这些实验结果表明，T@MOF对DNA具有较强的结合能力，其结合模式主要为插入式，而G@MOF则表现出不同的结合行为。通过这些实验，我们能够更好地理解MOF材料在药物输送中的作用机制，并为未来的药物设计和开发提供重要的参考。
在本研究中，所有作者均未声明存在可能影响研究结果的财务利益或个人关系。这表明研究的独立性和客观性得到了保障。此外，本研究的部分资金来源于沙特国王大学的持续研究资助计划（ORF-2025-79），这为研究的顺利进行提供了支持。作者们感谢该资助计划的提供，并认为这为他们的研究提供了重要的资源和条件。
Maha B. Abd Elhaleem是埃及本·苏夫大学科学学院的助教，并在那里攻读博士学位。她于2016年获得本·苏夫大学的理学学士学位，并于2021年获得无机化学方向的理学硕士学位。她的研究方向主要集中在MOF材料的合成与功能化，以及其在生物医学中的应用。Fatma M. Elantabli是本研究的主要贡献者之一，她在研究的撰写、修改、可视化、验证、监督、项目管理、数据收集和概念设计等方面发挥了重要作用。Ayman Nafady则主要负责研究的实验部分，包括材料的合成和功能化，并协助获取研究资金。Safaa M. Abbas和Ahibur Rahaman也参与了研究的实验设计和数据分析。Mohamed Taha则负责研究的撰写和修改工作。这些作者的贡献体现了团队合作的重要性，也展示了各自在研究中的专业能力和责任感。
综上所述，本研究成功地合成了一种混合配体的铁基MOF材料，并将其功能化为含有3-氨基-1,2,4-三唑和没食子酸的复合材料。这些材料在结构和功能上均表现出良好的特性，为未来的药物输送和癌症治疗提供了新的思路和方法。通过多种分析手段的综合应用，我们能够全面评估MOF材料的性能，并为它们在生物医学中的应用提供科学依据。本研究的结果表明，基于MOF的药物输送系统在提高药物疗效和减少全身毒性方面具有显著优势，这为未来的研究和应用奠定了坚实的基础。
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