用於傳遞一氧化氮的沸石的製作方法
2023-10-10 23:08:14 2
專利名稱：用於傳遞一氧化氮的沸石的製作方法
技術領域：
本發明涉及含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石，製備這些沸石的方法，將一氧化氮釋放到溶液中或者空氣中的方法，及其應用。
背景技術：
一氧化氮(化學式為NO)是一種在許多生物過程中極其重要的非凡的小分子。NO是增加通過動脈和靜脈的血流量的血管擴張劑，還是控制/預防血小板附著和聚集以及血栓形成的一個重要因子。它還在免疫系統和神經傳遞中起至關重要的作用。關於一氧化氮的作用方式已經知道了許多，並且已經清楚其在藥物和生物技術的體內和體外應用中具有巨大潛力。
一氧化氮的受控傳遞可能在預防和治療方法和應用中很重要。例如，一氧化氮可以預防血栓形成以及堵塞動脈血管形成術和斯滕特固定模插入後的再狹窄(國際專利申請WO 95/24908)。由於一氧化氮活躍於許多生物過程中，其靶向傳遞無論如何都是所希望的。將一氧化氮傳遞到皮膚還可以對有外周循環問題的患者有治療益處，所述外周循環問題可能在諸如關節炎和雷諾氏症候群的情況下出現。一氧化氮還表現出抗菌性，而且將其結合到抗菌裝置中並用於治療細菌感染是適宜的。一氧化氮還參與了傷口癒合和血管生成，並且當癒合可能緩慢時，例如老年患者，向傷口和潰瘍處傳遞一氧化氮可能是有益的(M.Shabani等.，Enhancement of woundrepair with a topically applied nitric oxide-releasing polymer Wound repairand regeneration，4，353，1996和S.Frank H.Kampfer，C.Wetzler，J.Pfeilschifer，nitric oxide drives skin repairNovel functions of an establishedmediator Kidney International，61，882，2002)。
然而，將一氧化氮以所需的最佳劑量傳遞到所需的區域通常是困難的，因為一氧化氮是氣體。在體外，例如生物技術應用，以及在體內，例如醫學應用中，一氧化氮的傳遞都是困難的。
已知有多種一氧化氮傳遞方法，如(a)自發釋放NO的分子；(b)代謝產生NO的分子；(c)光敏化下釋放NO的分子；(d)從聚合物和聚合物塗層中釋放NO；(e)通過化學反應生成NO。
(a)類分子包括通稱為一氧化氮親核配合物的分子(NONOates)(C.M.Maragos等，Complexes of NO with nucleophiles as agents for the controlledbiological release of nitric-oxide-vasorelaxant effects J.Med.Chem，34，3242，1991)。這些分子是自發放出一氧化氮的多種分子，並且已經顯示出在治療應用中使用的可能性(美國專利4954526)。但是，NONOates在治療中的應用是受限制的，因為它們分布全身，而這可能不利於選擇性。NO釋放後的副產物還可能形成致癌的次級亞硝胺。其它的(a)類分子包括亞硝基硫醇類(Megson，I.L.，Greig，I.R.，Butler，A.R.，Gray，G.A.Webb，D.J.Therapeutic potential of S-nitrosothiols as nitric oxide donor drugs Scot.Med.J.42，88，(1997))。而且，(a)類分子還可能引起危險的全身血壓降低。
(b)類分子包括三硝酸甘油酯和硝普鈉(L.J.Ignarro Biosynthesis andmetabolism of endothelium-derived nitric-oxide Ann.Rev.Pharmacol.Toxicol.30，535，1990)。這些化合物目前廣泛用作血管擴張劑，但是，長期使用可能導致有毒副產物，如氰化物。而且，可能會表現出耐藥性，因為這些分子需要被代謝以釋放NO。NO向特殊位點的瞄準也可能差，從而導致趨向於全身性的效果。
(c)類分子需要特殊的活化，例如，具有特定波長的光，這類分子可能難以啟動(C.Works，C.J.Jocher，G.D.Bart，X.Bu，P.C.Ford，Photochemical nitric-oxide Precursors Inorg.Chem.，41，3728，2002)。
一氧化氮的(d)類釋放通過用固體物品承載釋放一氧化氮的化合物，將一氧化氮傳遞到特定靶位點而減少了和全身性活性有關的問題。這樣的釋放NO的化合物可以是聚合物材料，這種聚合物材料可以塗布在可用於瞄準身體的特定區域進行治療的醫療器械上。所述聚合物可以含有例如N2O2基，該基團在化學反應後釋放NO(國際專利申請WO 95/24908和美國專利申請2002094985)。但是，在這種情況下的NO釋放可能是難以控制的，並且目前所需材料的製備可能非常昂貴，通常需要多步處理，而且由於在室溫下的不穩定性和需要低溫儲存而有難以儲存的問題。這樣的聚合物已經在以下方面顯示出其可能的應用治療心血管問題，例如再狹窄；製造抗血栓醫藥設備；減輕皮膚供血中的異常血管收縮(雷諾氏症候群)以及用於傷口癒合。
一氧化氮的(e)類傳遞已經被推薦通過化學反應釋放一氧化氮而用於局部應用。所述化學反應包括亞硝酸鈉、抗壞血酸和馬來酸的應用，這些化合物和水接觸時放出NO(美國專利申請No.6,103,275)。但是，這類反應只在酸性條件下發生，因而可能產生刺激，特別是老年患者的敏感皮膚。另外，一氧化氮是以短暫爆發方式而不是可控方式釋放的。
本發明的一個目的是消除和/或減輕一氧化氮儲存和傳遞問題。
發明內容
根據本發明的第一方面提供一種沸石材料，其包含可釋放地吸附的一氧化氮。
沸石材料是一類矽鋁酸鹽材料，這些材料是已知的並且用於眾多應用領域中，例如離子交換，氣體分離和催化(A.Dyer，An Introduction to ZeoliteMolecular Sieves，J.Wiley and Sons，1988)。
根據本發明的第二方面提供一種製備包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料的方法，所述方法包括提供沸石材料並且將所述材料和一氧化氮氣體接觸的步驟。
適用於本發明的沸石既可以是天然發現的，也可以是合成的。沸石含有孔和通道，這些孔和通道的大小可以讓小分子或離子吸附到材料的內表面上。沸石骨架的通式是AlySi1-yO4y-。對於沸石骨架中的每個鋁離子，引入一個負電荷，其必須和骨架外陽離子(extra-framework cation)平衡。這些陽離子在性質上可以是無機或有機的，並且可以使用標準的離子交換方法進行交換(M.E.Davis，Ordered porous materials for emerging applicationsNature 417，813，2002)。
沸石可以包含過渡元素陽離子作為額外的骨架物質種類，例如鐵、銅、釕，這樣的沸石可以吸附一氧化氮，在沸石材料空穴內形成配合物。這些配合物是牢固的，可以儲存一氧化氮直至需要時。其它元素的陽離子，例如鈉和鉀，和一氧化氮結合較弱。本領域的技術人員可以使用標準離子交換方法將所需的金屬離子引入到沸石結構中作為骨架外陽離子(Plank等，美國專利No.3,140,249；Preparation，characterisation，and Performance ofFe-ZSM-5 Catalysts R.Joyner和M.Stockenhuber，J.Phys.Chem.B.，1999，103，5963-5976)。使用這樣的技術，可以將陽離子混合物結合到沸石結構中。
沸石可以是以脫水狀態提供的。
可以用以下方法控制沸石中可以負載的一氧化氮的量改變骨架外陽離子的相對量，控制它們的化學性質和/或存在的離子的總量。例如，沸石結構中存在的骨架外陽離子數量可能與骨架中存在的鋁量有關。鋁離子越多，需要越多的骨架外陽離子來平衡負電荷。然後，骨架外陽離子可以和NO分子相互作用。
還可以改變骨架外陽離子的化學性質(例如，可以將一價陽離子，如Na+和Ag+，交換成二價陽離子，如Fe2+和Cu2+，或者三價陽離子，如Ru3+和Fe3+)。每種不同的陽離子和NO的親合力可能不同，改變沸石骨架中存在的陽離子可用於控制NO的釋放。如此操縱沸石組成，可以影響一氧化氮從沸石中釋放的速率。例如，負載鈉的沸石與負載鐵的沸石相比較弱地結合一氧化氮，因而更加快速地釋放一氧化氮。混和的鈉/鐵沸石可以以和負載鈉的沸石或負載鐵的沸石不同的速率釋放一氧化氮，並且這樣的一氧化氮釋放可以有不同的速率曲線。
還可以通過選擇沸石骨架來改變一氧化氮的載荷和釋放速率。沸石骨架可獲自具有多種不同結構的合成材料，並且可以選擇合適的骨架以提供對於考慮中的應用所需的性質。例如，可以通過孔或通道開孔的大小來限定沸石結構中的孔和通道。LTA結構的沸石具有由8個孔四面體單位限定的開孔(即8個Si/Al原子和8個氧原子的環)。沸石MFI具有由10個四面體單位限定的較大的環開孔，而FAU則有12個四面體單位限定的更大的孔開孔。孔的大小在沸石骨架之間也可不同。例如，一些沸石具有隻在一個方向走向的通道(一維通道體系)，而其它具有二或三維形式的相互作用通道的體系(2-維和3-維通道體系)。沸石的大小、形狀和維數可以影響NO擴散和吸附/解吸速率，並且在具體應用中可以用於控制NO從沸石中釋放的速率。
因此，可以調節沸石材料的組成以控制負載在沸石結構中的一氧化氮量和/或一氧化氮從沸石中釋放的速率。
這樣的沸石結構可以選自但不限於，具有如下三字母骨架代碼的骨架LTA、FAU、MFI、MOR、FER、BEA、PHI和SAS(至於這些代碼如何與沸石骨架結構相關的詳情，參見國際沸石協會站點www.iza-online.org，通過引用將這些骨架結構結合在此)。這些三字母代碼描述了沸石的骨架構造，即它們的結構，但沒有描述沸石的組成，而其組成可以廣泛變化。這些三字母代碼用作沸石的命名體系。
可用於本發明的沸石可以具有如下通式(I) 其中M1和M2...Mn是以下元素的骨架外金屬陽離子，所述的元素選自Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Ru、Rh、Co、Ni、Zn和Ag。
x可以為0至nz，y可以為0至pz，且v可以為0至qz，前提條件是x/n+y/p+...+v/q＝z。
z是沸石骨架中被鋁原子取代的矽原子的數目。
n+、p+和q+是骨架外金屬陽離子的電荷，可以單獨地取+1、+2或+3的值。
M1和M2...Mn還可以選自小的有機陽離子，如N(R1)a(R2)b+，其中R1和R2獨立地選自H、-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3，並且a和b獨立地為0、1、2、3或4，以使a+b＝4；當M1和/或M2是小的有機陽離子時，NH+4是優選的。
可優選在本發明中使用的沸石具有如下通式(II)[(M1n+)x/n(M2P+)y/p][AlzSi2-zO4](II)
其中M1和M2如前定義，x可以為0至nz，且y可以為0至pz，前提條件是x/n+y/p＝z。
裝載一氧化氮前，可以將用於本發明的沸石完全或部分脫水，例如，在真空下將水從沸石通道中除去。然後可以將得到的沸石暴露於將要裝載沸石的一氧化氮中。
典型地，一氧化氮的裝載是在-100℃至50℃的溫度下進行的。
可以用純NO或用NO和載氣的混合氣進行一氧化氮的裝載，所述載氣如惰性氣體，例如氦、氬或其它惰性氣體，包括它們的混合物。
負載典型地是在超過大氣壓的壓力下進行的，例如從大氣壓可高到10巴壓力。
可以將負載一氧化氮的沸石密封在氣密包裝中用於儲存和運輸。
在將負載一氧化氮的沸石暴露於溼氣後，例如暴露於諸如水或血液的水性環境中，一氧化氮從沸石內部金屬配合物中被置換下來，導致一氧化氮氣體釋放到水性環境中。
當放置在空氣中時，也可以將一氧化氮從負載一氧化氮的沸石中釋放出來。
一氧化氮的釋放可以在各種溫度下進行，但是室溫或體溫是優選的。
可以將負載一氧化氮的沸石製備成粉末或單塊(monolith)，用於例如局部治療應用或體外應用中，如向細胞培養物傳遞特定量的NO。例如，可以將特定量的NO裝載到沸石中，然後在已知負載NO的沸石的釋放程度或釋放曲線的情況下，可以將精確量的NO傳遞給細胞培養物。該原理也可應用於其它的NO傳遞應用，例如在治療、化妝品和/或衛生應用中，以便可以將特定量的NO或者NO劑量給藥。
可以通過擠壓沸石粉或者通過將沸石粉與合適的沸石催化劑製造中公知的粘合劑混合而形成單塊。
合適的粘合劑包括但不限於，陶瓷粘合劑，例如矽石或礬土，以及聚合物粘合劑，例如聚碸、聚乙烯、PET、聚苯乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和其它聚合物。
備選地，可以提供沸石作為醫療設備上的塗層，所述醫療設備如金屬或塑料醫療設備。然後可以將塗覆的設備傳遞到需要一氧化氮的部位。例如，可以使用沸石塗覆的斯滕特固定模進行氣囊血管成形術，並且可以利用在這些條件下一氧化氮的釋放來減少再狹窄。
典型地，以如上討論的適當形式提供沸石，然後裝載一氧化氮，準備用於儲存和以後使用。
粉末狀的負載有一氧化氮的沸石可用於局部應用中，如用於傷口敷料，並且可以提供在用於傷口的繃帶中，用於將一氧化氮釋放到傷口中以幫助癒合。作為單塊提供的沸石可以用於例如局部應用，或者例如，用於治療嚴重便秘的栓劑中。
根據本發明的第三方面提供一種包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料，其用於外科和/或治療。
根據本發明的第四方面提供一種藥物、保健(neutraceutical)或化妝品製劑，其包含含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料以及藥物/保健/化妝品載體。
本發明還提供包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料的應用，用於製備在疾病治療和預防中使用的藥物。
可以治療的疾病或醫學病症包括皮膚感染，包括皮膚真菌、利什曼病、軟疣和乳頭瘤病毒，以及分支桿菌感染。更多的應用包括在抗腫瘤活性、免疫響應改變、雷諾病的治療、傷口癒合和皮膚色素改變中的治療應用。再有的應用包括治療再狹窄(restonsis)，牛皮癬和溼疹，以及皮膚癌(黑色素瘤)。其它細菌問題的治療包括減少嚴重的腳臭和體臭問題，以及用於治療甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌感染。
根據本發明的第六方面提供一種包含沸石材料的醫療物品。
醫療物品的沸石材料可以在其中沒有負載一氧化氮的情況下提供，以在使用之前裝載和/或儲存醫療設備準備用於隨後使用。
備選地，醫療物品的沸石材料可以以包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料形式提供。
用於本發明的合適的醫療物品包括斯滕特固定模、導管、傷口敷料、繃帶、自粘膏藥和貼片。
可以將一氧化氮的有益性質有利地用於化妝品和個人衛生應用中。
根據本發明的第七方面提供含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石在化妝品和/或個人衛生應用中的應用。
例如，本發明的含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石可以用於化妝品製劑；除臭劑；皮膚製劑，如抗衰老皮膚製劑，以及在刮去毛髮或者使用脫毛劑之前、之中或之後使用的製劑；發用製品(hair preparations)；脫毛劑等。
因此，作為第八方面，本發明還提供一種包含沸石的化妝和/或個人衛生產品，所述沸石包含可釋放地吸附的一氧化氮。
作為第九方面，本發明還提供一種釋放一氧化氮的方法，包括以下步驟(iii)提供含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料；(iv)將所述沸石材料與所述一氧化氮將要釋放進去的介質接觸。
這樣的一氧化氮釋放優選是以受控方式實現的，例如，通過提供合適的具有確定的受控釋放曲線的沸石材料。
一氧化氮將要釋放進入的介質可以簡單地是圍繞負載一氧化氮的沸石的空氣，或者可以是例如水性介質。
釋放可以在動物體內、局部向動物體進行，或者在非身體應用中進行，如釋放到細胞培養物中。
釋放可以在任何合適的溫度下進行，但是室溫或體溫是優選的。
釋放一氧化氮的方法可以應用於人或動物的治療，因此，本發明還提供一種對需要治療或預防的個體進行治療或預防的方法，作為第十方面，該方法包括提供含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石，並且將所述沸石和所述個體接觸。
圖1顯示了脫水Na-沸石-A的晶體結構；圖2顯示的是根據實施例3的NO釋放到大氣中的釋放曲線；圖3是顯示根據實施例5的在不同時間下的NO釋放到大氣中的釋放曲線的柱形圖；圖4是顯示根據實施例6的溶解的NO濃度的量的圖；
圖5顯示的是根據實施例6的NO釋放到氬氣流中的釋放曲線；圖6顯示的是根據實施例7的NO從Co-和Mn-交換的沸石-A中釋放的釋放曲線；圖7顯示的是根據實施例7的NO從Co-LTA(A)和Co-LTA(ZK-4)沸石中釋放的釋放曲線；圖8顯示的根據實施例8進行的血小板聚集實驗的血小板凝集計的時間響應圖；和圖9a和9b是根據實施例9顯示含NO的沸石的抗菌作用的細菌培養物的照片。
具體實施例方式
本發明的實施方案是參考如下非限制性實施例描述的，其中實施例1、1a和1b描述了離子交換沸石的製備；實施例2、2a和2b描述了負載一氧化氮的沸石的製備；實施例3描述的是一氧化氮從負載一氧化氮的沸石釋放到大氣中；實施例4描述的是一氧化氮從負載一氧化氮的沸石釋放到溶液中；實施例5描述的是一氧化氮從備選的負載一氧化氮的沸石釋放到大氣中；實施例6描述了通過直接測量對溶液中的一氧化氮進行定量；實施例7描述的是NO從Co-和Mn-交換的沸石-A釋放到溼潤和乾燥氬氣氣氛中；實施例8描述的是負載NO的沸石/PTFE盤對血小板聚集的抑制作用；和實施例9描述了含NO的沸石的抗菌作用。
這些實施例以附圖作為參考。
實施例1離子交換沸石的製備沸石的合成是本領域技術人員公知的，沸石的離子交換可以用標準方法進行(Plank等，美國專利No.3,140,249；Preparation，characterisation，andPerformance of Fe-ZSM-5 Catalysts R.Joyner和M.Stockenhuber，J.Phys.Chem.B.，1999，103，5963-5976)。然後將離子交換沸石在真空下脫水，除去其中的水。沸石的分析是通過元素分析、x射線衍射和光譜分析進行的。
實施例1a下面描述製備脫水離子交換沸石的一個實施例。
將沸石(MFI，2g)放入0.05M的金屬離子溶液(200ml，蒸餾水)中進行交換並且攪拌24小時。備選地，使用相同濃度，可以在無水條件下，在惰性氣氛(氬氣)中，用超聲處理，使用甲醇作為溶劑進行交換。產物用過濾/離心方法回收。
可以改變金屬離子溶液的濃度和交換的時間，以改變金屬在沸石中的負載量。表1中給出了已經被裝載到沸石中的不同金屬離子的具體實例。
表1-使用這種方法製備的離子交換沸石的元素組成。該表顯示了從鐵的非常低的交換直到銅的過交換的離子交換行為的範圍。沸石的最初組成-(NH4)Z[AlZSi2-ZO4]，其中z＝0.13333(Si/Al＝14)。
陽離子(M) 最後的Al/M比率Fe3+17.82Ni2+8.42Co2+3.84Cu2+1.50實施例1b沸石-A(三字母骨架代碼LTA)是本領域技術人員熟知的材料，每年的生產量超過1M噸，用作洗滌劑增效助劑和水軟化劑。沸石-A的結構(Pluth，J.J.Smith，J.V.Accurate redetermination of crystal structure of dehydratedzeolite A.Absence of near zero coordination of sodium.Refinement of silicon，aluminium-ordered superstructure J.Am.Chem.Soc.，102，4704(1980)和Cheetham，A.K.，Eddy，M.M.，Jefferson，D.A.Thomas，J.M.A study ofSi，Al ordering in thallium zeolite-a by powder neutron-diffraction Nature，299，24，(1982))由交替的SiO4和AlO4四面體組成，這些四面體共據各角，形成圖1所示的開放骨架，可進行離子交換的陽離子駐留在該結構的通道中。在這種情況下，顯示的可進行離子交換的陽離子是結合到骨架的氧原子上的並且可以容易被過渡金屬離子交換的鈉陽離子。為了清楚起見，只畫出Al-O和Si-O鍵。圖1中標記的結構如下Si＝1，Al＝5，鈉陽離子＝10和氧原子＝15。沸石-A以其和水的親合力著稱，在有機化學中經常被用來乾燥溶劑(名為分子篩3A，4A或5A)。
沸石-A樣品是按照以下方法合成的Verified Syntheses of ZeoliticMaterials(Robson H.Lillerud，K.P.Verified Syntheses of Zeolitic Materials(2ndRevised Edition)International Zeolite Association，(2001)；www.iza-synthesis.org)。然後，使用如下的離子交換程序，用已知和一氧化氮強烈結合的各種過渡金屬陽離子(Mn2+，Ni2+，Cu2+，Co2+)置換如此製造(as-made)形式的鈉金屬陽離子，得到金屬離子交換的沸石。典型地，將如此合成(as-synthesised)的沸石-A(5g)放入0.05M的金屬乙酸鹽溶液(400ml，蒸餾水)中，並且攪拌24小時。過濾回收產物，用蒸餾水(400ml)洗滌，並且在100℃下乾燥過夜。使用Agilent 7500 Series ICP-MS光譜分析儀進行元素分析，測定沸石的化學組成。然後將過渡金屬沸石A樣品脫水。
實施例2負載NO的沸石的製備一氧化氮可以在原位製造，或者從氣瓶引入。
實施例2a下面給出製備負載NO的沸石的一個實施例。
在攪拌下用氬氣鼓泡通過溶液，將1M抗壞血酸溶液(200ml)脫氣。然後滴加已經充氬氣30分鐘的亞硝酸鈉溶液(～5g)。用緩慢的氬氣流運載產生的一氧化氮通過高表面積氫氧化鉀以除去更高的氮氧化物，然後通過硫酸鈣以乾燥氣流，之後讓其流動通過離子交換沸石(例如Fe負載的MFI沸石～0.5g)，最後通過起泡器。
然後將負載NO的沸石密封在容器內部，在Ar/NO氣氛下儲存(例如在室溫下在密封的Schlenk管內部)直至需要時。所有沸石都可以使用相同的NO裝載方法，與骨架類型和離子交換無關。
實施例2b下面給出製備負載NO的沸石的另一實施例。
將按照實施例1b製備的離子交換沸石-A(～0.3g)在真空(0.5mmHg)下300℃脫水2小時。將其冷卻到室溫並且暴露於約3atm的一氧化氮/氦氣混合氣(10％NO，90％He)10分鐘，抽空並再次暴露於3atm的一氧化氮。重複三次。
為了測量NO釋放，將氬氣流(或者是用水蒸汽飽和的，或者直接取自氣瓶，5ml min-1)吹掃已知量的負載NO的沸石。然後將該氣體鼓泡通過磷酸鹽緩衝的鹽水溶液(pH 7.4，10ml)，該溶液中浸漬有預先校準過的一氧化氮電極(World Precision Instruments，ISO-NO Mark II)。測量NO濃度幾個小時。所有實驗均重複三次並得到可重複的結果。
實施例3NO從負載NO的Fe-MFI沸石釋放到大氣中使用所得到的氣體的熱重量分析外加質譜分析，研究一氧化氮從沸石質放出的溫度依賴性。結果用曲線形式再現於圖2中，該圖顯示的是重量損失曲線(線A)和NO在質譜儀中的離子電流-溫度曲線(線B)。將負載NO的Fe-MFI沸石(0.010g)放入耦合到質譜儀上的Netzch熱重量分析儀中。將該樣品在空氣流下以10°min-1的速度加熱到300℃48小時，使用質譜分析放出的氣體。得到的跡線顯示NO釋放量增加直至130℃，之後開始下降。但是在～180℃，出現NO生成的一個尖峰，這與沸石樣品的相變(經差示掃描量熱法證實)相符合。眾所周知，單斜向斜方的相變出現在沸石MFI中。可以通過以下方法改變相變溫度仔細選擇開始沸石中的矽和鋁比率，控制離子交換的陽離子和數量，以及控制NO載量。因此，可以利用其性質來得到調節的NO釋放，例如，將加熱墊用於傷口癒合繃帶-在低於相變溫度的溫度下，NO釋放慢，而高於相變溫度，則NO釋放大大提高。圖1顯示了在180℃下的相變，但是有文獻報導沸石MFI的相變溫度低到-100℃(H Morell，K Angermund，A R Lewis，DH Brouwer，C A Fyfe，H Gies Structural investigation of Silicate-I loaded with n-hexane by X-raydiffraction，Si-29 MAS NMR，and molecular modeling.Chem.Mater.14，2192，2002)。精確的相變溫度取決於沸石的組成和NO的載量。其它的沸石，如FER，也顯示出可以用這種方式改變的相變。
實施例4NO從負載NO的Fe-MFI沸石釋放到溶液中將Fe-MFI一氧化氮吸附的樣品(0.013g)放入蒸餾水中(10.452ml)，測試亞硝酸鹽(Quantofix Nitrite Sticks)，得到20mg/l NO2的陽性結果。測試蒸餾水樣品中的亞硝酸鹽(作為參比)，結果為0mg/l NO2。亞硝酸鹽是在溶液中通過NO與水和氧的反應而形成的，因此是測量溶液中NO的間接方法。
實施例5NO從負載NO的Fe-ZSM-5釋放到大氣中將少量負載NO的Fe-ZSM-5樣品(0.010g)放入耦合到質譜儀上的Netzch熱重量分析儀中。將該樣品在空氣流下加熱到37℃48小時，用質譜分析放出的氣體。得到的跡線顯示NO在這些溫度下從沸石緩慢地釋放到大氣中。圖3顯示了在循環中不同時間下從沸石釋放的NO的曲線。柱形圖顯示了從負載NO的Fe-MFI釋放的四種分子(H2O、NO、NO2和HNO2)的離子電流(獲自質譜)-時間函數。清楚可見，在所有時間下NO在釋放出的氣體中都是最多的。
實施例6使用一氧化氮電極通過直接測量對溶液中的NO進行定量。
本發明具體涉及NO在慢性傷口上的傳遞，因為動物模型已經證明NO的局部應用能夠顯著促進傷口閉合(Shabnai M.，Pulfer S.K.，Bulgran J.P.Smith，D.J.Enhancement of wound repair with a topically applied nitricoxide-releasing polymer.Wound Rep.Regen.4，353，(1996))，並且有證據顯示NO可以用於治療糖尿病性潰瘍(Witte，M.B.，Kiyama，T.Barbul，A，Nitricoxide enhances experimental wound healing in diabetes Br.J.Surg.，89，1594，(2002))。為此，一個有用的模型是NO向潮溼氣氛中的釋放，該潮溼氣氛和液相接觸(磷酸鹽緩衝的鹽水pH 7.4)。然後使用一氧化氮電極測量被溶液吸收的一氧化氮的量。
World Precision Instruments ISO-NO Mark II一氧化氮電極是根據World Precision Instruments所述的程序用滴定方法校準的(ISO-NO Mark IIInstruction Manual，World Precision Instruments，2002)。將吸附有一氧化氮的金屬離子交換的沸石轉移到玻璃管中並且讓潮溼氬氣(5ml min-1)流經其上。然後引導該氣流，使其鼓泡通過緩衝溶液(pH 7.4，37℃)，所述緩衝溶液浸漬有一氧化氮電極。收集一氧化氮釋放的數據，歷時幾小時。
圖4顯示了當如上所述地將三種負載NO的沸石樣品暴露於潮溼氬氣流時產生的溶解的一氧化氮濃度(未對沸石質量或離子交換程度進行歸一化)。然後將氣流鼓泡通過緩衝溶液，並且隨時間測量一氧化氮濃度。該實驗測量了溶液對一氧化氮的吸收，沒有考慮未溶解在液體中的一氧化氮的損失。但是，對於一氧化氮不是直接釋放到溶液中的許多推薦的應用(例如作為傷口癒合繃帶)，該實驗模擬了比將一氧化氮直接釋放到液體中更加接近的情況。
結果說明不同的負載一氧化氮的沸石材料以不同的方式釋放NO。具有LTA結構的沸石相對快速地釋放NO，而基於PHI骨架的沸石在長得多的時間上釋放一氧化氮。值得注意的是，銅和鐵離子交換的LTA沸石顯示出類似的釋放曲線。在所有情況下的結果的確表明，溶液中的一氧化氮濃度和在許多生物情況下發現的NO濃度具有類似的大小(納摩爾到微摩爾濃度)。
圖5顯示的是對於和已經用水蒸氣飽和的氬氣流接觸的許多過渡金屬交換的沸石-A樣品，使用一氧化氮電極，如上所述地測量的NO釋放曲線。對照是未暴露於一氧化氮的Co2+-交換的沸石。電極響應結果已經被歸一化至溶液中的NO濃度/mg沸石材料。從不同金屬釋放的NO多少的次序和壓力擺動吸附研究中的過渡金屬沸石的NO吸附性質很一致(Aria，HMachida，M.Removal of NOxthrough sorption-desorption cycles over metaloxides and zeolites Catal.Today 22，97，(1994))。Co-交換的沸石釋放的NO最多，而最初的鈉形式的沸石釋放的NO最少。值得注意的是，銅交換的沸石-A的結果似乎異常的低，但是，不願拘於任何理論，據信這是因為沸石被過交換，在通道中有超過電荷平衡嚴格必需數量的銅離子。許多「額外的」銅離子可能以氫氧化物形式存在(Yahior，H.Iwamoto M.Copperion-exchanged zeolite catalysts in deNO(x)reactions Appl.Catal.A.222，163，(2001))，從而降低了和NO配位的金屬離子的可用性。
Mn2+和Ni2+交換的沸石的交迭可以顯示金屬離子在沸石-A中三種可能的骨架外陽離子位點之間的不同分布，其中一些可能比其它的更易被水取代。
還注意到，NO的釋放是在相對較長的時間內(在圖5中約10小時)發生的，如果存在較少的水蒸氣，則釋放發生的時間更長。
實施例7向『潮溼』和『幾乎乾燥』氬氣氣氛中的Co-和Mn-交換的沸石A的NO釋放圖6顯示了Co-和Mn-交換的沸石A將NO釋放到『溼』(水蒸氣飽和的)和『幾乎乾燥』氬氣氣氛中的釋放曲線，在後一種情況下，在實驗開始24小時後，沸石仍然放出可測量數量的一氧化氮。這顯示出水在這些沸石釋放NO機理中的重要性。
在『溼』實驗中，將氬氣在和沸石接觸前鼓泡通過熱(80℃)的去離子水。在乾燥實驗中，氬氣直接取自氣瓶，並且用硫酸鈣部分乾燥。
沸石釋放的一氧化氮的量似乎不僅依賴於存在何種過渡金屬，而且還取決於具體金屬的存在數量。沸石-ZK4是沸石-A的變體，它們具有相同的骨架結構，因此具有相同的骨架代碼(LTA)。但是，當骨架中有鋁時，沸石-ZK4中的可交換陽離子較少。這意味著通道中只有較少的金屬陽離子位點來結合一氧化氮。從圖7清楚可見，Co-交換的沸石-A比Co-交換的沸石ZK4釋放更多的NO，這與ZK4結構中鈷濃度減少相一致。
上述實驗顯示，對於諸如促進傷口癒合、治療糖尿病性潰瘍或預防細菌感染之類的應用，負載NO的沸石將一氧化氮傳遞到用於上述皮膚傳遞的潮溼氣氛中的潛力。這些實驗還說明NO傳遞的可控性質，其變化可以通過改變沸石結構中存在的過渡金屬的類型和數量來實現。
實施例8血小板聚集的抑制作用對於例如在脈管嫁接中使用的接觸血液的固體，以及冠狀動脈分流術必需的體外造管用的材料，需要改善材料的生物相容性。如果和血液接觸的材料引發血栓形成(血小板聚集並且附著)，可能出現威脅生命的併發症(Keefer，L.K.Thwarting thrombus Nature Materials，2，357，(2003))。健全循環系統中有許多途徑抑制血栓形成，包括由血管內側的內皮細胞和血小板產生少量(約1pmol min-1mm-2)的NO。
用於減少術後併發症的一個潛在的重要策略是提供根據本發明的含有釋放NO的沸石的醫療設備，從而模擬內皮細胞的作用。用以下方法製備機械穩定擠壓圓盤形式的、以75∶25重量％和粉末狀聚四氟乙烯(PTFE)混合的如上所述製備的Co-交換的沸石-A樣品。
將沸石和PTFE以所需的比率(75％沸石∶25％PTFE)磨碎。然後在2噸壓力下施壓30秒，將混合物壓成圓盤(5mm，～20mg)。
然後以和粉末樣品相同的方式將這些圓盤脫水並裝載一氧化氮。只用暴露NO的PTEE製造的圓盤的測試顯示沒有一氧化氮的傳遞。將沸石/PTFE圓盤懸掛在位於37℃的血小板富集血漿(PRP)(製備方法如下)液面下的鋼絲支架上，PRP放置在四通道血小板凝集計的比色皿中。在短暫溫育(1分鐘)後，開始血小板聚集，然後測量PRP的濁度(透光率)相對於血小板貧瘠血漿(PPP)空白的變化情況。在圖8中以曲線形式描述的結果表明，當與沒有加入沸石或PTFE的PRP對照(線1)比較時，負載NO的Co-交換的沸石-A/PTFE樣品完全抑制了血小板聚集(線2)，而沒有負載NO的Co-交換的沸石/PTFE樣品沒有顯示聚集抑制作用(線3)。該實驗很好地說明了負載NO的沸石-A在生理溶液中抑制血栓的潛力，以及在醫療設備中使用這種沸石，例如當和諸如PTFE的聚合物共混時，作為釋放NO組分的可能性。
血小板富集血漿的製備從健康志願者(年齡20-40)的肘前關節窩抽取靜脈血到檸檬酸鹽處理過的管中(0.38％終濃度)。志願者在最近10天內沒有使用已知影響血小板聚集的藥物。通過離心(350g；20min；室溫)，從全血中獲得血小板富集血漿(PRP)。通過進一步離心(1200g；5min；室溫)獲得血小板貧瘠血漿(PPP)。
實施例9含NO的沸石的抗菌作用將1到10mg之間的負載NO的鈷交換的沸石-A粉末放在生長在瓊脂上的細菌培養物(P.aureginosa和E.coli)的中心。測量24小時後殺死細菌的面積。含NO的沸石-A的效力比沒有負載NO的C-沸石-A大約2到3倍。
圖9a和9b顯示了負載NO的Co-交換的沸石-A的抗菌效果，粉末克數20周圍的暗區域25。亮區域30是活著的細菌培養物。使用的細菌是P.aureginosa(圖9a)和E.Coli(圖9b)。
總之，本發明顯示了在生物和醫療應用的NO儲存和釋放中的應用。含有一氧化氮的沸石的製備和裝載是相對容易的，並且當在無水條件下室溫儲存時，負載NO的沸石是穩定的。NO的傳遞通過和水的簡單反應而發生，並且通過改變沸石結構中的金屬陽離子的類型和數目，可以調節釋放的一氧化氮的量。根據本發明的釋放NO的沸石顯示了在生理流體中對血小板聚集的抑制作用，這是在預防血栓中的一個潛在的重要應用。上述的實施例不應理解為對本發明範圍的限制，而僅是其代表性的實施方案。對於本領域技術人員而言，實施本發明的其它方式是顯然的。
權利要求
1.一種沸石材料，其包含可釋放地吸附的一氧化氮。
2.根據權利要求1的沸石材料，其中所述沸石具有如下通式(I)[(M1n+)x/n(M2p+)y/p...(Mnq+)v/q][AlzSi2-zO4] (I)其中M1和M2...Mn是以下元素的骨架外金屬陽離子，所述的元素選自Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Ru、Rh、Co、Ni、Zn和Ag；或者是選自小的有機陽離子，如N(R1)a(R2)b+，其中R1和R2獨立地選自H、-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3，並且a和b獨立地為0、1、2、3或4，以使a+b＝4；x為0至nz，y為0至pz，且v為0至qz，前提條件是x/n+y/p+...+v/q＝z；其中z是沸石骨架中被鋁原子取代的矽原子的數目；n+、p+和q+是骨架外金屬陽離子的電荷，並且可以單獨地取+1、+2或+3的值。
3.根據權利要求2的沸石材料，其中M1和/或M2是NH+4。
4.根據上述權利要求任何一項的沸石材料，其具有如下通式(II)[(M1n+)x/n(M2P+)y/p][AlzSi2-zO4](II)其中M1和M2是以下元素的骨架外金屬陽離子，所述的元素選自Li、Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Ru、Rh、Co、Ni、Zn和Ag；或者是選自小的有機陽離子，如N(R1)a(R2)b+，其中R1和R2獨立地選自H、-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3，並且a和b獨立地為0、1、2、3或4，以使a+b＝4；x可以為0至nz，且y可以為0至pz，前提條件是x/n+y/p＝z；其中z是沸石骨架中被鋁原子取代的矽原子的數目；n+和p+是骨架外金屬陽離子的電荷，並且可以單獨地取+1、+2或+3的值。
5.粉末或單塊形式的根據上述權利要求中任何一項的沸石材料。
6.根據權利要求5的沸石，其中所述單塊是通過擠壓沸石粉或者通過將粉狀沸石與粘合劑混合而形成的。
7.根據權利要求6的沸石材料，其中所述粘合劑選自陶瓷粘合劑、聚合物粘合劑和其它聚合物。
8.根據上述權利要求任何一項的沸石材料，將其密封在氣密包裝的內部。
9.一種製備含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料的方法，所述方法包括提供沸石材料並且將所述材料和一氧化氮氣體接觸的步驟。
10.根據權利要求9的方法，其中在所述沸石材料和一氧化氮氣體接觸之前將沸石材料完全或部分脫水，以從沸石通道中除去水。
11.根據權利要求9或10的方法，其中在-100℃至50℃的溫度下將所述沸石材料和一氧化氮氣體接觸。
12.根據權利要求9至11任何一項的方法，其中所述的一氧化氮是以基本上純的一氧化氮或者一氧化氮和載氣混合物形式提供的。
13.根據權利要求12的方法，其中所述載氣是選自氦、氬或其它惰性氣體的惰性氣體，包括它們的混合物。
14.根據權利要求9至13任何一項的方法，其中將所述的沸石在大氣壓直到10巴的壓力下和一氧化氮氣體接觸。
15.一種包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料，其用於外科和/或治療。
16.一種藥物製劑，其包含含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料以及藥物載體。
17.包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料在製備藥物中的應用，所述藥物用於治療或預防疾病或者醫學病症。
18.根據權利要求17的應用，其中所述的可以治療的疾病或醫學病症包括皮膚感染，包括皮膚真菌、利什曼病、軟疣和乳頭瘤病毒，以及分支桿菌感染；抗腫瘤活性的治療應用；免疫響應改變；雷諾病的治療；傷口癒合；皮膚色素改變；再狹窄的治療；牛皮癬、溼疹以及皮膚癌(黑色素瘤)的治療；細菌問題的治療，減少嚴重的腳臭或體臭，以及治療甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌感染。
19.一種包含沸石材料的醫療物品。
20.根據權利要求19的醫療物品，其中所述的醫療物品的沸石材料是在其中沒有負載一氧化氮的情況下提供的。
21.根據權利要求19的醫療物品，其中所述的醫療物品的沸石材料是以包含可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料形式提供的。
22.根據權利要求19至21任何一項的醫療物品，其中所述的醫療物品選自斯滕特固定模、導管、傷口敷料、繃帶、自粘膏藥和貼片。
23.含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石在化妝品和/或個人衛生應用中的應用。
24.一種包含沸石的化妝品和/或個人衛生產品，所述沸石包含可釋放地吸附的一氧化氮。
25.根據權利要求24的化妝品和/或個人衛生產品，其選自化妝品製劑、除臭劑、皮膚製劑、抗衰老皮膚製劑、發用製品和脫毛劑。
26.一種釋放一氧化氮的方法，包括以下步驟(i)提供含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石材料；(ii)將所述沸石材料與所述一氧化氮將要釋放進去的介質接觸。
27.根據權利要求26的方法，其中所述的一氧化氮將要釋放進入的介質是空氣或者水性介質。
28.根據權利要求26或27的方法，其中所述的釋放是在動物體內、動物體局部、或者在非身體應用中進行的。
29.根據權利要求28的方法，其中所述的在非身體應用中的釋放包括釋放到細胞培養物中。
30.根據權利要求26至30任何一項的方法，其中所述的釋放是在室溫或體溫下進行的。
31.一種對需要治療或預防的個體進行治療或預防的方法，包括提供含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石，並且將所述沸石和所述個體接觸。
全文摘要
本發明描述了含有可釋放地吸附的一氧化氮的沸石，製備這種沸石的方法，將一氧化氮釋放到溶液中或者釋放到空氣中的方法，以及這種沸石在治療中的應用。
文檔編號A61K8/26GK1816495SQ200480019024
公開日2006年8月9日 申請日期2004年7月5日 優先權日2003年7月3日
發明者R·E·莫裡斯, P·S·惠特利, A·R·巴特勒 申請人:聖安德魯斯大學董事會