新型等离子体与经典化学法协同合成希夫碱大分子及其抗肿瘤活性研究

《Scientific Reports》：A novel avenue in the successful synthesis of Schiff base macromolecules via innovative plasma and classical approaches

编辑推荐：本研究针对传统聚合物合成方法效率低、环境不友好的问题，创新性地采用介质阻挡放电(DBD)等离子体技术与经典化学法协同合成高分子量希夫碱聚合物(4a/4b)，分子量分别达524,664和1,503,228。通过络合Ru(II)/Co(II)/Cu(II)/Ni(II)金属后，对MCF-7/HCT-116/HepG-2癌细胞系显示出显著抑制活性，DFT计算揭示其HOMO-LUMO能隙与分子静电势特征，为抗癌药物开发提供环保新策略。

　　在生物医学领域，开发高效低毒的抗癌药物始终是科学家们追逐的目标。希夫碱(Schiff base)类化合物因其独特的螯合特性和多样的生物活性，近年来成为药物研发的热点。然而，传统化学合成方法往往面临反应条件苛刻、分子量控制困难等问题，且合成过程可能产生环境负担。与此同时，等离子体技术作为一种新兴的绿色合成手段，在材料科学领域展现出独特优势，但其在生物医用高分子合成中的应用仍有待探索。

针对这一科学难题，沙特阿拉伯Taibah大学与埃及Al-Azhar大学的研究团队开展了一项创新性研究，通过将经典化学法与介质阻挡放电(DBD)等离子体技术相结合，成功合成了一系列高分子量希夫碱聚合物，并系统评估了其抗肿瘤活性。相关成果发表在《Scientific Reports》上，为抗癌药物开发提供了新思路。

研究团队主要采用了四种关键技术：1）DBD等离子体系统（电极间距4mm，电压30kV）实现无溶剂聚合；2）凝胶渗透色谱(GPC)测定聚合物分子量分布；3）MTT法检测对MCF-7/HCT-116/HepG-2癌细胞系的抑制率；4）密度泛函理论(DFT)计算HOMO-LUMO能隙和分子静电势。

在"合成希夫碱单体"部分，研究者通过4-氨基苯甲酸与羟基苯甲醛的缩合反应获得单体3a/3b，FTIR显示C=N特征峰位于1630-1656 cm^-1，¹H-NMR证实CH=N质子化学位移达8.47-8.84 ppm。"希夫碱聚合物合成"章节显示，经典化学法合成的4b分子量(1,503,228)显著高于等离子体法合成的4b'(874,000)，但后者在5分钟内即可完成反应，展现了高效环保的优势。热重分析(TGA)表明等离子体聚合物具有更好的热稳定性，如4a'在638-716℃仍保持65%质量。

"4b聚合物络合"实验成功制备了四种金属络合物，FTIR证实金属-氧键(704-814 cm^-1)和金属-氮键(601-751 cm^-1)的形成。"抗肿瘤实验"数据显示，4a对HepG-2的IC₅₀为14.93 μg/mL，优于对照药秋水仙碱(10.6 μg/mL)；而4b-Ni复合物对HCT-116的抑制率(IC₅₀=42.28 μg/mL)接近阳性对照。

"分子建模研究"通过DFT计算揭示了4b-CuII复合物最稳定构型（总能量-539.89 kcal/mol），其HOMO轨道定域于氧桥联基团，能隙(5.09 eV)表明良好的电荷转移能力。分子对接显示4b-Ni与EGFR激酶域的ASP831形成强氢键(△E=-3.7 kcal/mol)，结合能(-7.88 kcal/mol)优于参考药物厄洛替尼。

这项研究的重要意义在于：1）开创性地将DBD等离子体技术应用于希夫碱大分子合成，建立了绿色高效的制备方法；2）获得分子量超过150万的聚合物，突破了传统合成的分子量瓶颈；3）通过金属络合策略显著提升抗肿瘤活性，特别是4b-Ni复合物对肝癌和结肠癌的抑制效果突出；4）DFT计算为理解结构-活性关系提供了理论依据。这些发现不仅为抗癌药物研发提供了新候选化合物，也为功能性高分子材料的绿色合成开辟了新途径。