Novel intercalation route to gallate incorporate layered double hydroxide nanohybrid

Abstract

Recently, layered double hydroxide (LDH) nanohybrids intercalated with bioactive molecules have attracted a great interests due to their biocompatibility and cancer targeting delivery property in nano medicine. To understand the improved theranostic properties of LDH nanohybrids, it is required to synthesize LDH nanohybrids which are chemically and structurally well-defined. As for the encapsulation of bio active molecule, gallic acid (GA), with antioxidant property was stabilized in the interlayer space of into well-defined LDH, exfoliation and reassembly reaction, which was realized by the conventional ion-exchange or co-precipitation reactions. At first, the nitrate-type Zn2Al-LDH, was synthesized via co-precipitation followed by the hydrothermal treatment at 80℃ for 6h. Thus prepared Zn2Al-LDH was dispersed in formamide to form exfoliated LDH colloidal solution under nitrogen atmosphere. The exfoliated Zn2Al-LDH colloidal solution was reassembled to form GA intercalated LDH (GA-LDH) in the presence of GA in solution, where the pH was adjusted to pH 7 in order to deprotonate GA to form gallate anion. According to the XRD analysis, GA-LDH showed the well-developed (00l) diffraction peaks with a basal spacing of ~ 1.46 nm, which was larger than the of pristine Zn2Al-LDH (0.86 nm), indicating that gallate molecules were successfully incorporated into Zn2Al-LDH layers. From the FT-IR spectra it was found that gallic acid was completely deprotonated into gallate, and stabilized in between LDH lattices via electrostatic interaction. The content of GA in GA-LDH was determined to be ~ 23 wt% by the UV-vis spectroscopy and HPLC analyses. In vitro release PBS pH 7.4 (ice bath) demonstrated that GA was sustainably released from GA-LDH nanohybrid up to 85% within 72h. The anti-oxidant property was also be systemically discussed on the basis of DPPH method. The photo-stability assess of GA and GA-LDH nanohybrid were carried out under UV light. The content of GA in GA-LDH nanohybrid at 360 min after light exposed retained more than ~70 % of initial content, although that of pure GA reduced to ~45 %, representative that GA molecules are stabilized by LDH inorganic layers against the UV light. And therefore, the present reaction route to GA-LDH nanohybrid can be considered as one the platforms for nanomedicine.;최근 생체 활성 물질을 삽입 한 금속 수산화 (LDH) 하이브리드는 생체 적합성과 약물전달이 용이하여 큰 관심을 끌고있다. 생체 활성 물질로서 항산화제의 일종인 Gallic Acid (GA)를 사용하여 합성하였다. 합성방법은 공침방법과 이온교환 방법 그리고 Exfoliation & Restacking 방법으로 진행하였다. X선 회절분석을 통해 기존의 공침방법과 이온교환 방법으로는 Gallate가 금속수산화염 에 층간 삽입이 되지 않았으나 Exfoliation & Restacking 방법으로 합성하였을 때에는 층간 거리가 ~ 1.46 nm로 성공적으로 층간 삽입이 되었다는 것을 확인하였다. Exfoliation & Restacking 반응은 다음과 같이 진행된다. Zn2Al-LDH는 공침 방법으로 80 ℃에서 6 시간 동안 수열합성 하였다. 이와 같이 제조 된 Zn2Al-LDH를 포름 아미드에 분산시켜 질소 분위기 하에서 박리 된 LDH 콜로이드 용액을 형성시켰다. GA intercalated LDH (GA-LDH)를 합성하기 위해 Gallate anion으로 만들어진 GA를 박리 된 Zn2Al-LDH 콜로이드 용액 하에서 pH 7로 조정하여 합성하였다. X선 회절분석에 따르면, pristine Zn2Al-LDH (0.86 nm) 과 비교하였을 때 1.46 nm로 Gallate 분자가 Zn2Al-LDH 층에 성공적으로 삽입되었음을 증명하였다. FT-IR 스펙트럼을 통해 Gallate가 금속 수산화염에 정전기적 인력을 통해 안정화 되어 있음을 확인하였다. GA-LDH에서 GA의 함량은 UV-vis spectroscopy와 HPLC 분석에 의해 ~ 23 wt %로 결정되었다. 용출 실험을 통해 PBS pH 7.4 (4 ℃)는 GA가 72 시간 내에 GA-LDH 나노 하이브리드에서 약 85 %까지 지속 방출된다는 것을 보여 주었다. DPPH 방법을 통한 항산화 효과에서는 순수한 GA와 GA-LDH가 큰 차이가 없이 항산화 효과를 가지고 있는 것을 확인하였고, UV light를 이용한 광 안정성 평가에서는 광이 노출된 후 360분 동안 순수한 GA에서는 약 45 %로 감소되었지만 GA-LDH 에서는 초기 함량의 70 % 이상을 유지하는 것으로 보아 GA 분자가 LDH 무기 층에 의해 빛에 대한 안정성이 향상 된 것을 보여주었다. 따라서, 본 연구를 통해 GA-LDH 하이브리드는 Gallate의 항산화 특성을 유지하면서 빛에 대한 안정성을 향상시킨 약물 전달 시스템에 응용 될 수 있음을 입증하였다.