具有荧光共振能量转移及天线效应的用于光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有荧光共振能量转移及天线效应的用于光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的制备方法，该方法包括如下步骤：1）配置一定浓度的卟啉类化合物的有机溶剂溶液A；2）配置一定浓度的二萘嵌苯或芘的有机溶剂溶液B；3）将上述溶液A和溶液B以一定掺杂比例混合得到溶液C；4）将一定量的溶液C逐滴加入水中，剧烈搅拌，得到最终溶液D，即含有纳米粒子的水溶液。该方法简单易行，可制备出作为优异的诊疗一体化的纳米粒子应用于癌症治疗。

说明书

技术领域

本发明涉及用于光动力治疗的光敏剂领域，特别是涉及一种具有荧光共振能量转移及天线效应的用于光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的制备方法。 

背景技术

光动力治疗(Photodynamic therapy，PDT)是最具潜力的癌症治疗模式之一，因为它不但是一种非侵入型的技术，同时具有癌症治疗的高选择性。 

光动力学治疗利用对病灶位置进行光照，通过光敏剂的能量转换，生成对疾病细胞具有杀伤作用的单线态氧。因此，单线态氧的生成量是衡量光敏剂效率的一个关键指标。另一方面，由于光动力治疗是一种外部刺激作用下的治疗方式，光照治疗前的精确诊断和定位是必不可少的。有趣的是，大部分的光敏剂具有荧光成像的潜力，作为一种优异的成像模式，荧光成像整合的诊疗(Theranostic)已经得到大量的研究,因为荧光成像具有非常高的时间和空间分辨率，有利于手术操作中的精确指导。因此，荧光成像介导的光动力治疗在提高抗癌疗效方面具有非常大的研究意义和实际应用潜力。 

目前，卟啉是最普遍应用的光敏剂，但是，大部分的卟啉分子在生物体液环境中容易发生严重的聚集，引起荧光淬灭，同时导致光敏剂更少的被激活，减少了单线态氧的生成，从而限制了光敏剂实际应用中的诊断和治疗效果。 

为了解决这个问题，大量研究聚焦于将光敏剂掺杂并稳定在有机纳米基质中，但是这些基质本身是惰性的，仅仅起到分散光敏剂分子减少自淬灭的作用，另外，基于这种惰性基质的光敏剂纳米粒子为了达到有效的抗癌疗效 需要更高的光敏剂浓度，因为惰性基质下的光敏剂产生的单线态氧的量是有限制的。因此，为了应对这些挑战，试图发展一种光活化的光敏剂，这样能在较低光敏剂浓度的前提下，产生更多的单线态氧，从而增强光动力疗效。 

根据现有的知识，本申请提出一种在掺杂的前提下，进一步利用可光活化的基质作为荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)的给体及同时作为天线吸取更多的光能并转移给光敏剂的方法。一方面，荧光共振能量转移(FRET)是一种通过给体和受体之间的能量传递实现提高受体发光效率的有效方式，它被广泛的应用于设计高效的荧光纳米粒子以用于生物成像领域，但是很少用于光动力治疗领域。另一方面，天线效应也越来越多地被应用到增强荧光发射上，但据现有技术，目前还没有研究将天线效应应用到光动力治疗领域。 

综上所述，一种理想的诊疗一体化的光敏剂掺杂的纳米粒子应该是具有光活化的染料作为基质，它不仅可以作为捕获更多吸收光的天线，同时可以将捕获的这些光能通过FRET效应传递给光敏剂，这样一种纳米粒子将会具有高的单线态氧产量用于光动力治疗，同时具有高的荧光强度用于诊断成像。 

因此，通过这种光敏剂掺杂的手段实现同时增强荧光成像诊断和光动力治疗的疗效，为将来设计出具有高单线态氧产量及高效的荧光成像引导的PDT治疗提供一种有效的策略。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有荧光共振能量转移及天线效应的用于光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的制备方法，该方法简单易行，可制备出作为优异的诊疗一体化的纳米粒子应用于癌症治疗。 

本发明采用的技术方案是提供一种具有荧光共振能量转移及天线效应的用于光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的制备方法，该方法包括如下步 骤： 

1）配置一定浓度的卟啉类化合物的有机溶剂溶液A； 

2）配置一定浓度的二萘嵌苯或芘的有机溶剂溶液B； 

3）将上述溶液A和溶液B以一定掺杂比例混合得到溶液C； 

4）将一定量的溶液C逐滴加入水中，以超声1000-1500转/分钟速率搅拌5-10分钟，得到含有纳米粒子的水溶液D。 

优选地，步骤1）中所述卟啉类化合物为5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉或四取代苯基卟啉。 

优选地，步骤1）和步骤2）中所述的有机溶剂为四氢呋喃、丙酮。 

优选地，步骤1）和步骤2）中所述一定浓度为1mM-10mM；优选地，所述一定浓度为6mM。 

优选地，步骤3）中所述的一定掺杂比例指溶液A与溶液B的体积比为0.05：100-5:100；优选地，一定掺杂比例为0.2:100。 

优选地，步骤4）所述的一定量为100μl-300μl；优选地一定量为200μl；所述水为高纯水，用量为5-20ml，优选用量为5ml。 

本发明所述高纯水指去离子水，即化学纯度极高的水，其中的杂质的含量小于0.1mg/L，也就是指经过纯水系统设备过滤的水。 

本发明的效果是本发明提供了一种通过结合掺杂、荧光共振能量转移和天线效应等多种优势，制备出可同时增强荧光成像诊断和光动力治疗的光敏剂掺杂纳米粒子的方法。该方法简单易行。由于在该方法中使用了光活化的染料分子（即具有大的摩尔吸收系数，可以吸收光能并传递给光敏剂的分子）作为基质，因而具有以下优势：1、光活化基质可分散光敏剂，防止其自淬灭，以增强荧光发射；2、通过FRET效应将能量从二萘嵌苯转移到光敏剂，以获得更高的荧光增强；3、作为捕获光能的天线，二萘嵌苯具有较高的摩尔消光系数，能更多的吸收光能，用以激发光敏剂。4、掺杂纳米粒子在暗 条件下，荧光发射很弱，且几乎不产生单线态氧，但是在光照后，能发射很强的红色荧光，且能产生大量单线态氧，具有光毒性，说明其具有很好的选择性。5、如表所示，通过细胞实验证实该掺杂粒子可很好的进入细胞，同时在细胞环境中具有很高的单线态氧产量及很强的荧光强度，说明其可作为优异的诊疗一体化纳米粒子用于癌症治疗。 

附图说明

图1为制备的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂纳米粒子的扫描电子显微镜（SEM）示意图A、透射电子显微镜（TEM）示意图B、动态光散射（DLS）图C； 

图2为制备的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂的纳米粒子与纯的光敏剂纳米粒子及纯的二萘嵌苯纳米粒子的单线态氧检测结果对比的电子自旋共振（ESR）谱图； 

图3为制备的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂的纳米粒子的细胞成像（Confocal）照片； 

图4为制备的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂的纳米粒子与没有掺杂的纯光敏剂分子及纯二萘嵌苯纳米粒子的Hela细胞的活力实验（MTT）对比； 

图5为制备的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂的纳米粒子光照前后的Hela细胞的活力实验（MTT）对比。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步加以说明。 

实施例1 

1)配置6mM浓度的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉的四氢呋喃溶液； 

2)配置6mM浓度的二萘嵌苯的四氢呋喃溶液； 

3)将步骤1)和步骤2)中的溶液按体积比为0.2：100的比例混合到10ml 的茶容量瓶中； 

4)取200μl步骤3)中的混合溶液加入到已装有5ml高纯水的圆底烧瓶中，以超声1200转/分钟搅拌5分钟，得到最终含有纳米粒子的水溶液。 

实施例2 

1)配置6mM浓度的四取代苯基卟啉的四氢呋喃溶液； 

2)配置6mM浓度的二萘嵌苯的四氢呋喃溶液； 

3)将步骤1)和步骤2)中的溶液按体积比为0.2：100的比例混合到10ml的茶容量瓶中； 

4)取150μl步骤3)中的混合溶液加入到已装有5ml高纯水的圆底烧瓶中，以超声1400转/分钟搅拌8分钟，得到最终含有纳米粒子的水溶液。 

实施例3 

1)配置6mM浓度的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉的四氢呋喃溶液； 

2)配置6mM浓度的芘的丙酮溶液； 

3)将步骤1)和步骤2)中的溶液按体积比为0.2：100的比例混合到10ml的茶容量瓶中； 

4)取300μl步骤3)中的混合溶液加入到已装有5ml高纯水的圆底烧瓶中，以超声1500转/分钟搅拌10分钟，得到最终含有纳米粒子的水溶液。 

实施例4 

1)配置6mM浓度的四取代苯基卟啉的四氢呋喃溶液； 

2)配置6mM浓度的芘的丙酮溶液； 

3)将步骤1)和步骤2)中的溶液按体积比为0.2：100的比例混合到10ml的茶容量瓶中； 

4)取200μl步骤3)中的混合溶液加入到已装有5ml高纯水的圆底烧瓶中，以超声1300转/分钟搅拌5分钟，得到最终含有纳米粒子的水溶液。 

图1是对制备得到的5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉光敏剂掺杂的纳米粒子进行表征。从图1可以看出掺杂纳米粒子呈均匀的球形颗粒，经动态光散射测得纳米粒子的尺寸在91.8nm。 

图2是对光敏剂5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉掺杂的纳米粒子、纯光敏剂纳米粒子、纯二萘嵌苯纳米粒子进行单线态氧生成的定性定量比较，可以得出本发明中所阐述的掺杂型的纳米粒子具有最高的单线态氧生成量。 

图3是将光敏剂5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉掺杂的纳米粒子加入到Hela细胞中，在培养箱中培养一段时间，滴加到载玻片上，再用激光共聚焦显微镜观察，可看到该发明中的纳米粒子可很好的进入到细胞，并在细胞环境中发出荧光。 

图4及图5是用MTT法检测细胞活力，MTT法又称MTT比色法，是一种检测细胞存活和生长的方法。其检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒（Formazan）并沉积在细胞中，而死细胞无此功能。二甲基亚砜（DMSO）能溶解细胞中的甲瓒，用酶联免疫检测仪在490nm波长处测定其光吸收值，可间接反映活细胞数量。用该方法得到的数据可看出，与纯光敏剂纳米粒子、纯二萘嵌苯纳米粒子对比，光敏剂5,10,15,20-四（4-吡啶）卟啉掺杂的二萘嵌苯纳米粒子在光照之后具有更大的细胞毒性，即能很好的杀死癌细胞。