光敏劑G-BDCM復合物的制備

狄 虎

（山西大同大學化工學院，山西 037009）

1 光動力療法簡介

1.1 光動力療法簡介

1.2 光動力療法的作用機理

PDT作用機理：PDT治療中的三個關鍵因素是光敏劑，光和氧氣。當一定組織波長的光照射在腫瘤特異性吸附的光敏劑上時，光敏劑將會發生光敏反應并產生活性氧，其中主要的是單線態氧，這些活性氧物質 (reactive oxygen substance，ROS)能夠和細胞生物大分子發生氧化作用，使細胞的結構和功能受到嚴重影響，比如影響腫瘤快速分化所需蛋白質的合成的影響，從而實現干擾腫瘤細胞的生長，間接或直接的誘導腫瘤細胞死亡。

1.3 理想光敏劑藥物應具備的特點

吸收波長長，在近紅外區域有吸收，波長長，軟組織穿透深；組分單一，性質穩定，結構明確；較低的安毒性、較高的組織選擇性；較大的水溶性，在生理條件下不易自聚；較高的單線態氧產率，并兼具一定的藥物代謝速率。

1.4 合成的意義和目的

光動力療法與傳統的抗癌療法（放療、化療、手術治療）相比具有如下優點；微創性小、毒副作用低、選擇性好（優先在分裂快的組織細胞富集）、抗癌譜廣、副反應小、療效快等特點。石墨烯及其衍生物在納米藥物運輸系統、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應用廣闊。石墨烯和生物醫學領域的應用研究雖處于起步階段，但卻是產業化前景最為廣闊的應用領域之一。

光動力治療中光敏劑發揮PDT療效的最關鍵兩個因素是：水溶性和吸收波長。改善光敏劑的水溶性，降低其在生理條件下的π-π自聚，增大光敏效應十分有必要。同時，光敏劑吸收波長越長，這就意味著相對應治療可選擇的光能夠穿透組織越深，對應治療深處腫瘤意義重大。因而課題研究的前提是基于提高葉綠素-a光敏劑焦脫鎂葉綠酸-a甲酯的水溶性和吸收波長，從根本上解決光敏劑治療癌癥問題。

2 光敏劑的類型及其發展

2.1 光敏劑的概念

光敏劑是種能特異性吸收和再釋放特定波長光的分子，能夠促使光化學反應的發生。在光照條件下，光敏劑發生光敏化反應，產生活性氧誘導腫瘤細胞死亡。

2.2 光敏劑的發展歷史

第一代光敏劑有血卟啉衍生物，包括二聚體、低聚體化合物，以及后續出現的光卟啉這些光敏劑最大吸收波長基本都低于630nm，波長較短，這樣就限制了治療時組織穿透力，從而降低治療效果；另一方面，它們的摩爾吸光系數相對比較低，發揮療效需要大量的藥物；體內正常組織或皮膚滯留時間長，光敏作用時間較長，一般為4～6周。

第二代光敏劑大多數都是在20世紀90年代時期發展的，大多數二代光敏劑化合物基本都是以卟啉或者卟啉為基礎的大環結構化合物，例如二氫卟吩、細菌二氫卟吩、細菌葉綠素a類、酞菁類、脫鎂葉綠素。克服了第一代光敏劑的缺陷，具有較大的摩爾吸光系數，光敏周期短，吸收波長較長，具有更深的軟組織穿透力，產生單態氧產率高，腫瘤選擇性高。

第三代光敏劑多為第二代的衍生物，基本都是基于波長的提高、靶向性專一性的增加、改善生物利用度等方面的修飾，例如結合多肽、蛋白質、氨基酸、多糖、納米材料結合來提高其磁靶向性、生物利用度，目前正處于進一步的研究當中。

因為瑪麗在提取海瑞塔·拉克斯的細胞時，根據姓名的縮寫寫下“HeLa”這個單詞，所以后來這個細胞就被叫作“海拉細胞”。

3 光敏劑G-BDCM復合物制備的實驗分析

3.1 實驗試劑及儀器

本文使用的實驗試劑主要有以下五種：乙醇、丙二腈、二氯甲烷、苯、丙酮，其中乙醇的純度為95.57%。實驗儀器包括電子天平、電熱鼓風干燥箱、紅外光譜儀 (FT-IR)、紫外分光光度計 (UV-Vis)、高速離心機、真空干燥箱、KQ-100B型超聲波清洗器、熒光光譜儀。

3.2 光敏劑G-BDCM復合物的制備過程

以焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（MPPA） 為起始原料，以乙醇作為溶劑，在三乙胺的作用下與丙二氰反應制備得到13-β，β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM），然后以DMSO溶劑BDCM，以水分散石墨粉，在持續超聲振蕩下反應24h，得到墨綠色溶液G-BDCM水溶液。

3.3 光敏劑G-BDCM復合物的制備步驟

3.3.1 制備13-β，β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）

取MPPA22mg、丙二腈20mg溶于3ml乙醇，加入催化劑三乙胺50μl，放入50ml二口瓶中進行磁力攪拌，溶液溫度85℃左右反應3-5h后，停止反應，減壓旋蒸濃縮液體，隨后以乙醇、二氯甲烷萃取溶液，濃縮蒸干，采用薄層層析分離，以乙酸乙酯：石油醚（1：5） 為展開劑，得到墨綠色固體13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）。

3.3.2 制備石墨烯負載BDCM復合物，以實現提高BDCM的水溶性。

首先制備石墨烯溶液：用50mg石墨與50mg十二烷基苯磺酸鈉（SDBS） 在60ml二重蒸餾水中超聲2h，之后離心30min，得到粗制得石墨烯溶液。然后向其中滴加BDCM（10mg）二氰化合物的DMSO溶液0.2mL，邊超聲邊震蕩，超聲24h，隨后離心混合液以除去沒有反應的光敏劑，并抽濾除去沒有反應的石墨烯，得到的物質保存于水中待測。

3.4 實驗結果

3.4.1 石墨烯負載13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM） 的表征

根據紫外吸收光譜可知最大吸收波長：λmax：MPPa為667nm，MDCM 為698nm，說明丙二氰的修飾，擴展了芳香環的π-π-共軛，使紫外吸收波長紅移了31nm，波長越長，對深處腫瘤治療越好。

3.4.2 石墨烯負載BDCM后的紫外吸收與熒光發射光譜圖

根據熒光發射光譜可知：熒光發射波長MPPa：為704nm，G-BDCM基本呈現熒光淬滅，說明石墨烯負載BDCM后，使其熒光淬滅，簡接說明BDCM已經連接在石墨烯表面了。

根據紫外吸收光譜可知最大吸收波長：λmax：BDCM 為 698nm、 G-BDCM 為 708nm、石墨烯與光敏劑是通過π-π共軛連接在一起的，導致吸收波長出現紅移10nm，同時紫外吸收基線上調，這是納米藥物分散在水中導致的現象，也說明石墨烯成功與BDCM連接在一起。

3.4.3 石墨烯負載BDCM后G-BDCM的結果

根據拉曼光譜可知：Graphite：D 1355 cm-1G：1578 cm-12D 2729 cm-1。

G-BDCM：D 1356 cm-1G：1578 cm-12D：2710 cm-1。

H-石墨烯負載光敏劑BDCM后，基本維持原先石墨粉的拉曼吸收峰，但2D峰藍移，說明BDCM參與了石墨粉的剝離，導致少層石墨烯的形成，同時 D峰強度的增加源于光敏劑BDCM的負載，破壞了原先石墨粉的對稱性，促使D峰強度增加。

4 結論

本文首先以焦脫鎂葉綠酸-a甲酯為原料，通過丙二氰的修飾，擴展了整個大π-電子體系共軛，因而使13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）的紫外吸收波長紅移至698nm，同時其熒光發射波長為704nm（400nm的激發波長），丙二氰的修飾成功獲得吸收波長更長的光敏劑13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯，它更利于對深處腫瘤的治療。另一方面，當和石墨烯結合后，雖然由于石墨的引入導致其熒光強度基本淬滅，但其紫外吸收波長進一步紅移至708nm，實現了實驗設計的初衷，制備波長更長的新型光敏劑，有望解決深處腫瘤的治療。另一方面，由于石墨烯是在水中和BDCM反應，由于π-π共軛效應和親水性反應，使獲得的新型G-BDCM復合物呈現明顯增加的水溶性，在很大程度上解決了光敏劑水溶性差的問題。

綜合上述所述，制備新的光敏劑G-BDCM復合物具有顯著增加的紫外吸收波長，以及明顯增加的水溶性，有望應用于深處腫瘤的治療，我們相信，水溶性的大大提升將會獲得優良的抗腫瘤活性，同時也有望應用于臨床研究當中。