負(fù)載吲哚菁綠二氧化錳納米片光熱特性及影響因素研究

杭銀輝，張杜娟，丁佳正，董卉妍，伊力亞·阿洪江，韓翠平,2（通訊作者）

（1徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 江蘇 徐州 221000）（2徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像科 江蘇 徐州 221000）

吲哚菁綠（Indocyanine Green，ICG）是被美國(guó)食品藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)用于臨床的近紅外熒光成像試劑，也是一種良好的光敏劑，當(dāng)特定波長(zhǎng)光照射后能夠迅速吸收光并將熱量傳遞給深層組織。但其水溶液的不穩(wěn)定性及在強(qiáng)光下加快分解，限制了它在疾病診療中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，ICG負(fù)載到納米材料中，能夠提高藥物穩(wěn)定性、生物利用度及增強(qiáng)藥物靶向性輸送等[1]。Zheng等[2]以ICG為熒光材料，聚合物磷脂納米顆粒為載體，開(kāi)發(fā)了一種近紅外熒光納米探針。該探針大大改善了ICG的穩(wěn)定性，并能夠特異性識(shí)別癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)腫瘤原位實(shí)時(shí)、靶向無(wú)損監(jiān)測(cè)。李等[3]采用氧化石墨烯-二氧化鈦納米材料（TiO2-GO）負(fù)載ICG，有效增強(qiáng)ICG的穩(wěn)定性，并顯著改善ICG的體內(nèi)分布，增強(qiáng)其在腫瘤部位的富集。

二氧化錳（MnO2）納米片具有毒性低、生物相容性好、表面積大、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，并能被癌細(xì)胞內(nèi)過(guò)表達(dá)的谷胱甘肽（GSH）降解，可作為良好的多功能分子探針構(gòu)建平臺(tái)。Zhao等[4]利用MnO2納米片與標(biāo)記熒光染料的Aptamer構(gòu)建了MnO2納米片－Aptamer納米探針，發(fā)展了激活式熒光/核磁共振雙模式探針用于腫瘤細(xì)胞的成像。此外，He等[5]合成了裝載有抗腫瘤藥物阿霉素（DOX）的MnO2納米材料，對(duì)藥物具有控釋的作用。

本文以吲哚菁綠作為光熱試劑，以MnO2納米片作為藥物載體，構(gòu)建光熱納米材料（ICG/MnO2）。對(duì)比測(cè)試ICG/MnO2溶液和ICG水溶液的光熱轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性，探究不同濃度下ICG/MnO2溶液的光熱轉(zhuǎn)換效率，通過(guò)紅外熱成像儀研究其體外光熱成像，對(duì)于ICG在生物成像和腫瘤治療等領(lǐng)域的研究具有一定的參考意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

激光器（MRL-Ⅲ-671-2mW，長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司，808nm），熱成像儀（E50， 美國(guó)菲力爾公司），電熱恒溫干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠），Sigma 3-30ks高速離心機(jī)（德國(guó)sigma公司），IKA RCT Basic恒溫磁力攪拌器（德國(guó)IKA公司），KS-180EI型醫(yī)用超聲波清洗箱（寧波海曙科生超聲設(shè)備有限公司），WD-9403C型紫外儀（北京市六一儀器廠）。

1.2 試劑與藥品

吲哚菁綠（徐州博立達(dá)生物科技有限公司），四甲基氫氧化銨（阿拉丁工業(yè)公司），氯化亞錳（MnCl2），谷胱甘肽（GSH），雙氧水（H2O2），牛血清蛋白（BSA）（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.3 多功能納米材料ICG/MnO2的制備

取20ml 0.6M四甲基氫氧化銨和3wt% H2O2加入到10 ml 0.3M MnCl2水溶液中，得到棕黑色溶液并在室溫下攪拌過(guò)夜。然后離心純化，將沉淀于真空干燥箱中35℃烘干，得到MnO2固體。10mg MnO2加入到10ml 1mg/ml BSA水溶液中超聲12h，在離心機(jī)上以1000r/min離心20min除去下層未反應(yīng)的固體，得到MnO2納米片水溶液。取1mL MnO2納米片水溶液，加入1ml 1mg/ml ICG，室溫振蕩12h，得到多功能納米材料ICG/MnO2。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

（1）ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光熱轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性測(cè)試：配置0.25mg/ml ICG水溶液和ICG/MnO2溶液，每次取200ul置于0.8W/cm3的808nm激光器下，照射2分鐘后冷卻至室溫，循環(huán)10次，記錄溫度變化，并對(duì)照觀察兩種溶液的光熱轉(zhuǎn)換趨勢(shì)。

（2）不同濃度下ICG/MnO2溶液光熱轉(zhuǎn)換效率測(cè)試：配置0.5mg/ml、0.25mg/ml、0.125mg/ml、0.0625mg/ml四種不同濃度的ICG/MnO2溶液，每次取等量置于0.8W/cm3的808nm激光照射器下，記錄不同照射時(shí)間液體溫度的變化。

（3）不同溫度及不同光照（激光照射）時(shí)間對(duì)ICG/MnO2溶液和ICG溶液穩(wěn)定性影響：分別配置0.01mg/ml的ICG/MnO2和0.01mg/ml的ICG溶液。先取出1.2ml溶液在1.5A的電流下分別照射0min，5min，10min，15min，20min，25min后測(cè)其紫外吸收光譜，測(cè)試不同光照時(shí)間對(duì)兩種溶液吸收度的影響；然后分別取出6ml兩種溶液，在12℃、24℃、36℃、48℃、60℃水浴條件下加熱10min前后測(cè)其紫外吸收光譜，測(cè)試不同溫度對(duì)兩種溶液吸收度穩(wěn)定性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光熱轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性

對(duì)ICG和ICG/MnO2溶液在不同光照時(shí)間下的溫度變化進(jìn)行考察。如圖1所示，在連續(xù)循環(huán)9次下，ICG/MnO2的升溫效率基本保持不變，而ICG水溶液隨著循環(huán)次數(shù)的增加，光熱轉(zhuǎn)化效率逐漸降低。可知和分子態(tài)ICG相比，ICG/MnO2納米復(fù)合物光熱轉(zhuǎn)化效率和光熱穩(wěn)定性均得到提升，在腫瘤治療領(lǐng)域有較大的應(yīng)用前景。

圖1 ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光熱轉(zhuǎn)換循環(huán)圖

2.2 不同濃度下ICG/MnO2溶液光熱轉(zhuǎn)換效率

不同濃度ICG/MnO2溶液的平均升溫趨勢(shì)圖如圖2A所示，在激光照射120s內(nèi)，ICG/MnO2溶液的溫度隨著照射時(shí)間、次數(shù)的增多而逐漸升高，且ICG/MnO2濃度越高，升溫速率和光熱轉(zhuǎn)化效率越高。當(dāng)濃度達(dá)到0.25 mg/ml時(shí)，光熱轉(zhuǎn)化效率趨于平衡。而水對(duì)照組在整個(gè)照射時(shí)間內(nèi)溫度均變化不大，說(shuō)明ICG/MnO2溶液在腫瘤的光熱治療方面有較大的應(yīng)用前景。此外，ICG/MnO2還可以作為一種光熱顯像劑用于光熱成像（圖2B）。

圖2 （A）不同濃度下ICG/MnO2溶液的在激光照射下的升溫趨勢(shì)圖（B）水和0.25mg/ml ICG/MnO2溶液激光照射前及照射后光熱成像照片

2.3 不同溫度及不同光照時(shí)間下ICG/MnO2溶液光熱穩(wěn)定性

測(cè)得不同水浴溫度對(duì)ICG/ H2O溶液和ICG/MnO2溶液吸收度的影響分別如圖4A、圖4B所示：ICG/MnO2水浴加熱前后的紫外吸收高峰在700-800nm之間，不同溫度下，紫外吸收值沒(méi)太大變化，而ICG加熱前后的紫外吸收隨溫度的升高逐漸減低，說(shuō)明ICG/MnO2相對(duì)ICG來(lái)說(shuō)具有較好的穩(wěn)定性。

圖4 ICG/MnO2溶液（A）和ICG溶液（B）在不同溫度下的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖

3 結(jié)論

本文成功制備了負(fù)載ICG的光熱納米復(fù)合物ICG/MnO2，并對(duì)其光熱轉(zhuǎn)換特性及穩(wěn)定性進(jìn)行研究，ICG/MnO2溶液的光熱穩(wěn)定性明顯強(qiáng)于單純ICG水溶液，可以有效解決ICG水溶液的不穩(wěn)定性及強(qiáng)光照射下加快分解等問(wèn)題，使其更好的應(yīng)用于影像診斷和治療，但其臨床穩(wěn)定性及毒性試驗(yàn)仍有待進(jìn)一步研究。