甲苯胺蓝—碳纳米管复合光敏剂的合成及其表征

秦艳利，石广立，孙 正，宫 铖

(沈阳理工大学 理学院，辽宁 沈阳 110159)

甲苯胺蓝—碳纳米管复合光敏剂的合成及其表征

秦艳利，石广立，孙 正，宫 铖

(沈阳理工大学 理学院，辽宁 沈阳 110159)

采用回流法合成甲苯胺蓝—碳纳米管复合光敏剂，并通过红外吸收光谱、可见光吸收光谱、拉曼光谱和透射电镜对所合成的复合光敏剂进行分析表征。结果表明，甲苯胺蓝较好地复合到碳纳米管上，复合光敏剂在可见光波段的吸收峰位于607nm处，拉曼光谱表明甲苯胺蓝和碳管之间存在电荷交换。本研究为碳纳米管在生物医学的应用提供实验依据。

甲苯胺蓝；碳纳米管；光敏剂；回流法

碳纳米管(Carbonnanotubes，CNTs)于1991年由日本NEC公司基础研究实验室Iijima发现[1]，研究发现CNTs可以携带多种不能穿越细胞膜的药物或生物功能分子进入细胞[2-4]，对CNTs进行功能化改性可提高其分散性和生物相容性，降低生物毒性[5]。CNTs的空腔管体不仅可载送生物活性分子及药物，且可在载送过程中保护药物及分子免受破坏，这使得CNTs作为药物传送的运输载体得以应用[6]。

甲苯胺蓝(toluidine blue，TB)作为一种主要的灭菌光敏剂，对牙周病有很好的治疗效果[7-9]。但研究发现，由于TB的水溶性差，当浓度提高到一定程度后，若再增加光敏剂的浓度，其光动力效果不升反降[10]。这主要是因为TB在溶剂中非常容易聚集，聚集体的存在对光动力性能产生较大影响，导致单线态和三线态氧的量子产率和寿命降低，降低了光敏效果，限制了TB的临床应用开发[11-12]。因此提高光敏剂的水溶性并抑制多聚体形成以提高光动力效果成为目前急需解决的问题。本文利用CNTs作为TB的载体，用回流法合成甲苯胺蓝—碳纳米管(TB-CNTs)复合光敏剂，研究抑制TB多聚体的形成，为TB的临床应用开发提供理论依据。

1 实验

1.1 试剂和仪器

直径为30～50nm的羟基化CNTs，甲苯胺蓝(TB，FMP)，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC，AR)，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，AR)，其他试剂均为分析纯。

SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵，SB100DT型超声波清洗机，DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，BS2103型电子天平，鼓风干燥箱。

1.2 复合光敏剂的合成

去离子水100mL，加入CNTs 80mg，磁力搅拌40min，超声40min使其分散均匀。将所得溶液用集热式恒温加热磁力搅拌器搅拌加热，待温度升高至30℃，用分液漏斗缓慢加入100mL TB溶液(2.4mg/mL)，然后分别加入EDC和NHS各100mg，恒温磁力搅拌6h，自然冷却到室温后用分布式漏斗抽滤，最后在干燥箱中80℃恒温干燥2h，得到TB-CNTs复合光敏剂。

1.3 分析与表征

采用Tecnai G2 F20高分辨透射电镜(TEM)对复合光敏剂的形貌进行表征；用IRPrestige-21型傅里叶红外光谱仪对样品进行傅里叶红外光谱(FTIR)测试；可见光光谱测试用本实验组建的光路系统，光源选用卤钨灯，光谱仪选用US4000型光谱仪；拉曼光谱由Renishaw in Via拉曼光谱仪测量。

2 结果与讨论

2.1 TEM分析

图1为TB-CNTs复合光敏剂的TEM图片。

图1 TB-CNTs复合光敏剂的TEM图片

由图1可以看到，CNTS的内壁和外壁，在CNTs的外壁外有化合物包裹，表明TB成功复合到CNTs上，CNTs的结构没有发生改变。

2.2 红外光谱分析

图2为TB、CNTs和TB-CNTs复合光敏剂的FTIR吸收光谱。

图2 TB、CNTs和TB-CNTs复合光敏剂的

由图2可以看到，TB的特征峰。比较图2中各条曲线可以发现，在TB-CNTs的特征峰中并没有明显发现TB特征峰，TB-CNTs的FTIR光谱相对于CNTs的FTIR光谱发生微小偏移，这归因于CNTs在红外波段的吸收比较强烈[13]，TB的特征吸收峰被覆盖。

2.3 可见光谱分析

图3为CNTs和TB-CNTs复合光敏剂的可见光吸收光谱。

图3 CNTs和TB-CNTs复合光敏剂的

从图3中可以看出，复合光敏剂中TB的特征吸收峰位于607nm，临近TB二聚体在可见光波段的特征吸收峰，相对于TB单体的特征吸收峰有较大的蓝移[14]。TB的特征吸收峰相对较弱，分析认为是CNTs对可见光有一定的吸收和散射作用，降低了TB特征吸收峰的强度。复合光敏剂的特征峰峰值位于607nm，表明利用复合光敏剂进行光动力治疗时所选择的最佳匹配激光波长为607nm，在该波段可获得较高的吸光系数和理想的单态氧产率，从而获得较好的光动力治疗效果。激光波长的选择是光动力治疗的关键因素之一，因此复合光敏剂TB-CNTs吸收光谱特性研究为其在生物医学领域的应用提供了参考数据。

2.4 拉曼光谱分析

图4为CNTs、TB、TB-CNTs的拉曼光谱频谱。

图4 CNTs、TB、TB-CNTs的拉曼光谱图

从图4中可以看出，CNTs的拉曼频谱带位于1326cm-1、1577cm-1、1606cm-1，TB的频谱带大致位于1386cm-1、1487cm-1、1560cm-1、1612cm-1，复合材料TB-CNTs的频谱带大致位于1391cm-1、1493cm-1、1563cm-1。在复合材料TB-CNTs的拉曼谱带中TB的拉曼频谱带显示了较小的频移，相对强度也有一定变化，但相对强度的变化不是很明显。频谱带的移动说明TB成功复合到CNTs上，且TB和CNTs之间有电荷交换[15]。

3 结论

用回流法可以使TB复合到CNTs上，且碳纳米管的结构没有发生改变。CNTs的管状结构可以携带大量的TB，复合光敏剂在可见光波段的吸收峰位于607nm处，拉曼光谱表明甲苯胺蓝和碳管之间存在电荷交换。复合光敏剂在可见光波段的吸收峰位于607nm处，临床应用时最佳匹配激光波长为607nm。本研究为TB的光动力体外灭菌实验提供了依据，有望改善目前对牙周病治疗的局限。

[1]Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon[J].Nature，1991，(354)：56-58.

[2]Wu W，Wieckowski S，Pastorin G，et al.Targeted delivery of amphotericin B to cells by using functionalized carbon nanotubes[J].Angew Chem Int Ed Engl，2005，44(39)：6358-6362.

[3]Shi Kam N W，Jessop T C，Wender P A，et al.Nanotube molecular transporters：Internalization of carbon nanotube-protein conjugates into mammalian cells[J].J Am Chem Soc，2004，126(22)：6850-6851.

[4]Shi Kam N W，Liu Z，Dai H.Functionalization of carbon nanotubes via cleavable disulfidebonds for efficient intracellular delivery of siRNA and potent gene silencing[J].J Am Chem Soc，2005，127(36)：12492-12493.

[5]王芳，欧俊.碳纳米管的功能化改性及其在载药领域的研究进展[J].大众科技，2012，14(11)：70-72.

[6]Bianco A.Carbon nanotubes for the delivery of therapeutic molecules[J].Expert Opin Drug Deliv，2004，1(1)：57-65.

[7]杜波，蒋琳，刘明方，等.光动力学照射小鼠牙周组织的病理变化[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15(11)：2006-2008.

[8]栾秀玲，秦艳利，胡艳秋.甲苯胺蓝介导的光动力疗法对大鼠口腔牙周致病菌灭菌效果的研究[J].口腔医学研究，2012，28(2)：102-105.

[9]张鑫，代佳音，林江.甲苯胺蓝介导的超声疗法对牙菌斑中细菌灭活效果的研究[J].现代生物医学进展，2013，13(22)：4222-4225.

[10]Qin Y L，Luan X L，Bi L J，et al.Toluidine blue-mediated photoinactivation of periodontal pathgens from supragingival plaques[J].Lasers Med Sci，2008，23(1)：49-54.

[11]栾秀玲，秦艳利，胡艳秋.甲苯胺蓝为光敏剂的光动力疗法对龈下菌斑灭菌效果的研究[J].口腔医学研究，2012，28(3)：233-236.

[12]柳意.甲苯胺蓝二聚体的吸收光谱及聚合态研究[J].辽宁师专学报，2002，4(3)：104-105.

[13]Xiao H R，Zhu B S，Wang D L，et al.Photodynamic effects of chlorin e6 attached to single wall carbon nanotubes through noncovalent interactions[J].Carbon，2012，50(4)：1681-1689.

[14]金贞玉.甲苯胺蓝性质的分光光度法分析[J].沈阳师范大学学报，2012，30(2)：245-247.

[15]Do Nascimento G M,De Oliveira R C,Pradie N A，et al.Single-wall carbon nanotubes modified with organic dyes：Synthesis，characterization and potential cytotoxic effects[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2010，211(2-3)：99-107.

(责任编辑：赵丽琴)

Synthesis and Characterization of Compound Photosensitizer of Toluidine Blue and Single Wall Carbon Nanotubes

QIN Yanli,SHI Guangli,SUN Zheng,GONG Cheng

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The compound photosensitizer of toluidine blue and single wall carbon nanotubes were synthesized using the reflux method.The structures and morphologies of the compound photosensitizer were characterized by infrared absorption spectrum,visible absorption spectrum,raman spectrum and transmission electron microscopy.This result suggested that toluidine blue was evenly compound onto carbon nanotubes,and compared with single photosensitizer,dispersibility and solubility of compound photosensitizer were significantly increased.

：toluidine blue；carbon nanotubes；photosensitizer；reflux method

2014-09-30

秦艳利(1979—)，女，副教授，博士，研究方向：激光光谱技术应用.

1003-1251(2015)05-0024-04

R318.08

A