聚卟啉咪唑药物载体的制备及性能研究

高广阔，张璐璐，赵 耀，康 鑫，于 浩，张凤鸣

(哈尔滨理工大学 化学与环境工程学院，哈尔滨 150040)



聚卟啉咪唑药物载体的制备及性能研究

高广阔，张璐璐，赵 耀，康 鑫，于 浩，张凤鸣*

(哈尔滨理工大学 化学与环境工程学院，哈尔滨 150040)

药物传递体能够起到药物缓释、提高药物生物利用率、降低药物高浓度带来副作用的功效。制备了粒径80 nm以下的卟啉聚合物药物载体，利用红外光谱(IR)、X-射线粉末衍射(XRD)确定了聚合物的结构，利用扫描电子显微镜(SEM)确定了材料的形貌和粒径，并利用N2和CO2吸附测试确定了材料的比表面积和孔径大小，表明材料具有良好的孔结构。进而对该材料装载和释放抗癌药物5-氟尿嘧啶性能进行了研究。

药物传递；纳米材料；聚合物；卟啉

随着纳米技术的高速发展，纳米药物载体相对于传统材料显示了明显的优势。研究表明，纳米药物传递体能够延长药物在体内的循环时间，提高药物生物利用率，降低药物高浓度带来的副作用等功效。对于抗肿瘤药物而言，目前可用于治疗肿瘤的纳米药物传递体种类丰富，如树枝状高分子、脂质体、聚合物纳米粒、胶束、蛋白质纳米粒、金属纳米粒等[1]。

卟啉是卟吩环碳上的氢原子部分或全部被取代后形成的化合物。目前卟啉及其衍生物已被广泛用于医学、分析化学、配位化学、仿生学、催化等领域，与之有关的交叉学科也正在逐步形成，特别是在肿瘤医学方面的应用发展迅速[2]。 卟啉类化合物对癌细胞有选择性亲和并滞留其中，同时卟啉是一种良好的光敏剂，在有氧的情况下，卟啉经一定波长的光照后可吸收能量并激发出单线态氧而杀死细胞。利用此特性，当卟啉聚集在癌变部位时，用某种波段的光或激光照射病灶，便可杀死癌细胞，从而达到治疗的目的。因此，以卟啉为结构单元构筑的药物传递体具备主动肿瘤细胞处富集，实现主动肿瘤靶向药物传递，同时药物传递体本身具备光治疗肿瘤的应用潜力[3]。基于以上思路，本文设计制备了一个卟啉聚物药物载体，对聚合物的合成条件进行了探索，表征确定了聚合物的结构和形貌，并对其传递抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶的性能进行了研究。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

1,2,4,5-四氨基苯盐酸盐(国药集团)；甲烷磺酸(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(济南恒华科技有限公司)。

X-射线衍射仪(日本理学公司，D/max-rC)；紫外-可见分光光度仪(北京普析通用仪器有限公司，TU-1800PC)；场发射电子扫描显微镜(日本电子公司，JSM-5610LV)。

1.2 实验方法

100 mL三颈瓶通氮气30 min除去瓶内空气，在氮气保护下快速将五氧化二磷(3 g)，甲烷磺(20 mL)加入到烧瓶中。搅拌并升温至45 ℃，保持30 min左右直至P2O5溶解。然后加入1,2,4,5-四氨基苯盐酸盐(0.44 g)，搅拌至均匀分散，加入5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)(0.5 g)，此时溶液呈蓝黑色。保持搅拌状态，慢慢升温至80 ℃保持1 h，90 ℃保持1 h。然后升温至120 ℃，约1.5 h之后当溶液稍变粘稠时即停止反应，溶液呈棕褐色，移出油浴，在室温冷却至100 ℃以下，倒入装有200 mL的蒸馏水的烧杯中，搅拌过夜。溶液在14 000 rpm转速下离心20 min，用N,N′-二甲基甲酰胺(DMF)，蒸馏水，无水乙醇各洗5遍，用冻干机冻干，得到0.5 g蓝黑色固体，产率53.2%。

2 结果与讨论

2.1 合成与表征

卟啉咪唑聚合物的合成路线见图1。五氧化二磷甲烷磺酸溶液又称为伊顿试剂[4](Eaton’s reagent)，该试剂作为合成苯并咪唑类聚合物溶剂具有反应体系粘度低、加热温度低、反应时间短和催化效率高的优点。1,2,4,5-四氨基苯与TCPP在五氧化二磷甲烷磺酸溶液反应介质中通过程序控温在几小时内就能完成反应。得到的蓝黑色的产物，该聚合物在常规的溶剂中如二氯甲烷、醇、水、DMF、二甲基亚砜以及酸碱溶液中均不溶解。

图1 卟啉咪唑聚合物的合成路线Fig.1 Synthetic method of porphyrin imidazole polymer

聚合物的FTIR谱如图2所示，在聚合物中，原TCPP的羧酸基团在1 691 cm-1处的吸收峰消失，表明羧酸与氨基发生反应。聚合物在1 608，1 400和1 236 cm-1的强吸收峰归因于芳香环的骨架震动。位于3 400 cm-1左右的峰归属于N-H伸缩振动的特征峰。聚合物XRD图谱(图3)，在10～35度较大区间出现聚合物特征的“包峰”，表明合成产物是无定型聚合形态。

图2 聚卟啉咪唑的FTIR光谱Fig.2 FTIR spectra of polyporphyrin imidazole

图3 聚卟啉咪唑的XRD衍射图谱Fig.3 XRD patterns of poly (phthalazinone)imidazoles

为了研究聚合物的粒径大小和形貌，对其进行了扫描电子显微(SEM)分析(图4)。由图4可见，聚合物呈颗粒状，颗粒大小均匀，单独分散的颗粒为纳米级别，为30～40 nm。作为纳米药物传递体粒径大小的控制十分必要，其大小要满足小于200 nm才能有较好的实际应用价值。该聚合物纳米粒粒径大小和均匀程度表明该聚合物纳米粒在粒径大小上已充分符合作为药物载体的要求。

图4 聚卟啉咪唑的SEM图，标尺为100 nmFig.4 SEM images of polyporphyrin imidazole with standard scale 100 nm

2.2 气体吸脱附分析

为了研究聚合物是否具有孔结构，进行了N2和CO2吸附测试。聚合物经过甲醇和二氯甲烷浸泡后，在60 ℃真空干燥箱中干燥12 h，在120 ℃下脱气12 h，77 K条件下对聚合物测得的N2吸脱附曲线见图5。由图5可见，在相对压力P/P0= 1时氮气吸附量在110 cm3/g，最大孔径为19.49 nm，比表面积BET为122.8 m2/g。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)对物理吸附等温线的分类，此种聚合物的吸附等温线为Ⅲ型[5]。表明聚合物与N2分子间的作用力较弱。聚合物在298 K下CO2吸脱附等温线和77 K下H2吸脱附等温线见图6，在相对压力P/P0= 1时二氧化碳吸附量在22 cm3/g左右，氢气吸附量在68 cm3/g左右。不同气体的吸附数据表明聚合物具有孔结构特征，孔径较大，从孔结构上具备作为药物载体的潜力。

图5 聚卟啉咪唑在77 K下N2吸附等温线(左)与孔径分布图(右)Fig.5 N2 adsorption isotherm and pore size distribution of polymer at 77 K

图6 聚卟啉咪唑在298 K下CO2吸脱附等温线(左)及77K下H2吸脱附等温线(右)Fig.6 Adsorption-desorption isotherm of CO2 for the polymer at 298 K (left),and H2 adsorption-desorption isotherm at 77 K (right)

3 药物传递性能测试

本论文利用聚合物材料负载药物5-氟尿嘧啶，先通过紫外吸收光谱确定5-氟尿嘧啶在乙醇中的最大吸收波长，然后根据最大吸收波长测量不同浓度的吸光度，制作其标准曲线，由标准曲线可算出载药量和释放量[6]。

3.1 标准曲线的制作

5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的紫外吸收光谱见图7。由图7可见，5-氟尿嘧啶在乙醇溶液最大吸收波长为261 nm。而5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的检测浓度为0.2～100 μg[7],吸光度(A)与浓度(c)有良好的线性关系。由此可作出不同浓度下的5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的标准曲线，回归方程为y=0.066x-0.009(R2=0.997 5)见图8。

图7 5-氟尿嘧啶的紫外吸收光谱Fig.7 UV absorption spectra of 5-fluorouracil

图8 5-氟尿嘧啶的标准曲线Fig.8 5-fluorouracil standard curve

3.2 卟啉咪唑聚合物材料的载药性能测试

本实验所采用聚合物与5-氟尿嘧啶质量比为1∶4的条件下进行载药性能测试，操作步骤如下：先将20 mg 5-氟尿嘧啶溶于20 mL的乙醇溶液中，搅拌使其全部溶解，之后向溶液中加入5 mg的聚合物材料。使其进行负载。每隔1 h测一次样品的紫外吸光率，根据标准曲线计算其浓度和载药量。载药量随时间的变化图见图9。由图9可见，当时间超过18 h，聚合物基本载药完成了，当25 h后载药量有一些减小，可能是因为在溶剂中的浸泡，导致部分药物脱落下来，随后载药量基本趋于稳定[8]。最高载药量可达1.940 g/g。

3.3 卟啉咪唑聚合物材料的药物体外释放性测试

将装载药物的聚合物进行离心，干燥后使其溶解在20 mL的乙醇溶液中，在8 000 r/min的离心机下离心15 min，起始每隔1 h监测其紫外吸收情况，10 h后，延长测定时间。并根据标准曲线算出药物的释放量。药物的释放量随时间的变化见图10。由图10可见,当在84 h后基本不再释放药物，这表明药物已经从聚合物的孔洞中缓释出来[9]。而且药物的释放性也比较高，可达到1.919 g/g。

图9 载药量与时间的关系Fig.9 Relationship between drug loading with time

图10 药物释放量与时间的关系Fig.10 Relationship between drug release with time

4 结 论

本文合成了一种新型卟啉咪唑聚合物，该聚合物具有80 nm的粒径，气体吸附测试表明该聚合物具有多孔的结构。对聚合物进行药物装载和释放实验表明，该聚合物药物载体可较高的装载5-氟嘧啶抗癌药物，并且药物持续释放时间可达84 h，具有较好的药物传递能力。下一步工作将集中在药物载体主动肿瘤靶向性和载体同时光治疗癌症的研究，本研究工作将为抗肿瘤药物载体的发展特别是药物载体同时具备光治疗肿瘤的研究提供新思路。

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Synthesis and properties of porphyrin-imidazole polymer as drug carrier

GAO Guang-Kuo,ZHANG Lu-Lu,ZHAO Yao,KANG Xin,YU Hao,ZHANG Feng-Ming*

(CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150040,China)

Drug delivery system can play a key role on including a drug slow release,improving drug bioavailability,reducing the high concentration of drugs and other side effects.A polyporphyrin drug carrier with a two-dimensional structure of less than 80 nm was prepared.The structure of the polymer was characterize by IR and XRD.The morphology and particle size were determined by scanning electron microscopy (SEM).The adsorption capacity,specific surface area and pore size of the material were determined by N2and CO2adsorption to be tested,which indicated that the material had good pore structure.Loading and release of 5-fluorouracil experiments showed that the drug delivery body could be loaded with drugs,and controlled time for drug release.

drug delivery; nanomaterials; polymer; porphyrin.

10.13524/j.2095-008x.2016.04.056

2016-11-07

黑龙江省大学生创新创业训练计划重点项目(201510214005);国家自然科学基金青年项目(21501036)

高广阔(1995-)，男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生,研究方向：多孔材料制备与性能研究，E-mail：g619654711@163.com;*通讯作者：张凤鸣(1980-)，男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，研究方向：多孔材料制备与性能研究,E-mail：zhangfm80@163.com。

O626.23

A

2095-008X(2016)04-0041-06