光敏剂G-BDCM复合物的制备

狄 虎

（山西大同大学化工学院，山西 037009）

1 光动力疗法简介

1.1 光动力疗法简介

1.2 光动力疗法的作用机理

PDT作用机理：PDT治疗中的三个关键因素是光敏剂，光和氧气。当一定组织波长的光照射在肿瘤特异性吸附的光敏剂上时，光敏剂将会发生光敏反应并产生活性氧，其中主要的是单线态氧，这些活性氧物质 (reactive oxygen substance，ROS)能够和细胞生物大分子发生氧化作用，使细胞的结构和功能受到严重影响，比如影响肿瘤快速分化所需蛋白质的合成的影响，从而实现干扰肿瘤细胞的生长，间接或直接的诱导肿瘤细胞死亡。

1.3 理想光敏剂药物应具备的特点

吸收波长长，在近红外区域有吸收，波长长，软组织穿透深；组分单一，性质稳定，结构明确；较低的安毒性、较高的组织选择性；较大的水溶性，在生理条件下不易自聚；较高的单线态氧产率，并兼具一定的药物代谢速率。

1.4 合成的意义和目的

光动力疗法与传统的抗癌疗法（放疗、化疗、手术治疗）相比具有如下优点；微创性小、毒副作用低、选择性好（优先在分裂快的组织细胞富集）、抗癌谱广、副反应小、疗效快等特点。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。石墨烯和生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。

光动力治疗中光敏剂发挥PDT疗效的最关键两个因素是：水溶性和吸收波长。改善光敏剂的水溶性，降低其在生理条件下的π-π自聚，增大光敏效应十分有必要。同时，光敏剂吸收波长越长，这就意味着相对应治疗可选择的光能够穿透组织越深，对应治疗深处肿瘤意义重大。因而课题研究的前提是基于提高叶绿素-a光敏剂焦脱镁叶绿酸-a甲酯的水溶性和吸收波长，从根本上解决光敏剂治疗癌症问题。

2 光敏剂的类型及其发展

2.1 光敏剂的概念

光敏剂是种能特异性吸收和再释放特定波长光的分子，能够促使光化学反应的发生。在光照条件下，光敏剂发生光敏化反应，产生活性氧诱导肿瘤细胞死亡。

2.2 光敏剂的发展历史

第一代光敏剂有血卟啉衍生物，包括二聚体、低聚体化合物，以及后续出现的光卟啉这些光敏剂最大吸收波长基本都低于630nm，波长较短，这样就限制了治疗时组织穿透力，从而降低治疗效果；另一方面，它们的摩尔吸光系数相对比较低，发挥疗效需要大量的药物；体内正常组织或皮肤滞留时间长，光敏作用时间较长，一般为4～6周。

第二代光敏剂大多数都是在20世纪90年代时期发展的，大多数二代光敏剂化合物基本都是以卟啉或者卟啉为基础的大环结构化合物，例如二氢卟吩、细菌二氢卟吩、细菌叶绿素a类、酞菁类、脱镁叶绿素。克服了第一代光敏剂的缺陷，具有较大的摩尔吸光系数，光敏周期短，吸收波长较长，具有更深的软组织穿透力，产生单态氧产率高，肿瘤选择性高。

第三代光敏剂多为第二代的衍生物，基本都是基于波长的提高、靶向性专一性的增加、改善生物利用度等方面的修饰，例如结合多肽、蛋白质、氨基酸、多糖、纳米材料结合来提高其磁靶向性、生物利用度，目前正处于进一步的研究当中。

因为玛丽在提取海瑞塔·拉克斯的细胞时，根据姓名的缩写写下“HeLa”这个单词，所以后来这个细胞就被叫作“海拉细胞”。

3 光敏剂G-BDCM复合物制备的实验分析

3.1 实验试剂及仪器

本文使用的实验试剂主要有以下五种：乙醇、丙二腈、二氯甲烷、苯、丙酮，其中乙醇的纯度为95.57%。实验仪器包括电子天平、电热鼓风干燥箱、红外光谱仪 (FT-IR)、紫外分光光度计 (UV-Vis)、高速离心机、真空干燥箱、KQ-100B型超声波清洗器、荧光光谱仪。

3.2 光敏剂G-BDCM复合物的制备过程

以焦脱镁叶绿酸-a甲酯（MPPA） 为起始原料，以乙醇作为溶剂，在三乙胺的作用下与丙二氰反应制备得到13-β，β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯（BDCM），然后以DMSO溶剂BDCM，以水分散石墨粉，在持续超声振荡下反应24h，得到墨绿色溶液G-BDCM水溶液。

3.3 光敏剂G-BDCM复合物的制备步骤

3.3.1 制备13-β，β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯（BDCM）

取MPPA22mg、丙二腈20mg溶于3ml乙醇，加入催化剂三乙胺50μl，放入50ml二口瓶中进行磁力搅拌，溶液温度85℃左右反应3-5h后，停止反应，减压旋蒸浓缩液体，随后以乙醇、二氯甲烷萃取溶液，浓缩蒸干，采用薄层层析分离，以乙酸乙酯：石油醚（1：5） 为展开剂，得到墨绿色固体13-β、β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯（BDCM）。

3.3.2 制备石墨烯负载BDCM复合物，以实现提高BDCM的水溶性。

首先制备石墨烯溶液：用50mg石墨与50mg十二烷基苯磺酸钠（SDBS） 在60ml二重蒸馏水中超声2h，之后离心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，边超声边震荡，超声24h，随后离心混合液以除去没有反应的光敏剂，并抽滤除去没有反应的石墨烯，得到的物质保存于水中待测。

3.4 实验结果

3.4.1 石墨烯负载13-β、β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯（BDCM） 的表征

根据紫外吸收光谱可知最大吸收波长：λmax：MPPa为667nm，MDCM 为698nm，说明丙二氰的修饰，扩展了芳香环的π-π-共轭，使紫外吸收波长红移了31nm，波长越长，对深处肿瘤治疗越好。

3.4.2 石墨烯负载BDCM后的紫外吸收与荧光发射光谱图

根据荧光发射光谱可知：荧光发射波长MPPa：为704nm，G-BDCM基本呈现荧光淬灭，说明石墨烯负载BDCM后，使其荧光淬灭，简接说明BDCM已经连接在石墨烯表面了。

根据紫外吸收光谱可知最大吸收波长：λmax：BDCM 为 698nm、 G-BDCM 为 708nm、石墨烯与光敏剂是通过π-π共轭连接在一起的，导致吸收波长出现红移10nm，同时紫外吸收基线上调，这是纳米药物分散在水中导致的现象，也说明石墨烯成功与BDCM连接在一起。

3.4.3 石墨烯负载BDCM后G-BDCM的结果

根据拉曼光谱可知：Graphite：D 1355 cm-1G：1578 cm-12D 2729 cm-1。

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

H-石墨烯负载光敏剂BDCM后，基本维持原先石墨粉的拉曼吸收峰，但2D峰蓝移，说明BDCM参与了石墨粉的剥离，导致少层石墨烯的形成，同时 D峰强度的增加源于光敏剂BDCM的负载，破坏了原先石墨粉的对称性，促使D峰强度增加。

4 结论

本文首先以焦脱镁叶绿酸-a甲酯为原料，通过丙二氰的修饰，扩展了整个大π-电子体系共轭，因而使13-β、β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯（BDCM）的紫外吸收波长红移至698nm，同时其荧光发射波长为704nm（400nm的激发波长），丙二氰的修饰成功获得吸收波长更长的光敏剂13-β、β二氰焦脱镁叶绿酸-a甲酯，它更利于对深处肿瘤的治疗。另一方面，当和石墨烯结合后，虽然由于石墨的引入导致其荧光强度基本淬灭，但其紫外吸收波长进一步红移至708nm，实现了实验设计的初衷，制备波长更长的新型光敏剂，有望解决深处肿瘤的治疗。另一方面，由于石墨烯是在水中和BDCM反应，由于π-π共轭效应和亲水性反应，使获得的新型G-BDCM复合物呈现明显增加的水溶性，在很大程度上解决了光敏剂水溶性差的问题。

综合上述所述，制备新的光敏剂G-BDCM复合物具有显著增加的紫外吸收波长，以及明显增加的水溶性，有望应用于深处肿瘤的治疗，我们相信，水溶性的大大提升将会获得优良的抗肿瘤活性，同时也有望应用于临床研究当中。