全 文 ：二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的制备和表征
丁　艳 2 ,宋开玺2 ,顾晓天1 ,周家宏 1 ,冯玉英 1
(1.南京师范大学分析测试中心 ,江苏省生物功能材料重点实验室 ,江苏南京 210097)
(2.南京师范大学化学与环境科学学院 ,江苏南京 210097)
[摘要 ] 　采用溶胶 -凝胶法合成二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒 , 并利用透射电镜和粒度分析仪对其形貌和粒
子大小进行测定 , 证明粒子呈球形 , 平均直径在 100nm左右;采用紫外和荧光光谱研究二氧化钛包裹竹红菌素
纳米粒的光谱性质 , 并与未包裹的竹红菌素在水溶液中的光谱性质进行了比较 ,结果表明 , 竹红菌素被成功地包
裹于二氧化钛纳米粒中;包裹后竹红菌素的光谱吸收峰红移 ,强度增加.由此 , 将有利于竹红菌素在光动力疗法
中的应用.
[关键词 ] 　竹红菌素 , 二氧化钛 ,纳米微球 , 溶胶凝胶法
[中图分类号 ] O653　[文献标识码 ] A　[文章编号 ] 1001-4616(2009)01-0079-04
PreparationandCharacterizationofHypocrelinEncapsulated
inTitaniumDioxideNanoparticles
DingYan2 , SongKaixi2 , GuXiaotian1 , ZhouJiahong1 , FengYuying1
(1.AnalysisandTestingCenter, NanjingNormalUniversity, BiofunctionalMaterialsKeyLabofJiangsuProvince, Nanjing210097, China)
(2.SchoolofChemistryandEnvironmentalScience, NanjingNormalUniversity, Nanjing210097, China)
Abstract:Hypocrelinencapsulatedintitaniumdioxidenanoparticleswerepreparedbysol-gelmethod.TheTEMand
gradinganalysistechniquewereusedtoinvestigatethesurfacemorphologyandthegraindiameteroftheresultant
nanoparticles.Auniformcoreshelstructurewithmid-diameterof120nmwasclearlyobserved.Thenanoparticleswere
characterizedwithUV-visandFLtechniques.Theresultssuggestedthathypocrelinhasbeensuccessfulyencapsulated
intitaniumdioxidenanoparticle, andnanoshellsdisplayastrongabsorptionwithbathochromicshiftforUV-visspectra
andincreasedFLintensity, comparingwithhypocrelinintheaqueoussolution.ThehypocrellinwasentrappedinTiO2 ,
thusitwilbebeneficialtotheapplicationinphotodynamictreatment.
Keywords:hypocrellin, titaniumdioxide, nanoparticles, sol-gelmethod
　收稿日期:2008-05-08.
基金项目:国家自然科学基金(20603018)、江苏省科技发展计划(BM2007132)资助项目
通讯联系人:冯玉英 ,教授 ,硕士生导师 ,研究方向:功能材料和仪器分析.E-mail:yyfeng@njnu.edu.cn
　　竹红菌甲素(HA)作为我国特有的一种非卟啉类光敏剂 ,与现在应用最广泛的光疗药物 -血卟啉衍
生物类光敏剂相比 ,具有易纯化 、化学修饰性好 、三重态量子产率高 、单重态氧量子产率高 、光毒性高 、从正
常组织排出速度快等优点 ,因此被公认为是一种极有应用前景的光疗药物 [ 1] .但作为光疗药物的竹红菌
素是完全脂溶性的化合物 ,难以满足血液中有效传输和细胞有效吸收的双重要求.TiO2微球是一类粒径
达纳米级 ,具有多孔空心结构的聚合物球体.纳米 TiO2空心球材料具有低密度 、高比表面积 、高的稳定性
和表面渗透性的特点 , 同时其空心部分可以容纳大量的客体分子或大尺寸客体 ,从而产生一些奇特的基
于微观 “封装 ”“包裹”效应的性质 [ 2-4] .所以用二氧化钛包裹竹红菌素可以协助竹红菌素在体内的运输.本
文采用溶胶 -凝胶法合成 TiO2包裹竹红菌素的纳米粒子并对其进行表征.
1　实验部分
1.1　二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的制备
　　将 15mmol/LHA(HA为中科院理化所提供 ,纯度 98%以上)的乙醇溶液 0.4mL,无水乙醇 10mL,钛
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第 32卷第 1期
2009年 3月 　　　　
南京师大学报(自然科学版)
JOURNALOFNANJINGNORMALUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)　　　　
Vol.32 No.1
Mar, 2009
酸四丁酯(A.R.)1mL,一起加入到 100mL锥形瓶中 ,得到混合溶液 A;再将 5mL无水乙醇 , 2mL冰醋酸
以及 1.5mL二次水混合制得溶液 B,在避光搅拌下将溶液 B缓慢滴加至溶液 A,滴加完后继续避光搅拌
4h,然后静置 12h,最终得到稳定的透明溶胶.真空旋转蒸发除去其中的溶剂 ,得到二氧化钛包裹竹红菌
素的纳米粒子 ,然后加入与原溶剂等体积的二次水 ,超声震荡得到稳定分散于水中的二氧化钛包裹竹红菌
素的溶胶.
其他条件不变 ,制得了稳定透明的二氧化钛溶胶.然后取适量的 15mmol/LHA乙醇溶液加入到一定
体积的二氧化钛溶胶中制得二氧化钛吸附 HA的纳米粒子.
1.2　纳米粒的表征
采用荷兰飞利浦公司的 XL30-ESEM型透射电镜观察粒子的形貌;在 Mastersizer2000激光粒度分析
仪上测定粒子的粒径分布情况;用美国瓦里安公司的 Cary5000型紫外 /可见 /近红外分光光度计 , Perkin
Elmer公司的 LS50B型荧光光谱仪等分别测定其吸收光谱和荧光光谱.
2　结果与讨论
2.1　二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的形貌分析
　　图 1为室温下合成的二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的透射电镜照片.从图中可以清楚的看到该纳米
粒呈现球形 ,且具有清晰的核壳结构.图 2为纳米粒的粒度分析结果 ,表明纳米粒子大小主要分布在 50 ～
200nm之间 ,其中以 80 ～ 120nm区间的 TiO2粒子占了 51.34%,这与透射电镜的结果是一致的.该纳米粒
子可以长时间不沉淀 ,并且能稳定的分散在水溶液中.这样就很好地解决了竹红菌素水溶性不好的难题 ,
且制得的粒子对肿瘤细胞的渗透性较好 [ 7, 8] ,对提高药物的生物利用度和靶向输送有重要意义.
2.2　二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的光谱分析
图 3为相同浓度的 HA水溶液 、二氧化钛吸附 HA的
水溶液和二氧化钛包裹 HA的纳米粒水溶液的紫外吸收
光谱.由图表明:竹红菌甲素水溶液在波长为 400 ～ 600
的范围内有 3个特征吸收峰 ,分别位于 461nm、543nm、
582nm.该吸收是 HA中的醌羰基和苝醌环形成的大 π共
扼体系的 π-π＊跃迁引起的 [ 1] .相对于 HA水溶液 ,被包
裹的 HA二氧化钛纳米粒子水溶液的吸收峰发生了红移 ,
且摩尔消光系数也在增大.这可能是 HA被 TiO2包裹后 ,
TiO2与 HA二者之间通过氢键生成络合物所致.这样就
使得竹红菌素的光响应范围扩展到了光疗窗口 (600 ～
900nm)内 ,能更有效的应用于光动力治疗中.
在图 4中用 480nm作为激发波长 ,分别测定了同浓
度下不同状态的 HA的荧光发射光谱.由图可见 ,水溶液
中竹红菌甲素在 598nm处有一强的荧光发射峰 ,与之相
联系的是分子内的质子转移过程 ,存在 2个分子内氢键.
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南京师大学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 32卷第 1期(2009年)
当竹红菌素被包裹后 ,荧光发射峰发生红移 ,且强度
下降.红移是由于 HA和二氧化钛纳米粒表面的羟
基形成了氢键导致了竹红菌素本身的分子内氢键被
破坏 ,分子内氢键变为分子间氢键的直接结果就是
造成了 π-π＊跃迁的基态和激发态分子轨道能级
上升 ,但当和胶体二氧化钛作用后 ,基态和激发态的
分子轨道能量略有下降.由于激发态极性强 ,能量下
降多 ,所以总的跃迁结果是发射光谱发生红移.荧光
发射强度的下降可能与 HA和二氧化钛半导体纳米
粒子表面的界面电子转移有关 [ 5, 6] .
电子传递量增加 ,分子内电子分离的程度增强 ,
激发态的能级明显降低 ,荧光被电子转移的途径所
猝灭.且被包裹于 TiO2内部的 HA,因为 HA比较拥
挤 ,使得处于激发态的 HA分子之间互相碰撞的几
率增大 ,从而导致被包裹的 HA荧光强度较低 ,这也
证明了 HA确实被包裹于纳米粒中.
2.3　荧光淬灭试验
为了进一步证明 HA是否被成功包裹于二氧化钛中 ,我们采用能够淬灭 HA荧光的二乙胺为猝灭剂
进行试验.因为二乙胺分子的直径大于二氧化钛微球的孔径 ,理论上认为其不会进入微球内部与 HA发生
作用.由图 5可见 ,随着猝灭剂二乙胺的逐渐加入 , 0.4mmol/LHA水溶液的荧光光谱强度呈快速下降趋
势 ,而二乙胺对同浓度的二氧化钛纳米粒包裹的 HA几乎没有猝灭作用 ,对同浓度的二氧化钛纳米粒吸附
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丁　艳 ,等:二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒的制备和表征
的 HA荧光猝灭能力介于两者之间.当加入 100μL的二乙胺溶液(浓度为 4.85mmol/L水溶液)后 ,猝灭
剂对 HA水溶液 、二氧化钛纳米粒吸附的 HA溶液 、二氧化钛包裹 HA的纳米粒子溶液的猝灭能力分别为
98.8%, 19.9%, 0.4%,此实验进一步证明了上述合成方法已经成功将 HA包裹于 TiO2纳米粒内.
3　结　论
采用溶胶 -凝胶法制备了二氧化钛包裹竹红菌素纳米粒 ,并对其进行了表征.TEM照片和粒度分析
表明粒子呈完整的球形 ,粒径大小分布主要在 100nm左右.通过光谱分析和荧光淬灭试验证明 , HA已经
被成功包裹于二氧化钛纳米粒中.
包裹后的 HA显现了更强的紫外吸收 ,并且其最大吸收波长有很明显的红移.这些现象都将有助于
HA在光动力疗法中的应用.
[参考文献 ]
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[责任编辑:顾晓天 ]
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南京师大学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 32卷第 1期(2009年)