全 文 ：研究快报
新型竹红菌甲素水溶性纳米二氧化硅载体的
制备激光敏活性研究
赵传峰 ,周　林 ,马　菲 ,王　薇 ,唐　静 ,冯玉英 ,周家宏
(南京师范大学化学与环境科学学院 ,江苏省生物医药功能材料工程研究中心 ,江苏 南京 210046)
[关键词 ] 　竹红菌甲素 , 纳米二氧化硅 ,水溶性 , 单线态氧量子产率
[中图分类号 ] O657　[文献标识码 ] A　[文章编号 ] 1001-4616(2010)04-0177-04
　收稿日期:2010-03-20.
基金项目:国家自然科学基金(20603018).
通讯联系人:周家宏 ,博士后 ,副教授 ,研究方向:光化学与功能材料.E-mail:zhoujiahong@njnu.edu.cn.
　　竹红菌(hypocrelabambusae)系子囊菌纲肉座菌科竹寄生真
菌 ,从竹红菌中提取出的竹红菌甲素(HypocrelinA)是我国首次发
现并应用于临床的新型光敏剂药物.竹红菌甲素系 3, 10-二羟基 -
4, 9-苝醌类化合物(图 1),广泛用于治疗各种皮肤病 [ 1] .由于它在
光敏条件下能产生各种活性氧尤其是单线态氧 ,对癌细胞具有明
显的抑制作用[ 2, 3]而具有良好的抗癌活性 ,引起国内外研究者的重
视.
作为抗癌光疗药物而言 ,天然的竹红菌素均属于亲脂性化合
物 ,水溶性很差 ,因而极易在极性溶剂和血液中自发聚集而形成毛
细血管的栓塞 ,因此难以直接静脉给药[ 4] .
具有核壳结构的纳米二氧化硅颗粒是一种新型的药物载体 ,特别适合用来包裹光动力疗法领域中的
光敏剂 [ 5, 6] .与先前的药物载体相比 ,该类载体具有制备方法简单 ,对环境及温度要求低 ,水溶液中稳定的
优点[ 7, 8] .另外 ,由于纳米二氧化硅具有硬性的核壳结构 ,这使得被注射到人体内的竹红菌甲素只能存在
于其核壳内 ,不会被释放出来.因此该类药物载体可以有效避免竹红菌素的释放造成的血管栓塞 ,但光照
激发后产生的活性氧物质却可以通过载体表面微孔自由扩散出载体进而发挥光动力疗效 [ 9] .
本文中 ,我们通过微乳液法合成一种包裹竹红菌甲素的纳米二氧化硅载体 ,该载体有效地改善了竹红
菌甲素的水溶性 ,与单体竹红菌甲素相比 ,包裹后的竹红菌甲素荧光强度及单线态氧量子产率明显增强.
1　实验部分
1.1　试剂
　　氨丙基三乙氧基硅烷(APTES:99%)及乙烯基三乙氧基硅烷(TEVS:97%)购自 AcrosOrganics公司 ,
TritonX-100购自 Amesco公司 , 9, 10-二苯基蒽丙酸购自 Sigma公司 , N, N-二甲基甲酰胺(DMF)及正己醇
均为国产分析纯 ,水为超纯去离子水.9, 10-二苯基蒽丙酸使用前制备成浓度为 5.5mM的 9, 10-二苯基蒽
丙酸钠盐(ADPA)水溶液.竹红菌甲素由中国科学院理化技术研究所制备 ,纯度在 96%以上 ,使用前用丙
酮重结晶后以 DMF配制成 15mmol/L母液避光保存.
1.2　仪器
HITACHIH-7650型高分辨透射电子显微镜 , Varian公司 Cary5000型紫外可见光谱仪 , Varian公司
CaryElipse型荧光光谱仪.所有的实验均在室温避光条件下进行.
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第 33卷第 4期
2010年 12月 　　　　
南京师大学报(自然科学版)
JOURNALOFNANJINGNORMALUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)　　　　
Vol.33 No.4
Dec, 2010
1.3　包裹竹红菌甲素的纳米二氧化硅载体的制备
包裹竹红菌甲素的纳米粒子是在 TritonX-100/正己醇 /水的非极性核心形成的.实验中在磁力搅拌器
搅拌状态下依次溶解 0.64gTritonX-100、800μL正己醇 、60μL竹红菌甲素的 DMF母液(15mmol/L)于
20mL超纯去离子水中 ,拌澄清后加入 200μLTEVS,反应 1h后加入 10μLAPTES,反应 20h后将样品用
截断分子量为 12 ～ 14kD的透析袋对水透析 72h以除去 TritonX-100和正己醇.作为实验对照的竹红菌甲
素 /DMF水溶液是将 60μL竹红菌甲素的 DMF母液(15mmol/L)溶解于与包裹样品等体积的去离子水
中.
1.4　纳米二氧化硅载体包裹的竹红菌甲素理化性质研究
使用透射电子显微镜研究纳米颗粒粒径及单分散性.检测过程中对照品使用竹红菌甲素 /DMF水溶
液 ,并通过比较包裹竹红菌甲素的二氧化硅纳米粒子与对照品的紫外 可见光谱(350 ～ 800nm)及荧光光
谱(激发波长为 480nm)判定包裹是否成功.
1.5　光谱学方法检测单线态氧
每 3mL样品加入 100uL5.5mmol/L的单线态氧捕捉剂 ADPA, 470nm滤光片截断光源条件下光照 ,
每隔 30s检测一次紫外光谱 ,通过紫外光谱 379nm处(ADPA特征峰)的变化规律 ,计算包裹前后 ADPA
猝灭相关速率常数 k及竹红菌甲素的单线态氧量子产率.
2　结果与讨论
2.1　纳米颗粒粒径分析
　　从图 2中可见包裹竹红菌甲素的纳米二氧化硅粒子的粒
径大约为 20 ～ 30nm,单分散性质良好.
2.2　光谱性质研究
从图 3可以看出 ,纳米二氧化硅载体包裹的竹红菌甲素与
竹红菌甲素 /DMF水溶液在 350 ～ 800 nm范围内都有 3个吸
收峰.纳米二氧化硅载体包裹的竹红菌甲素在此范围内的吸
收峰分别位于 584、549及 467nm处 ,竹红菌甲素 /DMF水溶液
在此范围内的吸收峰分别位于 592、544及 480 nm,包裹后峰
位整体向短波长方向移动.
从包裹前后竹红菌甲素的荧光光谱(见图 4)中可见纳米
二氧化硅载体包裹的竹红菌甲素在此范围内的荧光峰在
604.5nm处 ,峰强为 233.13;竹红菌甲素 /DMF水溶液在此范
围内的吸收峰在 615.5nm处 ,峰强为 16.53.由此可见包裹后
样品的荧光峰位向短波长方向移动并且荧光强度明显增强 ,
这是因为竹红菌甲素完全暴露于水环境后荧光很快被水猝
灭 ,而包裹于纳米二氧化硅非极性核心的竹红菌甲素有效避免了与水的接触 ,所以其具有很强的荧光 [ 5] .
这也有力地证明了竹红菌甲素有效地包裹入纳米二氧化硅的载体内部.
2.3　单线态氧产生能力研究
单线态氧是光动力疗法中重要的活性氧成分 ,所以在光敏剂研究中 ,单线态氧的检测尤为重要.从图
5可见 ,随光照时间的延长 , ADPA的特征峰逐渐降低 , 这是因为 ADPA与单线态氧生成内过氧化物
ADPAO2 [ 7, 8] .图 5A和图 5B分别是二氧化硅纳米粒包裹竹红菌甲素与竹红菌甲素 /DMF水溶液对 ADPA
的光猝灭作用 ,从图中可见包裹后竹红菌甲素对 ADPA的猝灭能力明显增强 ,即单线态氧的产生能力大幅
增加 ,这是因为水对竹红菌素的激发态有很强的猝灭作用 ,而纳米二氧化硅硅壳可以减少竹红菌甲素与水
分子的接触 ,有效地保护竹红菌甲素的单重激发态 [ 10] .
光照条件下 , HA与 ADPA在水体系中发生如下反应 (1)～ (4):
　　　　　　　　　　HA+hυ HA＊　　　　　Iabs (1)
　　　　　　　　　　HA＊ +3O2 HA+1O2　　 ka (2)
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ADPA+1O2 ADPAendoperoxide　　kc (3)
1O2 3O2 kd (4)
ka是激发态的 HA(HA＊)被三线态氧猝灭产生单线
态氧的速率常数 , kc是 ADPA存在下单线态氧(1O2)的
化学猝灭常数 , kd是单线态氧衰变为其基态的速率常
数.通过公式(3)计算 ADPA存在下单线态氧(1O2)的化
学猝灭常数 ,那么与单线态氧反应的 ADPA的量就可以
通过以下方法计算:
-d[ ADPA] /dt=kc[ ADPA] [ 1O2 ] .
因此 , ADPA的衰变遵循一级反应动力学.
[ ADPA] t=[ ADPA] 0exp(-kt), (5)
ln[ ADPA] t/[ ADPA] 0 =-kt. (6)
设 k=kc[ 1O2 ] =Υ1O2Iabskc/kd,其中 , Υ1O2为对应样品的
单线态氧量子产率.因此 ,相关速率常数 k就可以通过实
验数据的线性关系获得[ 7, 8] .
通过公式(6)可以计算纳米二氧化硅包裹竹红菌甲素及竹红菌甲素 /DMF水溶液猝灭 ADPA的相关
速率常数分别为 3.56×10-3 /s和 1.54×10-3 /s,包裹后竹红菌甲素产生单线态氧的相关速率常数明显
增大.
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赵传峰 , 等:新型竹红菌甲素水溶性纳米二氧化硅载体的制备激光敏活性研究
3　结论
本文通过反向微乳液法合成了新型水溶性竹红菌甲素纳米二氧化硅载体 ,该类载体粒径大约为 20 ～
30nm,单分散性良好.包裹后样品的荧光显著增强 ,这为今后的细胞定位实验提供了必备条件.包裹后 ,作
为光敏剂发挥光动力作用最主要的活性氧分子 1O2的产生能力明显增强 ,纳米二氧化硅包裹竹红菌甲素
及竹红菌甲素 /DMF水溶液猝灭 ADPA的相关速率常数分别为 3.56×10-3 /s和 1.54×10-3 /s,即包裹后
竹红菌甲素产生单线态氧的相关速率常数明显增大.以上结果预示该类纳米二氧化硅载体能有效推进竹
红菌甲素在光动力疗法领域中的应用进程.
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[责任编辑:顾晓天 ]
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