阅读说明：本技术 一种近红外光敏剂及其制备方法与用途 (near-infrared photosensitizers, and preparation method and application thereof ) 是由 叶勇 张金 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于医药领域,公开了一种近红外光敏剂及其制备方法与用途。所述方法：1)将肉桂醛与尿素在有机溶剂中于180～220℃反应6～12h,离心,将上清液透析,干燥,获得碳点；2)在有机溶剂中,采用活化剂将脱镁叶绿酸进行活化,获得活化脱镁叶绿酸；将碳点分散于有机溶剂中,获得碳点分散液；将碳点分散液滴加入活化脱镁叶绿酸中,反应,离心,透析,干燥,获得近红外光敏剂。所制备的近红外光敏剂具有上转换的作用,在近红外光照下可发射蓝光和红光；对肿瘤细胞具有非常好的抑制效果。本发明的方法简单,易于实现。所述近红外光敏剂在制备光动力治疗肿瘤药物中的应用以及肿瘤细胞成像剂中的应用。(The invention belongs to the field of medicines, and discloses near-infrared photosensitizers, and a preparation method and application thereof.)

一种近红外光敏剂及其制备方法与用途

技术领域

本发明属于医药领域，具体涉及一种近红外光敏剂及其制备方法与在制备光动力***药物以及成像剂中的应用。

背景技术

光动力治疗是利用光敏剂在特定波长的光激发下，产生单线态氧，杀伤肿瘤细胞的治疗方法。该疗法的特异性高，对正常细胞的损伤小，不会产生化学治疗和放射治疗的毒副作用，因而前途广阔。

光敏剂是光动力治疗的核心药物，它能富集于肿瘤细胞，在一定波长光激发下产生光动力敏化反应而破坏肿瘤细胞，既可起到治疗作用，又能起到荧光诊断作用。然而目前的光敏剂多为卟啉类化合物，激发光波长为可见光，易被人体组织吸收，穿透力弱，不适合于深部肿瘤的治疗。

近红外光有很强的组织穿透性，对细胞组织几乎无损伤，而且无背景荧光。然而近红外光能量低，不能产生光动力杀伤肿瘤作用。采用上转化发光即将能量较低近红外光，转化为能量较高的可见光，因此利用上转化发光材料研制近红外光敏剂，可望实现深部肿瘤的光动力治疗。

碳点是一种荧光碳纳米颗粒，与传统的有机染料和半导体量子点相比，碳点具有毒性低、水溶性好、生物相容性好、易于改性，原料丰富廉价、光稳定性好等特点。碳点具有独特的光学性质，其荧光发射波长跨度范围广，可以从可见光区一直延伸到近红外区，具有依赖激发波长的光致发光行为。另外，碳点还具有上转换发光的性质。将碳点制成近红外光敏剂的方法未见报道。

发明内容

为了克服现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用碳点与脱镁叶绿酸制备的近红外光敏剂。

本发明的另一目的在于提供上述近红外光敏剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述近红外光敏剂在制备光动力***药物中的应用以及肿瘤细胞成像剂中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种近红外光敏剂，其分子结构：

为连接有-NH-的碳点，所述碳点以肉桂醛为碳源。

所述近红外光敏剂的制备方法，具体包括以下步骤：

1)将肉桂醛与尿素在有机溶剂中于180～220℃反应6～12h，离心，将上清液透析，干燥，获得碳点；

2)在有机溶剂中，采用活化剂将脱镁叶绿酸进行活化，获得活化脱镁叶绿酸；将碳点分散于有机溶剂中，获得碳点分散液；将碳点分散液滴加入活化脱镁叶绿酸中，反应，离心，透析，干燥，获得近红外光敏剂。

步骤1)中所述肉桂醛与尿素的摩尔比为1∶(1～3)；

步骤1)中所述有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种以上；

步骤1)中所述透析是指截留分子量为2000～6000Da的透析膜透析；

步骤1)中所述有机溶剂的体积与(肉桂醛和尿素)的质量比为(1～20)∶1(mL/g)。

步骤2)中所述碳点的用量为脱镁叶绿酸质量的1/5～1/10。

步骤2)中所述活化剂为EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)。所述EDC的用量为脱镁叶绿酸摩尔量的1～3倍；所述NHS的用量为脱镁叶绿酸摩尔量的1～3倍。

步骤2)中所述反应的条件为室温反应12～18h；步骤2)中所述活化的条件为室温反应20～60min；

步骤2)中活化脱镁叶绿酸中有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种以上；碳点分散液中有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种以上。

步骤2)中所述透析是指截留分子量为2000～6000Da的透析膜透析；

步骤2)中活化脱镁叶绿酸中有机溶剂的体积与脱镁叶绿酸的质量比为(1～20)：1(mL/g)；碳点分散液中有机溶剂的体积与碳点的质量比(1～20)∶1(mL/g)。

步骤1)和2)中所述透析的时间各自为12～48h；

步骤1)和2)中所述干燥的条件各自为0.01～0.1MPa，50～80℃干燥4～8h；

步骤1)和2)中所述离心的条件各自为4000～10000rpm离心20～60min；

步骤2)中所述活化在搅拌的条件下进行，搅拌的速度为500～1500rpm；

所述反应在搅拌条件下进行，搅拌的速度为500～2000rpm。

所述近红外光敏剂在近红外光照下可发射蓝光和红光，可杀伤肿瘤细胞和组织，具有光动力***和光学诊断作用。

所述近红外光敏剂在制备光动力***药物中的应用以及肿瘤细胞成像剂中的应用。

本发明的原理是将肉桂醛制成具有上转换作用的碳点，在尿素作用下，使碳点上偶联氨基，再与脱镁叶绿酸的羧基发生酰胺反应，制得上转换碳点与脱镁叶绿酸共价化合物。碳点通过荧光能量共振转移作用，将近红外光能量上转化并传递给脱镁叶绿酸，使之产生光动力作用。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的近红外光敏剂解决了目前光敏剂激发光为可见光，无法对深层肿瘤进行光动力治疗的缺陷。并且本发明的近红外光敏剂对肿瘤细胞具有非常好的抑制效果。

(2)本发明的制备工艺简单，易实现产业化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)肉桂醛0.1mol与尿素0.1mol溶于100mL二甲基亚砜，转入反应釜中，180℃反应12h(溶剂热反应)，4000rpm离心60min，上清液经截留分子量为2000Da的透析膜透析48h，0.01MPa，50℃干燥4h，得到碳点14g。

(2)将脱镁叶绿酸0.1mol溶解在300mL二甲基亚砜中，搅拌均匀，然后加入19.2g的EDC和11.5g NHS，室温500rpm搅拌反应60min，获得活化的脱镁叶绿酸溶液；将5.97g的碳点分散在30mL二甲基亚砜中，然后逐滴加入到脱镁叶绿酸溶液中，室温500rpm搅拌反应18h，4000rpm离心60min，上清液经截留分子量为2000Da的透析膜透析48h，0.01MPa，50℃干燥4h，得近红外光敏剂65g。

实施例2

(1)肉桂醛0.1mol与尿素0.3mol溶于620mL二甲基甲酰胺，转入反应釜中，220℃反应6h，10000rpm离心20min，上清液经截留分子量为6000Da的透析膜透析12h，0.1MPa，80℃干燥8h，得到碳点21g。

(2)将脱镁叶绿酸0.1mol溶解在1190mL四氢呋喃中，搅拌均匀，然后加入57.5g的EDC和34.5g NHS，室温1500rpm搅拌反应20min，获得活化的脱镁叶绿酸溶液；将11.93g的碳点分散在230mL四氢呋喃中，然后逐滴加入到脱镁叶绿酸溶液中，室温2000rpm搅拌反应12h，10000rpm离心20min，上清液经截留分子量为6000Da的透析膜透析12h，0.1MPa，80℃干燥8h，得近红外光敏剂71g。

实施例3

(1)肉桂醛0.1mol与尿素0.2mol溶于450mL四氢呋喃，转入反应釜中，200℃反应10h，8000rpm离心30min，上清液经截留分子量为4000Da的透析膜透析24h，0.05MPa，70℃干燥5h，得到碳点18g。

(2)将脱镁叶绿酸0.1mol溶解在800mL二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，然后加入40g的EDC和25g NHS，室温1000rpm搅拌反应30min，获得活化的脱镁叶绿酸溶液；将8g的碳点分散在160mL二甲基甲酰胺中，然后逐滴加入到脱镁叶绿酸溶液中，室温1000rpm搅拌反应15h，8000rpm离心30min，上清液经截留分子量为4000Da的透析膜透析24h，0.05MPa，70℃干燥6h，得近红外光敏剂68g。

实施例4

(1)肉桂醛0.1mol与尿素0.15mol溶于300mL二甲基亚砜，转入反应釜中，190℃反应8h，6000rpm离心40min，上清液经截留分子量为5000Da的透析膜透析36h，0.02MPa，60℃干燥5h，得到碳点16g。

(2)将脱镁叶绿酸(脱镁叶绿酸盐A)0.1mol溶解在500mL二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，然后加入30g的EDC和20g NHS，室温800rpm搅拌反应40min，获得活化的脱镁叶绿酸溶液；将6g的碳点分散在100mL二甲基亚砜中，然后逐滴加入到脱镁叶绿酸溶液中，室温800rpm搅拌反应16h，6000rpm离心40min，上清液经截留分子量为5000Da的透析膜透析36h，0.02MPa，60℃干燥5h，得近红外光敏剂67g。

实施例5

实施例1-4制得的碳点和近红外光敏剂的上转换光测定。

方法：将实施例1-4中制得的碳点和近红外光敏剂分别于光度仪上检测其在780nm激光激发下的发射峰位置。另以壳聚糖通过200℃水热反应10h，冷却，离心，过滤，干燥制得的碳点，按实施例1中步骤(2)方法制得壳聚糖碳点与脱镁叶绿酸偶联物为对照。

结果：实施例1-4制得的碳点的最大发射波长分别为410nm、413nm、415nm、和411nm，说明它们可将近红外光上转换为可见光。实施例1-4制得的近红外光敏剂的最大发射波长除了与对应碳点有相同的发射峰外，还分别在667nm、670nm、672nm、和671nm具有发射峰，说明它们可激活脱镁叶绿酸，产生了脱镁叶绿酸的发射峰。这表明通过共价连接的近红外光敏剂中碳点通过荧光能量共振转移过程将能量传递给了脱镁叶绿酸，使其激发产生红光。而壳聚糖碳点与脱镁叶绿酸偶联物在780nm激光照射下无发射峰，说明其他碳点无本发明碳点的光转换作用。

实施例6

实施例1-4制得的近红外光敏剂对肿瘤细胞的生长抑制实验。

方法：将肿瘤细胞(胃癌RF细胞株和直肠癌LS174T细胞株，浓度为2×10⁶/mL)，放入无菌的96孔培养平板，每孔加肿瘤细胞悬液50μL，加含15％小牛血清的1640培养液50μL，加实施例1-4制得的近红外光敏剂的1mg/mL的DMF溶液10μL，每组3孔，孔内加等量的生理盐水振荡混匀，然后780nm激光(300mW)照射20min，放入5％的CO₂培养箱(37℃)培养24h，加入四唑盐(MTT)磷酸缓冲液，每孔10μL(每mL含MTT 5mg)继续培养4h，然后加二甲基亚砜100μL，终止反应。以不进行光照的孔为对照，用酶联免疫检测仪，分别于波长570nm、630nm处测定光密度OD值，计算结果。

计算公式：

结果：实验结果见表1。

表1实施例1-4制得的近红外光敏剂对胃癌和直肠癌的抑制试验

胃癌RF细胞株和直肠癌LS174T细胞株为常用的消化道肿瘤细胞株。实验发现，实施例1-4制得的近红外光敏剂对两种肿瘤抑制作用与单独的卟啉类化合物药组相比均有显著提高，抑制率由45.9～53.8％提高到73.6～88.3％，这表明本发明的碳点与脱镁叶绿酸形成的近红外光敏剂在780nm激光照射时产生了更强的光敏化杀伤肿瘤细胞的作用，抑制效果显著提高。而壳聚糖碳点与脱镁叶绿酸偶联物对肿瘤作用效果相比于脱镁叶绿酸没有提高。

实施例7

实施例1-4制得的近红外光敏剂对小鼠体内肿瘤的生长抑制实验。

方法：取小鼠S180瘤块，匀浆后稀释并调整细胞数至1×10⁷/mL，以0.2mL注入昆明种小鼠(雄性，18～22g)右腋皮下，24h后随机分组给药，尾静脉注射给药，给药剂量5mg/kg，每天1次，30min后采用780nm激光(300mW)照射肿瘤部位30min。于第八天称重处死小鼠取瘤块，称瘤重和测瘤体积，计算抑瘤率。

抑瘤率＝(重量抑瘤率+体积抑瘤率)/2

重量抑瘤率＝(生理盐水组瘤重一给药组瘤重)/生理盐水组瘤重×100

体积抑瘤率＝(生理盐水组瘤体积-给药组体积)/生理盐水组瘤体积×100

结果：其结果见表2。

表2实施例1-4制得的近红外光敏剂对S180肉瘤的抑制动物实验。

实施例1-4制得的近红外光敏剂对S180抑瘤率显著高于单独的卟啉类化合物给药组，抑瘤率由33.1～43.6％提高到65.8～69.2％，这表明本发明碳点与脱镁叶绿酸形成的近红外光敏剂在780nm激光照射时对动物体内肿瘤产生了光敏化抑制的作用，抑制效果显著提高。而壳聚糖碳点与脱镁叶绿酸偶联物对肿瘤作用效果相比于脱镁叶绿酸没有提高。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。