甲苯胺藍(lán)—碳納米管復(fù)合光敏劑的合成及其表征

秦艷利，石廣立，孫 正，宮 鋮

(沈陽理工大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

甲苯胺藍(lán)—碳納米管復(fù)合光敏劑的合成及其表征

秦艷利，石廣立，孫 正，宮 鋮

(沈陽理工大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

采用回流法合成甲苯胺藍(lán)—碳納米管復(fù)合光敏劑，并通過紅外吸收光譜、可見光吸收光譜、拉曼光譜和透射電鏡對所合成的復(fù)合光敏劑進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明，甲苯胺藍(lán)較好地復(fù)合到碳納米管上，復(fù)合光敏劑在可見光波段的吸收峰位于607nm處，拉曼光譜表明甲苯胺藍(lán)和碳管之間存在電荷交換。本研究為碳納米管在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

甲苯胺藍(lán)；碳納米管；光敏劑；回流法

碳納米管(Carbonnanotubes，CNTs)于1991年由日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室Iijima發(fā)現(xiàn)[1]，研究發(fā)現(xiàn)CNTs可以攜帶多種不能穿越細(xì)胞膜的藥物或生物功能分子進(jìn)入細(xì)胞[2-4]，對CNTs進(jìn)行功能化改性可提高其分散性和生物相容性，降低生物毒性[5]。CNTs的空腔管體不僅可載送生物活性分子及藥物，且可在載送過程中保護(hù)藥物及分子免受破壞，這使得CNTs作為藥物傳送的運(yùn)輸載體得以應(yīng)用[6]。

甲苯胺藍(lán)(toluidine blue，TB)作為一種主要的滅菌光敏劑，對牙周病有很好的治療效果[7-9]。但研究發(fā)現(xiàn)，由于TB的水溶性差，當(dāng)濃度提高到一定程度后，若再增加光敏劑的濃度，其光動力效果不升反降[10]。這主要是因?yàn)門B在溶劑中非常容易聚集，聚集體的存在對光動力性能產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致單線態(tài)和三線態(tài)氧的量子產(chǎn)率和壽命降低，降低了光敏效果，限制了TB的臨床應(yīng)用開發(fā)[11-12]。因此提高光敏劑的水溶性并抑制多聚體形成以提高光動力效果成為目前急需解決的問題。本文利用CNTs作為TB的載體，用回流法合成甲苯胺藍(lán)—碳納米管(TB-CNTs)復(fù)合光敏劑，研究抑制TB多聚體的形成，為TB的臨床應(yīng)用開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

直徑為30～50nm的羥基化CNTs，甲苯胺藍(lán)(TB，F(xiàn)MP)，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDC，AR)，N-羥基琥珀酰亞胺(NHS，AR)，其他試劑均為分析純。

SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，SB100DT型超聲波清洗機(jī)，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，BS2103型電子天平，鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 復(fù)合光敏劑的合成

去離子水100mL，加入CNTs 80mg，磁力攪拌40min，超聲40min使其分散均勻。將所得溶液用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌加熱，待溫度升高至30℃，用分液漏斗緩慢加入100mL TB溶液(2.4mg/mL)，然后分別加入EDC和NHS各100mg，恒溫磁力攪拌6h，自然冷卻到室溫后用分布式漏斗抽濾，最后在干燥箱中80℃恒溫干燥2h，得到TB-CNTs復(fù)合光敏劑。

1.3 分析與表征

采用Tecnai G2 F20高分辨透射電鏡(TEM)對復(fù)合光敏劑的形貌進(jìn)行表征；用IRPrestige-21型傅里葉紅外光譜儀對樣品進(jìn)行傅里葉紅外光譜(FTIR)測試；可見光光譜測試用本實(shí)驗(yàn)組建的光路系統(tǒng)，光源選用鹵鎢燈，光譜儀選用US4000型光譜儀；拉曼光譜由Renishaw in Via拉曼光譜儀測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 TEM分析

圖1為TB-CNTs復(fù)合光敏劑的TEM圖片。

圖1 TB-CNTs復(fù)合光敏劑的TEM圖片

由圖1可以看到，CNTS的內(nèi)壁和外壁，在CNTs的外壁外有化合物包裹，表明TB成功復(fù)合到CNTs上，CNTs的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變。

2.2 紅外光譜分析

圖2為TB、CNTs和TB-CNTs復(fù)合光敏劑的FTIR吸收光譜。

圖2 TB、CNTs和TB-CNTs復(fù)合光敏劑的

由圖2可以看到，TB的特征峰。比較圖2中各條曲線可以發(fā)現(xiàn)，在TB-CNTs的特征峰中并沒有明顯發(fā)現(xiàn)TB特征峰，TB-CNTs的FTIR光譜相對于CNTs的FTIR光譜發(fā)生微小偏移，這歸因于CNTs在紅外波段的吸收比較強(qiáng)烈[13]，TB的特征吸收峰被覆蓋。

2.3 可見光譜分析

圖3為CNTs和TB-CNTs復(fù)合光敏劑的可見光吸收光譜。

圖3 CNTs和TB-CNTs復(fù)合光敏劑的

從圖3中可以看出，復(fù)合光敏劑中TB的特征吸收峰位于607nm，臨近TB二聚體在可見光波段的特征吸收峰，相對于TB單體的特征吸收峰有較大的藍(lán)移[14]。TB的特征吸收峰相對較弱，分析認(rèn)為是CNTs對可見光有一定的吸收和散射作用，降低了TB特征吸收峰的強(qiáng)度。復(fù)合光敏劑的特征峰峰值位于607nm，表明利用復(fù)合光敏劑進(jìn)行光動力治療時(shí)所選擇的最佳匹配激光波長為607nm，在該波段可獲得較高的吸光系數(shù)和理想的單態(tài)氧產(chǎn)率，從而獲得較好的光動力治療效果。激光波長的選擇是光動力治療的關(guān)鍵因素之一，因此復(fù)合光敏劑TB-CNTs吸收光譜特性研究為其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考數(shù)據(jù)。

2.4 拉曼光譜分析

圖4為CNTs、TB、TB-CNTs的拉曼光譜頻譜。

圖4 CNTs、TB、TB-CNTs的拉曼光譜圖

從圖4中可以看出，CNTs的拉曼頻譜帶位于1326cm-1、1577cm-1、1606cm-1，TB的頻譜帶大致位于1386cm-1、1487cm-1、1560cm-1、1612cm-1，復(fù)合材料TB-CNTs的頻譜帶大致位于1391cm-1、1493cm-1、1563cm-1。在復(fù)合材料TB-CNTs的拉曼譜帶中TB的拉曼頻譜帶顯示了較小的頻移，相對強(qiáng)度也有一定變化，但相對強(qiáng)度的變化不是很明顯。頻譜帶的移動說明TB成功復(fù)合到CNTs上，且TB和CNTs之間有電荷交換[15]。

3 結(jié)論

用回流法可以使TB復(fù)合到CNTs上，且碳納米管的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變。CNTs的管狀結(jié)構(gòu)可以攜帶大量的TB，復(fù)合光敏劑在可見光波段的吸收峰位于607nm處，拉曼光譜表明甲苯胺藍(lán)和碳管之間存在電荷交換。復(fù)合光敏劑在可見光波段的吸收峰位于607nm處，臨床應(yīng)用時(shí)最佳匹配激光波長為607nm。本研究為TB的光動力體外滅菌實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù)，有望改善目前對牙周病治療的局限。

[1]Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon[J].Nature，1991，(354)：56-58.

[2]Wu W，Wieckowski S，Pastorin G，et al.Targeted delivery of amphotericin B to cells by using functionalized carbon nanotubes[J].Angew Chem Int Ed Engl，2005，44(39)：6358-6362.

[3]Shi Kam N W，Jessop T C，Wender P A，et al.Nanotube molecular transporters：Internalization of carbon nanotube-protein conjugates into mammalian cells[J].J Am Chem Soc，2004，126(22)：6850-6851.

[4]Shi Kam N W，Liu Z，Dai H.Functionalization of carbon nanotubes via cleavable disulfidebonds for efficient intracellular delivery of siRNA and potent gene silencing[J].J Am Chem Soc，2005，127(36)：12492-12493.

[5]王芳，歐俊.碳納米管的功能化改性及其在載藥領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].大眾科技，2012，14(11)：70-72.

[6]Bianco A.Carbon nanotubes for the delivery of therapeutic molecules[J].Expert Opin Drug Deliv，2004，1(1)：57-65.

[7]杜波，蔣琳，劉明方，等.光動力學(xué)照射小鼠牙周組織的病理變化[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2011，15(11)：2006-2008.

[8]欒秀玲，秦艷利，胡艷秋.甲苯胺藍(lán)介導(dǎo)的光動力療法對大鼠口腔牙周致病菌滅菌效果的研究[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2012，28(2)：102-105.

[9]張鑫，代佳音，林江.甲苯胺藍(lán)介導(dǎo)的超聲療法對牙菌斑中細(xì)菌滅活效果的研究[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2013，13(22)：4222-4225.

[10]Qin Y L，Luan X L，Bi L J，et al.Toluidine blue-mediated photoinactivation of periodontal pathgens from supragingival plaques[J].Lasers Med Sci，2008，23(1)：49-54.

[11]欒秀玲，秦艷利，胡艷秋.甲苯胺藍(lán)為光敏劑的光動力療法對齦下菌斑滅菌效果的研究[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2012，28(3)：233-236.

[12]柳意.甲苯胺藍(lán)二聚體的吸收光譜及聚合態(tài)研究[J].遼寧師專學(xué)報(bào)，2002，4(3)：104-105.

[13]Xiao H R，Zhu B S，Wang D L，et al.Photodynamic effects of chlorin e6 attached to single wall carbon nanotubes through noncovalent interactions[J].Carbon，2012，50(4)：1681-1689.

[14]金貞玉.甲苯胺藍(lán)性質(zhì)的分光光度法分析[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，30(2)：245-247.

[15]Do Nascimento G M,De Oliveira R C,Pradie N A，et al.Single-wall carbon nanotubes modified with organic dyes：Synthesis，characterization and potential cytotoxic effects[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2010，211(2-3)：99-107.

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Synthesis and Characterization of Compound Photosensitizer of Toluidine Blue and Single Wall Carbon Nanotubes

QIN Yanli,SHI Guangli,SUN Zheng,GONG Cheng

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The compound photosensitizer of toluidine blue and single wall carbon nanotubes were synthesized using the reflux method.The structures and morphologies of the compound photosensitizer were characterized by infrared absorption spectrum,visible absorption spectrum,raman spectrum and transmission electron microscopy.This result suggested that toluidine blue was evenly compound onto carbon nanotubes,and compared with single photosensitizer,dispersibility and solubility of compound photosensitizer were significantly increased.

：toluidine blue；carbon nanotubes；photosensitizer；reflux method

2014-09-30

秦艷利(1979—)，女，副教授，博士，研究方向：激光光譜技術(shù)應(yīng)用.

1003-1251(2015)05-0024-04

R318.08

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