一种酞菁-量子点光敏剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系。本发明所述光敏剂在双光子激发条件下具有荧光共振能量转移的性质，并找出了最佳配比浓度和最佳激发功率以获得最佳的荧光共振能量转移效率。本发明在生命科学领域特别是在双光子光动力疗法的应用方面具有一定的现实意义。

权利要求

1.一种酞菁-量子点光敏剂，其特征在于它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系；所述酞菁溶液是将酞菁粉末溶于去离子水中制得的，酞菁的摩尔浓度为-5 -4

4.5×10 -1.5×10 mol/L；所述CdTe量子点溶液是将固体CdTe溶解于去离子水中制得，-6 -6CdTe量子点的摩尔浓度为6.0×10 -9.0×10 mol/L；所述酞菁溶液和CdTe量子点溶液的体积比为（25-150）：1。

2.权利要求1所述的酞菁-量子点光敏剂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：-5 -4

（1）将酞菁粉末溶于去离子水中，酞菁摩尔浓度为4.5×10 -1.5×10 mol/L，制得酞菁溶液；

-6 -6

（2）将固体CdTe溶于去离子水中，CdTe量子点的摩尔浓度为6.0×10 -9.0×10 mol/L，制得CdTe量子点溶液；

（3）将酞菁溶液和CdTe量子点溶液按照体积比（25-150）:1充分混合，在20-27℃条件下超声波振荡20-30min，所得到溶液体系，即所述酞菁-量子点光敏剂。

说明书

一种酞菁-量子点光敏剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化学、物理及材料科学等交叉学科领域，更具体涉及一种酞菁-量子点新型光敏剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着现代科学技术的发展，在高新技术领域对功能性染料的需求日益增强，对酞菁及其化合物的应用已经不仅仅局限于颜料、油墨和催化剂等方面，酞菁类化合物以其独特的光化学、光物理、非线性光学等特殊性质，而成为“功能性染料”得到迅速发展。酞菁及其化合物的种类有很多，如锌酞菁、铁酞菁、镁酞菁、铜酞菁等。酞菁类染料在细胞标记中也得到了广泛的应用，但是其荧光寿命短，并且易发生光漂白。

[0003] 自从20世纪八十年代第一次被应用于临床，光动力疗法（PDT）成为继化学疗法、外科手术和辐射疗法之后的一种新型疗法。它是一种由氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是，特定波长的激光照射使病变组织选择性吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。由于分子生物学和激光技术以及利用光纤传输学信号技术的发展，光动力疗法已经被广泛应用于临床治疗多种肿瘤、眼科以及皮肤相关的疾病。光动力学疗法的优点是：毒性小、收效快、重复应用不会产生耐药性。对肿瘤的选择性高，在杀死肿瘤的同时不危及正常组织。

[0004] 图1显示了 PDT治疗原理流程。该过程需要三种物质的存在：光敏剂、光和氧，其中最为关键的是光敏剂的选择，它是光动力治疗的核心物质。首先将光敏剂导入活体或肿瘤组织中，经过一段时间后，光敏剂选择性聚集在肿瘤组织中，浓度较高；而正常组织中的光敏剂被代谢或排出，浓度很低；然后，用一定波长的光对肿瘤部位进行选择性照射，在氧的参与下，通过一系列光物理、光化学和分子生物学过程，产生对靶细胞有害的活性氧，使肿瘤组织中的生物分子氧失活，损伤肿瘤细胞。

[0005] 对于传统的单光子激发制备的光敏剂，单光子激发的荧光共振能量转移激发光多为紫外—可见波段，因为紫外—可见波段的光只能穿透皮肤几个毫米深度，这就限制了用PDT治疗人体内的局部病灶。基于双光子吸收过程的PDT对应的吸收频率在700—1100nm波段，该波段的光对人体组织有更好的透过性，可以对更深的病灶进行成像和治疗；另一方面，双光子吸收频率与光强的二次方成正比，因此该过程被集中在焦点附近更小的体积内，从而可以有效提高空间分辨率，避免损伤正常的细胞组织。

[0006] 虽然红外光可减少生物组织的吸收和散射效应，但是高效吸收红外光的光敏剂（例如双光子光敏剂）的发展仍然是一个挑战。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是在于针对上述现有技术中的不足而提供的一种酞菁-量子点新型光敏剂及其制备方法，所述的酞菁-量子点光敏剂是双光子光敏剂, 能够在红外光下激发，荧光共振能量转移高。

[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0009] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系。

[0010] 按上述方案，所述酞菁溶液是将酞菁粉末溶于去离子水中制得的，酞菁摩尔浓度为

[0011] 4.5×10-5-1.5×10-4mol/L。

[0012] 按上述方案，所述CdTe量子点溶液是将固体CdTe溶解于去离子水中制得，CdTe-6 -6量子点的摩尔浓度为6.0×10 -9.0×10 mol/L。

[0013] 按上述方案，所述酞菁溶液和CdTe量子点溶液的体积比为（25-150）：1。

[0014] 上述酞菁-量子点新型光敏剂的制备方法，包括以下步骤：

[0015] （1）将酞菁粉末溶于去离子水中，酞菁摩尔浓度为4.5×10-5-1.5×10-4mol/L，制得酞菁溶液；

[0016] （2）将固体CdTe溶于去离子水中，CdTe量子点的摩尔浓度为6.0×10-6-9.0×10-6 mol/L，制得CdTe量子点溶液；

[0017] （3）将酞菁溶液和CdTe量子点溶液按照体积比（25-150）:1充分混合，在20-27℃条件下超声波振荡20-30min，所得到溶液体系，即所述酞菁-量子点新型光敏剂。

[0018] 按上述方案，所述酞菁为铜酞菁，是由上海品奥有限公司提供；所述CdTe量子点，是由中国专利（专利号：CN 102634342A）所提供的方法制得。

[0019] 上述酞菁-量子点新型光敏剂能够作为一种光动力治疗药物来应用。

[0020] 本发明所提供的光动力治疗的酞菁—量子点光敏剂，其制备过程如图2所示。

[0021] 本发明结构是在球型量子点的基础上，在量子点周围裹附酞菁形成新型光敏剂。CdTe量子点具有吸收光谱宽，发射光谱窄且对称的特性，荧光发射光谱与受体分子吸收光谱的重叠程度可以根据量子点尺寸大小进行调节，其荧光量子产率较高，并且荧光寿命长，不会发生漂白，因此本发明选择CdTe量子点作为双光子激发下复合光敏剂的能量供体；铜酞菁在650-800nm波段有较强的吸收峰，因此本发明选择铜酞菁用作双光子激发下的能量受体。本发明所述的酞菁—量子点光敏剂具有荧光共振能量转移的性质，并且具有有机染料和量子点的双重性质，对于光敏剂在生命科学领域的实际应用具有一定的意义。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0023] 第一，本发明所述的酞菁-量子点光敏剂，铜酞菁在600-800nm波段有很强的吸收峰，而CdTe量子点的荧光发射峰在650nm，位于酞菁的吸收波段，因此本发明所述的酞菁-量子点光敏剂既可以实现宽广的激发光源选择范围，同时可以利用量子点较大的吸收截面来提高酞菁的激发效率，充分实现酞菁染料和量子点的靶向性和治疗性，可以实现精准识别定位并治疗癌细胞。

[0024] 第二，本发明所述的酞菁-量子点光敏剂是双光子光敏剂，在激发波长为780nm，-4酞菁浓度1.5×10 mol/L、激发光功率200mW条件下，所构成的酞菁—量子点光敏剂的荧光共振能量转移效率可以达到43.8%。本发明所述酞菁-量子点光敏剂可与近红外激光相互作用，对人体组织具有更好的透过性，可以对更深的病灶进行成像和治疗；而且双光子吸收效率与光强的二次方成正比，因此该过程被集中在焦点附近更小的体积内，可以有效提高空间分辨率，避免损伤正常的细胞组织。

[0025] 第三，本发明所述的酞菁-量子点光敏剂光稳定性强，有效避免治疗过程中药物因光漂白造成的损失，且制备方法简单、易操作、稳定性高且成本低廉。

附图说明

[0026] 图1为PDT治疗原理流程图。

[0027] 图2为本发明制备酞菁—量子点光敏剂的过程基本示意图。

[0028] 图3为铜酞菁的吸收谱和CdTe量子点的发射谱。

[0029] 图4为实施例1-4制备酞菁—量子点光敏剂和对比例的荧光光谱。

[0030] 图5为780nm双光子激发下，实施例1-4所制备的酞菁—量子点光敏剂以及对比例的荧光衰减曲线。

[0031] 图6为780nm双光子激发下，实施例1制备酞菁—量子点光敏剂和对比例的荧光衰减曲线。

[0032] 图7为浓度为1.5×10-4mol/L酞菁溶液、浓度为6.0×10-6 mol/L CdTe量子点溶液以及实施例5制备酞菁—量子点光敏剂的荧光光谱。

[0033] 附图中均以“CdTe +CuPc”代表本发明中制备酞菁—量子光敏剂。

具体实施方式

[0034] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述，所述的实施例有助于本发明的理解和实施，并非构成对本发明的限制。以下实施例中，对本发明所述酞菁-量子点新型光敏剂的制备和表征作出详细说明。

[0035] 下述实施例中所述铜酞菁粉末是由上海品奥有限公司提供；下述实施例中所述CdTe量子点，是由中国专利（专利号：CN 102634342A）所提供的方法制得。

[0036] 实施例中酞菁溶液用紫外-可见分光光度计（HITACHI U-3310,日本）观测其吸收光谱；CdTe量子点溶液用荧光光谱仪（Jasco FP-6500，日本）观测其发射光谱；双光子激发光源用波长为780nm的飞秒激光器（Mira 900, Coherent, 76 MHz, 130 fs）激发；荧光寿命用时间相关的单光子计数器测量。

[0037] 下述实施例中的酞菁溶液的制备方法如下：取铜酞菁粉末2.833g溶于25mL去离-4子水中，可得铜酞菁原色浆，其浓度为4.56279×10 mol/L，用去离子水将酞菁色浆进行稀-5 -5 -4 -4
释，得到酞菁的浓度为4.5×10 mol/L、7.5×10 mol/L、1.0×10 mol/L和1.5×10 mol/L。

[0038] 下述实施例中的CdTe量子点溶液的制备方法如下：取固体CdTe9.14×10-3 mg溶-5于10mL去离子水中，可得CdTe量子点溶液，其浓度为3.807×10 mol/L。取20uL CdTe量-6
子点，以去离子水为溶剂，将QDs进行5倍稀释，得到CdTe量子点的浓度为7.61×10 mol/L。

[0039] 由图3可知：铜酞菁有两个吸收峰，吸收峰分别位于615nm和714nm处，铜酞菁的吸收谱与CdTe量子点的发射谱在550—675nm范围内有一定程度的重叠，因而该酞菁—量子点混合体系（即光敏剂溶液）能够产生能量转移。

[0040] 实施例1

[0041] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-4 -6酞菁摩尔浓度为1.5×10 mol/L，体积为3mL， CdTe量子点溶液浓度为7.61×10 mol/L，体积为20 uL。

[0042] 上述酞菁-量子点新型光敏剂的制备方法，包括如下步骤：

[0043] （1）将酞菁粉末溶于去离子水中，酞菁摩尔浓度为1.5×10-4mol/L，制得酞菁溶液；

[0044] （2）将固体CdTe溶于去离子水，CdTe量子点溶液浓度为7.61×10-6 mol/L；

[0045] （3）将酞菁溶液和CdTe量子点溶液按照体积比150:1充分混合，在27℃条件下超声波振荡30min，所得到溶液体系，即所述酞菁-量子点新型光敏剂。

[0046] 实施例2

[0047] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-4 -6酞菁摩尔浓度为1.0×10 mol/L，体积为3mL， CdTe量子点溶液浓度为7.61×10 mol/L，体积为20 uL。

[0048] 实施例3

[0049] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-5 -6酞菁摩尔浓度为7.5×10 mol/L，体积为3mL， CdTe量子点溶液浓度为7.61×10 mol/L，体积为20 uL。

[0050] 实施例4

[0051] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-5 -6酞菁摩尔浓度为4.5×10 mol/L，体积为3mL， CdTe量子点溶液浓度为7.61×10 mol/L，体积为20 uL。

[0052] 对比例

[0053] CdTe量子点溶液，所述CdTe量子点溶液浓度为7.61×10-6mol/L。

[0054] 数据测试(一)

[0055] 在此数据测试中，实施例1-4制备酞菁—量子点光敏剂和对比例所述量子点溶液，用荧光光谱仪(波长550nm）观测荧光光谱，如图4所示，以及用飞秒激光（波长780nm）作为双光子激发光源、激发光功率500mW、以及用时间相关量子计数器（检测波长650nm）测定CdTe QDs的荧光寿命，如图5所示。荧光共振能量转移效率（ ）根据以下方程计算。

[0056]

[0057] 表1给出了实施例1-4中制备的酞菁--CdTe量子点光敏剂的能量转移效率。

[0058]

[0059] 由图4可知：650nm处是CdTe量子点发射峰，828nm处是铜酞菁发射峰。随着酞菁溶液浓度的增大，CdTe量子点在650nm处的发射峰光强显著减小，而酞菁在828nm处的发射峰光强显著增大。因此，CdTe量子点的能量通过无辐射的形式转移给铜酞菁，即发生了荧光共振能量转移。

[0060] 由图5可知：实施例1中，酞菁—量子点光敏剂中CdTe QDs的荧光寿命为4.25ns；实施例2中，酞菁—量子点光敏剂中CdTe QDs的荧光寿命为4.38ns；实施例3中，酞菁—量子点光敏剂中CdTe QDs的荧光寿命为4.43ns；实施例4中，酞菁—量子点光敏剂中CdTe QDs的荧光寿命为4.56ns；而对比例中，即不存在作为双光子激发条件下的荧光共振能量转移的能量受体酞菁时，CdTe QDs的荧光寿命为5.26ns。

[0061] 上表1表明：随着溶液浓度的增大，荧光共振能量转移效率也相应的增大，当酞菁-4浓度为1.5×10 mol/L时，所构成的酞菁—量子点光敏剂能量转移效率最大。

[0062] 实施例1制备酞菁—量子点光敏剂和对比例所述量子点溶液中，CdTe量子点荧光寿命用时间相关量子计数系统检测，如图6所示。

[0063] 由图6可知：CdTe量子点荧光寿命为5.37ns，而CdTe量子点/铜酞菁光敏剂中CdTe量子点荧光寿命为4.80ns，CdTe量子点寿命缩短，表明QDs将能量转移给了铜酞菁，即发生了荧光共振能量转移。

[0064] 数据测试(二)

[0065] 在此数据测试中，用飞秒激光（波长780nm）作为双光子激发光源，时间相关量子计数系统（检测波长650nm）检测实施例1所述的酞菁—量子点光敏剂和对比例所述量子点溶液中，CdTe量子点的荧光寿命，但所述激发酞菁—量子点光敏剂的飞秒激光的激发光功率为200mW、500mW、850mW。

[0066] 表2为对比例中量子点溶液的荧光寿命，表3为实施例1所述的酞菁—量子点光敏剂中中CdTe量子点的荧光寿命；表4为不同激发光功率下，实施例1所述的酞菁量子点光敏剂的荧光共振能量转移效率。

[0067]

[0068] 上表2、表3表明：随着激发光功率的增加，实施例1所述光敏剂和对比例溶液中CdTe量子点的荧光寿命明显增加。

[0069] 上表4表明：随着激发光功率的增加，双光子激发下荧光共振能量转移效率不断-4减少。在酞菁浓度1.5×10 mol/L、激发光功率200mW条件下，所构成的酞菁—量子点光敏剂的荧光共振能量转移效率最高，可以达到43.8%。

[0070] 申请人通过研究发现，在一定量的QDs溶液中，改变酞菁溶液的浓度，量子点的荧光寿命会发生相应的改变，通过与不加入酞菁的等量QDs溶液的荧光寿命进行比较，可计算不同酞菁浓度下的荧光共振能量转移效率，从而得到制备新型酞菁—量子点光敏剂的最佳酞菁浓度。

[0071] 实施例5

[0072] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-4 -6酞菁摩尔浓度为1.5×10 mol/L，体积为2.5mL， CdTe量子点溶液浓度为6.0×10 mol/L，体积为100 uL。将两种溶液按照体积比25: :1充分混合，在20℃条件下超声波振荡20min，所得到溶液体系，即所述酞菁-量子点新型光敏剂。

[0073] 实施例6

[0074] 一种酞菁-量子点新型光敏剂，它是由酞菁溶液和CdTe量子点溶液组成的体系，-4 -6酞菁摩尔浓度为1.5×10 mol/L，体积为2.5mL， CdTe量子点溶液浓度为9.0×10 mol/L，体积为100 uL。将两种溶液按照体积比25: 1充分混合，在20℃条件下超声波振荡20min，所得到溶液体系，即所述酞菁-量子点新型光敏剂。

[0075] 数据测试(三)

[0076] 在此数据测试中，实施例5制备酞菁—量子点光敏剂溶液，用荧光光谱仪(波长550nm）观测荧光光谱，归一化曲线如图7所示，可知：酞菁—量子点光敏剂在650nm处的强度低于纯量子点的强度，在760nm处的强度高于纯酞菁的强度，说明此过程中，CdTe量子点的能量通过无辐射形式能量转移传递给了酞菁。