有机光热转换纳米材料的研究进展_张红卫

第42卷第5期上海师范大学学报（自然科学版）Vol．42，No．5 2013年10月Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences）Oct．，2013

有机光热转换纳米材料的研究进展

张红卫，孔斌，方时超，张晨，周治国，杨仕平*

（上海师范大学生命与环境科学学院，上海200234）

摘要：光热治疗技术作为一种新型微创治疗技术，已经在癌症治疗方面引起了全世界的高度关注．有机光热转换纳米材料吸收范围容易调控、可生物降解，已经成为了研究的热点．主要综述了有机光热转换纳米材料(包括吲哚菁绿、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和多巴胺黑色素纳米颗粒)的研究进展，最后介绍了其在光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用．

关键词：有机纳米材料;光热转换;光热治疗;热成像

中图分类号：O611．3文献标识码：A文章编号：1000-5137（2013）05-0537-09

0引言

癌症已经取代心脏疾病成为全球死亡的首要原因［1－2］．根据世界癌症报告，在2008年约760万人死于癌症，到2020年，癌症发病率可能会进一步增加至50%，增加15万新发病例．目前临床上的癌症疗法是有限的放疗、化疗等手术．但这些方法承担着杀死正常细胞，破坏免疫系统，增加第二癌症发病率的风险［3－5］．光热治疗是一种新兴的用于治疗癌症的高选择性和微创技术［6］．其治疗作用只发生在肿瘤部位，通过光热治疗（PTT）试剂积累和局部近红外（NIＲ）的激光照射，有效避免了上述风险．这种技术与传统的技术相比，还具有其他一些潜在的优势，包括过程简便、恢复快、并发症少、住院时间短［7］．肿瘤光热治疗，最近几年越来越为研究者所青睐，这是因为光热治疗高效．而光热治疗，大部分都得借助光热试剂这一介质．研究者发现很多材料在近红外有很好的吸收，并且能很好的将近红外光的能量转变为热能．其光热原理是：材料吸收光子后，一部分能量以光子的形式释放出去，一部分则转变为材料自身的热能，以热量的形式释放出去，故而，材料在近红外有吸收，不一定就是理想的光热试剂，这就需要材料自身有较理想的光热转换效率．其次，光热试剂本身必须具有良好的生物相容性，以及无毒副作用．光热试剂，人们研究较多的主要有金属基材料，碳基材料以及有机材料．这些材料大部分都有良好的光热转换效率，但一部分又存在着不足．

当前可用的光热治疗试剂主要集中在以金、银、钯为基础的新型金属纳米粒子［8］，以铜为基础的半导体纳米粒子［9］，碳基纳米材料［10］和有机聚合物［11］．虽然能够有效治疗癌症，但这些药物尚未达到临床实施，因为其长期安全性受到极大的关注．例如，金属纳米粒子的生物代谢差，与金属本身安全相关的问题，而碳基纳米材料已被证明能够诱使许多毒性反应，例如氧化应激和肺部发炎［12］．开发由在生物体中天然存在的物质组成的光热治疗试剂，对其体内应用，将是非常有益的，因为它可以有效地避免异物在患者体内长期保留引起的严重不良影响，并且对这些药物的生物降解也可以通过新陈代谢实现．现

收稿日期：2013-09-23

基金项目：国家自然科学基金（20971086）；教育部科学技术重点项目（210075）

作者简介：张红卫（1989－），女，上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生；杨仕平（1969－），男，上海师范大学生命与环境科学学院教授．

*通信作者

上海师范大学学报（自然科学版）2013年今，人们对于光热试剂的研究，大部分都聚焦到有机光热试剂及其复合材料上，因为该类材料在解决传统的问题外，还能够实现材料的多功能化．本文作者主要综述了有机光热转换纳米材料的研究进展．1

有机光热试剂1．1聚吡咯（PPy ）类光热试剂

1．1．1

聚吡咯有机导电聚合物，由于其高生产力和良好的稳定性，已被广泛应用于有机电子产品．另外，又凭借其较强的近红外吸收，聚吡咯纳米粒子也被应用于军事领域等．聚吡咯纳米材料还被用于生物传感，药物

输送和神经再生等领域．由于其较强的近红外吸收，Liu 等［13］用微乳液法，用聚乙烯醇（PVA ）做稳定剂，

获得PVA 涂层的聚吡咯纳米颗粒，通过体内体外实验，发现材料具有良好的光热治疗效果，如图1．

图1聚吡咯肿瘤注射（剂量2mg /kg ）光热治疗后（治疗周期16d ），小鼠肿瘤及其切片H＆E 染色效果

1．1．2PPy@Fe 3O 4

随后，Liu 等［14］又尝试将PPy 包裹到Fe 3O 4表面，再将安霉素接到PEG 修饰过的该材料表面，从而

达到集核磁、光热、药释于一体的多功能材料，材料合成示意图如图2．该模式下，形成了通过磁场远程控制的靶向光热和药物协同治疗试剂．

图2PPy@Fe 3O 4的合成示意图及药物释放和光热治疗示意图

80

2

第5期张红卫，孔斌，方时超，等：有机光热转换纳米材料的研究进展1．2吲哚菁绿（ICG ）染料光热试剂

吲哚菁绿染料分子是一个大的π共扼体系，这种基本结构特征决定了染料的主要吸收在600 850nm 范围（图3）．由于吲哚菁绿染料在近红外区存在吸收，激光照射后，吲哚菁绿染料电子的能量增加，就会发生电子跃迁，由基态跃迁至单线激发态，当电子由单线激发态回落至基态时，能量就会以光和

热能的形式释放出来，

因此使得该类化合物具有发射荧光和光热转换的能力．另外它的摩尔消光系数高、荧光量子产率高、稳定性较好、熔点低以及最大吸收波长可调谐范围大等特点，同时，

ICG 是美国FDA 批准的唯一的可以用于临床诊断的具有近红外光学特性的分子．

图3吲哚菁绿的结构示意图和紫外近红外的吸收图

但是ICG 具有浓度依赖的聚集，较差的稳定性，非特异性的蛋白结合以及缺少靶向，

ICG 在生物体内会快速降解，半衰期只有2 4min ［15］．故而需要改善吲哚菁绿染料的水溶性和生物兼容性问题［16］．

Yu 等用聚烯丙胺盐酸盐包覆ICG ，通过控制温度和溶剂的量得到不同尺寸的胶囊，该类材料分散性、稳定性得到大大改善，有利于光热成像和治疗（图4）．

图4聚烯丙胺盐酸盐包覆ICG 的流程示意图

1．3聚苯胺类光热试剂

聚苯胺是一类用于研究细胞增殖的电活性物质，因而具有非常好的生物兼容性．并且其吸收峰容易

9

2