卟啉—磁性四氧化三铁纳米粒子复合物研究进展

卟啉—磁性四氧化三铁纳米粒子复合物研究进展

摘要：卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物是一种新型多功能材料，同时具有卟啉的生物功能特性和四氧化三铁纳米粒子的磁特性，如利用磁分离方便地解决纳米催化剂难以分离和回收的问题，提高催化剂寿命。合成了众多卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物，它们在诸多领域有着潜在的应用前景。结合文献，综述了近年来该类复合物的研究成果，概述了合成方法，及其在非均相催化氧化、光动力治疗及磁热疗等多个领域的进展，并展望了此类复合物的发展方向。

关键词：卟啉；Fe3O4纳米粒子；催化；光动力疗法；磁热疗；吸附剂

卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总称，是一类特殊的大环共轭芳香体系，因其特定的π共轭体系和配位功能，可应用于有机反应催化剂、治疗剂、光储存器件以及超分子化学等诸多领域。单纯的卟啉化合物应用于催化体系时，存在催化剂不易分离、回收困难、稳定性差等问题；应用于光动力治疗时，也存在靶向性不高、输运效率低等缺陷。解决上述问题的有效途径是将金属卟啉同载在有机或无机载体上，一方面载体的配位或吸附作用可延长催化剂寿命，另一方面病变细胞可能对某些载体产生选择性吸收，可提高了卟啉作为治疗剂的靶向性。

纳米粒子指尺寸在1～100nm之间的粒子，它所具有的独特的光、电、热、磁和化学性质，使其在新能源材料、生态环境材料、功能涂层材料以及高性能电子材料等领域发挥着不可替代的作用。磁性纳米粒子在无外加磁场时，对外不显示宏观磁性；在有外加磁场时，显示出一定的宏观磁化强度，这种特性使其在磁记录材料、磁性液体、催化以及生物医用领域有着广泛的应用前景。四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子是一种常见的磁性纳米粒子，含有该粒子的纳米磁性液体已在栓塞磁热疗、磁靶向药物输运、磁性免疫细胞的分离等方面广泛应用。

卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物是将金属卟啉固载到四氧化三铁纳米粒子上的一类复合物，一方面，此类复合物仍具有卟啉化合物特定的π共轭体系和配位功能；另一方面，复合后的化合物具有优良的磁分离和靶向药物等性能，提高了催化剂的使用寿命，增强了药物治疗准确性。多年来，我们一直致力于磁性纳米粒子及铁卟啉复合物的制备及性质研究，在此，作者就该研究领域的研究成果及此类复合物的发展方向做一概述。

1 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的制备方法

磁性Fe3O4纳米粒子制备的基本原理是二价铁盐和三价铁盐的化学共沉淀。在氮气保护下，将氨水滴入二价和三价铁盐混合溶液中，使其同时沉淀出来，形成Fe3O4纳米粒子。一般而言，纯的Fe3O4纳米粒子容易形成坚硬的聚集体，结构的变化会导致磁性质的改变。因此，通常需要对磁性Fe3O4纳米粒子进行保护。根据卟啉与磁性Fe3O4纳米粒子不同的连接方式，本文将卟啉一磁性Fe3O4纳米粒子复合物的制备方法归纳为以下几种：

1.1 物理吸附法

物理吸附法是指通过一定的方法将卟啉通过物理吸附作用连接到载体上。李东红等先将脂溶性药物四-（对羟基苯基）卟啉溶于有机溶剂，通过乳化法得到含有卟啉和葡聚糖的均匀乳液，再利用二价和三价铁盐共沉淀时的吸附作用得到载有脂溶性光敏剂卟啉的磁性Fe3O4纳米微粒。Fe3O4核表面被基质葡聚糖包覆，卟啉通过物理吸附结合于磁性纳米微粒上。该复合物加入Lovo细胞培养液中并光照30min后，对该细胞的体外抑制率可达到81.85%，具有较好的磁响应性和体外光毒性。

物理吸附法合成卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的优点是操作简便，对光敏剂的化学结构无特殊要求；但该方法所得磁微粒的负载量偏低，卟啉与载体的结合强度也较弱。

1.2 直接键合法

直接键合法是卟啉与Fe3O4纳米粒子表面直接形成化学键的制备方法。该法要求卟啉中含有可与Fe3O4纳米粒子成键单元，如中心金属原子、羟基等。

Kemikli等用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆Fe3O4纳米粒子，在DMF溶液中，原卟啉Ⅸ与多巴胺的偶联反应制备了连有多巴胺的原卟啉（PPD），然后与Fe3O4纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD包覆的Fe3O4纳米粒子（PPDNP），其粒度单一（<7nm），具有清晰的晶格和高的结晶度，在室温下即有明确的超顺磁行为，可应用于MRI造影剂或生物传感器。

Balivada等分别合成了多巴胺一低聚乙二醇配体（Ⅰ）和四-（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）-多巴胺-低聚乙二醇配体（Ⅱ），在无水四氢呋喃中、氩气保护下将两种配体结合到双磁性Fe/Fe3O4核/壳纳米粒子上（见图1）。Fe3O4表面主要由配体I包覆以防止生物腐蚀，这是与文献的主要区别。

直接键合法合成卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物相对于物理吸附法而言有较高的负载量，同时卟啉与载体间通过化学键相连的结合力也比物理吸附更强；但该方法对卟啉要求较高，需含有可与Fe3O4纳米粒子成键的单元。1.3 包覆键合法

这种方法并不是将卟啉直接键合于Fe3O4纳米粒子表面，而是先对Fe3O4纳米粒子进行包覆处理，卟啉与Fe3O4表面的包覆层形成化学键。最常见的包覆层是硅，一般通过衍生化的硅烷水解来制备。

Liu等将磁性Fe3O4纳米粒子稳定分散于油包水（W/O）微乳液中，加入硅酯发生水解，从而制得了粒度均一的硅包覆球形Fe3O4纳米粒子。同时又通过与3-氨基丙基乙氧基硅烷（APTES）的硅烷化反应制得了APTES衍生化的金属卟啉，将酰胺化反应体系与硅包覆Fe3O4纳米粒子的混合物蒸发，所得固体真

空加热，可有效避免其自身缩合（见图2）。所合成的该复合物可用于环己烷氧化反应。

Rezaeifard等以四乙氧基硅烷正硅酸乙酯（TEOS）为硅源、以氨溶液为水解剂，将磁性纳米粒子（MNP）涂上致密的氧化硅层，用改性的SMNP在乙醇中与锰（Br2TPP）醋酸反应，得到可回收的磁性催化剂[Mn（Br2TPP）-OAc@SMNP]。该催化剂可用于催化氧化烃类和硫化物。

除了硅烷化反应，酰胺化反应也是固载卟啉类化合物的重要手段。Chen等采用共水解溶胶凝胶技术在油包水反相微乳液体系中制备了表面氨基修饰的磁性硅纳米粒子（NH2-Fe3O4-SiO2NPs），然后在二氯乙烷存在的条件下让纳米粒子的表面氨基与四羧基酞菁（TCFePc）的羧基结合生成稳定的酰胺键，从而固定到磁性硅纳米粒子上（见图3）。该复合物可用于光催化降解污水中有机污染物。类似的反应还见于Carvalho等的工作中，他们制得了表面修饰有氨基的磁性硅纳米粒子，并与5-（五氟苯基）-10，15，20-三芳基卟啉反应，氨基与对位氟取代基缩合后，再与碘甲烷反应制得了阳离子纳米磁体卟啉复合物。

油包水型微乳液适合亲水性卟啉的固载，而疏水性卟啉的固载则要用到水包油型微乳液。Chen等通过水包油型微乳液将Fe3O4磁性纳米粒子与2，7，12，18-四甲基-3，8-二-（1-丙氧乙基）-13，17-二-（3-羟基丙基）卟啉结合到硅纳米粒子上，制得了卟啉-硅基磁性纳米粒子复合物（PHPP-SMNPs），可用于肿瘤细胞的靶向光动力疗法。

包覆键合法合成卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物较直接键合法适用于更多种类的卟啉，且先对磁性纳米粒子进行包覆处理也保护了Fe3O4不被破坏，该类复合物较为稳定，适用范围较广；但该方法合成步骤较为繁琐，操作复杂。

1.4 单体原位聚合法

单体原位聚合法是在磁性粒子和有机单体分子存在下，加入引发剂、稳定剂等聚合而成的核/壳式有机-无机磁性高分子微球复合物。单体原位聚合法的关键在于保持胶体溶液的稳定性。黄锦汪等用单羟基金属卟啉类化合物与丙烯酰氯反应得到键联金属卟啉的丙烯酸酯，通过化学共沉淀法制备了磁流体Fe3O4，然后在磁流体、引发剂存在下，50～70℃反应，苯乙烯和键联金属卟啉的丙烯酸酯进行共聚得到键联金属卟啉的核/壳结构的纳米高分子磁性微球，其形态、热稳定性和磁响应性均令人满意。

单体原位聚合法合成卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物可以一步合成，步骤简单，且所合成的复合物稳定性较好；但该方法的适用范围较窄。

2 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的应用

2.1 非均相催化