负载吲哚菁绿二氧化锰纳米片光热特性及影响因素研究

2019-08-14杭银辉张杜娟丁佳正董卉妍伊力亚阿洪江韩翠平通讯作者

影像研究与医学应用 2019年16期

杭银辉，张杜娟，丁佳正，董卉妍，伊力亚·阿洪江，韩翠平,2（通讯作者）

（1徐州医科大学医学影像学院江苏徐州 221000）（2徐州医科大学附属医院影像科江苏徐州 221000）

吲哚菁绿（Indocyanine Green，ICG）是被美国食品药物管理局（FDA）批准用于临床的近红外荧光成像试剂，也是一种良好的光敏剂，当特定波长光照射后能够迅速吸收光并将热量传递给深层组织。但其水溶液的不稳定性及在强光下加快分解，限制了它在疾病诊疗中的应用。研究发现，ICG负载到纳米材料中，能够提高药物稳定性、生物利用度及增强药物靶向性输送等[1]。Zheng等[2]以ICG为荧光材料，聚合物磷脂纳米颗粒为载体，开发了一种近红外荧光纳米探针。该探针大大改善了ICG的稳定性，并能够特异性识别癌细胞，实现肿瘤原位实时、靶向无损监测。李等[3]采用氧化石墨烯-二氧化钛纳米材料（TiO2-GO）负载ICG，有效增强ICG的稳定性，并显著改善ICG的体内分布，增强其在肿瘤部位的富集。

二氧化锰（MnO2）纳米片具有毒性低、生物相容性好、表面积大、吸附性强等特点，并能被癌细胞内过表达的谷胱甘肽（GSH）降解，可作为良好的多功能分子探针构建平台。Zhao等[4]利用MnO2纳米片与标记荧光染料的Aptamer构建了MnO2纳米片－Aptamer纳米探针，发展了激活式荧光/核磁共振双模式探针用于肿瘤细胞的成像。此外，He等[5]合成了装载有抗肿瘤药物阿霉素（DOX）的MnO2纳米材料，对药物具有控释的作用。

本文以吲哚菁绿作为光热试剂，以MnO2纳米片作为药物载体，构建光热纳米材料（ICG/MnO2）。对比测试ICG/MnO2溶液和ICG水溶液的光热转换效率及稳定性，探究不同浓度下ICG/MnO2溶液的光热转换效率，通过红外热成像仪研究其体外光热成像，对于ICG在生物成像和肿瘤治疗等领域的研究具有一定的参考意义。

1 实验

1.1 实验仪器

激光器（MRL-Ⅲ-671-2mW，长春新产业光电技术有限公司，808nm），热成像仪（E50，美国菲力尔公司），电热恒温干燥箱（上海跃进医疗器械厂），Sigma 3-30ks高速离心机（德国sigma公司），IKA RCT Basic恒温磁力搅拌器（德国IKA公司），KS-180EI型医用超声波清洗箱（宁波海曙科生超声设备有限公司），WD-9403C型紫外仪（北京市六一仪器厂）。

1.2 试剂与药品

吲哚菁绿（徐州博立达生物科技有限公司），四甲基氢氧化铵（阿拉丁工业公司），氯化亚锰（MnCl2），谷胱甘肽（GSH），双氧水（H2O2），牛血清蛋白（BSA）（国药集团化学试剂有限公司）。

1.3 多功能纳米材料ICG/MnO2的制备

取20ml 0.6M四甲基氢氧化铵和3wt% H2O2加入到10 ml 0.3M MnCl2水溶液中，得到棕黑色溶液并在室温下搅拌过夜。然后离心纯化，将沉淀于真空干燥箱中35℃烘干，得到MnO2固体。10mg MnO2加入到10ml 1mg/ml BSA水溶液中超声12h，在离心机上以1000r/min离心20min除去下层未反应的固体，得到MnO2纳米片水溶液。取1mL MnO2纳米片水溶液，加入1ml 1mg/ml ICG，室温振荡12h，得到多功能纳米材料ICG/MnO2。

1.4 实验方法

（1）ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光热转换稳定性测试：配置0.25mg/ml ICG水溶液和ICG/MnO2溶液，每次取200ul置于0.8W/cm3的808nm激光器下，照射2分钟后冷却至室温，循环10次，记录温度变化，并对照观察两种溶液的光热转换趋势。

（2）不同浓度下ICG/MnO2溶液光热转换效率测试：配置0.5mg/ml、0.25mg/ml、0.125mg/ml、0.0625mg/ml四种不同浓度的ICG/MnO2溶液，每次取等量置于0.8W/cm3的808nm激光照射器下，记录不同照射时间液体温度的变化。

（3）不同温度及不同光照（激光照射）时间对ICG/MnO2溶液和ICG溶液稳定性影响：分别配置0.01mg/ml的ICG/MnO2和0.01mg/ml的ICG溶液。先取出1.2ml溶液在1.5A的电流下分别照射0min，5min，10min，15min，20min，25min后测其紫外吸收光谱，测试不同光照时间对两种溶液吸收度的影响；然后分别取出6ml两种溶液，在12℃、24℃、36℃、48℃、60℃水浴条件下加热10min前后测其紫外吸收光谱，测试不同温度对两种溶液吸收度稳定性的影响。

2 实验结果与讨论

2.1 ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光热转换稳定性

对ICG和ICG/MnO2溶液在不同光照时间下的温度变化进行考察。如图1所示，在连续循环9次下，ICG/MnO2的升温效率基本保持不变，而ICG水溶液随着循环次数的增加，光热转化效率逐渐降低。可知和分子态ICG相比，ICG/MnO2纳米复合物光热转化效率和光热稳定性均得到提升，在肿瘤治疗领域有较大的应用前景。

图1 ICG水溶液及ICG/MnO2溶液光热转换循环图

2.2 不同浓度下ICG/MnO2溶液光热转换效率

不同浓度ICG/MnO2溶液的平均升温趋势图如图2A所示，在激光照射120s内，ICG/MnO2溶液的温度随着照射时间、次数的增多而逐渐升高，且ICG/MnO2浓度越高，升温速率和光热转化效率越高。当浓度达到0.25 mg/ml时，光热转化效率趋于平衡。而水对照组在整个照射时间内温度均变化不大，说明ICG/MnO2溶液在肿瘤的光热治疗方面有较大的应用前景。此外，ICG/MnO2还可以作为一种光热显像剂用于光热成像（图2B）。

图2 （A）不同浓度下ICG/MnO2溶液的在激光照射下的升温趋势图（B）水和0.25mg/ml ICG/MnO2溶液激光照射前及照射后光热成像照片

2.3 不同温度及不同光照时间下ICG/MnO2溶液光热稳定性

测得不同水浴温度对ICG/ H2O溶液和ICG/MnO2溶液吸收度的影响分别如图4A、图4B所示：ICG/MnO2水浴加热前后的紫外吸收高峰在700-800nm之间，不同温度下，紫外吸收值没太大变化，而ICG加热前后的紫外吸收随温度的升高逐渐减低，说明ICG/MnO2相对ICG来说具有较好的稳定性。