近红外光调控的PDT光敏剂——共轭聚合物及上转换发光纳米粒子杂化新材料

近年来,由于多重耐药菌株的出现,细菌耐药性严重危害公众健康,受到了越来越多的关注。细菌耐药性根源在于抗菌药物的一成不变,与此同时细菌为了持续生存下去发生了一系列的基因突变和横向基因转录。为了解决这一问题,一方面要开发新的抗菌药物,另一方面要在现有抗菌药物及抗菌疗法基础上加以改进以提高其抗菌能力。

光动力疗法(PDT)一直以来被认为是一种能够有效应对细菌感染的治疗方法。这种治疗方法利用光敏剂在光源照射下产生活性氧物质,尤其是单线态氧,进而达到杀菌的目的。然而传统的PDT大多使用近紫外或白光光源。由于每种光的组织穿透性与其波长息息相关,波长越短,组织穿透性越弱,而近紫外及白光的波长范围约为200 nm-780 nm,这就意味着组织穿透能力有限,当深层组织感染细菌的时候,近紫外及白光作光源的光动力疗法将无能为力。由于近红外光在780 nm-2500 nm间,生物组织对其吸收很低,因此近红外光的组织穿透力非常强,又因其能量较低,对生物组织的伤害也比较小。如果把近红外光源与光动力疗法结合起来,就可以极大拓展光动力疗法的应用范围。

上转换Untitled纳米材料具有特殊的反斯托克斯位移发光机制,其激发光在红外区,性能稳定,不易光漂白,生物毒性小,在生命分析及生物医学领域均有极其广阔的应用前景,因而受到越来越多的关注,但是其活性氧物质产率较低,而光敏剂的活性氧物质产率是PDT高效治疗的关键所在。近年来研究表明,共轭聚合物由于具有长程π共轭体系,具有较强的光捕获能力,可用来放大荧光传感信号,在疾病诊断以及生物检测等方面发挥了越来越重要的作用;而且,水溶性共轭聚合物活性氧产率较高,是一种PDT的理想光敏剂,在生物医学领域的应用也获得了高度关注。

近期,陕西师范大学唐艳丽课题组与刘成辉教授合作,设计合成了一种新的杂化纳米材料,该新材料将水溶性共轭聚合物与上转换纳米材料结合起来,取两者所长,实现了在近红外光源照射下,利用PDT机制产生活性氧物质而杀死细菌。该研究团队将聚芴乙烯苯类衍生物PFVCN与聚丙烯酸(PAA)功能化的上转换纳米材料通过静电相互作用结合在一起,构建了一种β-NaYF4:Yb,Tm/PFVCN复合纳米材料用于高效抗菌。在该杂化材料中,上转换纳米材料作为能量供体,水溶性共轭聚合物作为能量受体。以980nm的近红外光作为激发光源,激发上转换纳米材料,继而通过荧光共振能量转移(FRET)过程激发共轭聚合物,利用共轭聚合物产生的单线态氧或活性氧物质来达到杀菌目的,光照30 分钟后杀菌率可达到90%,并且该新材料的生物相容性较好。由于新杂化材料可用近红外光激发,组织穿透力强,而且可产生高效的活性氧物质,因而,该材料在以近红外光激发来进行深层组织的抗菌治疗方面具有良好的应用前景。

相关工作发表在Advanced Healthcare Materials (2016, 5(23), 2967-2971)上,第一作者为陕西师范大学化学化工学院硕士生李俊婷。

 

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