专利名称：光动力治疗组合装置的制作方法
技术领域：
一种围绕光动力疗法(PDT)三个要素包括光敏剂、光源和氧构成的创新发明光动力治疗组合装置，涉及X线作为辐照光源技术，还涉及改进和创新光敏剂技术，还涉及经皮给药的纳米药贴技术，还涉及用《经皮负压给药治疗器》促进透皮给药和增加组织氧浓度技术。
本发明属于医疗药械技术领域。
背景技术：
光动力疗法(PDT)是正在研究发展中的一种新型医疗技术，自1978年美国Dougherty首次报道血卟啉衍生物(HpD)加红光辐照治疗25例10种不同癌症患者的113个癌灶，使其中86.7％达到近期治愈而获得极大成功，被世界各国专家学者和广大医生及患者认定是治疗肿瘤的理想方法。发展至今，已经在许多国家得到批准，包括美国、加拿大、法国、日本、德国和荷兰等国家先后批准用于一些恶性肿瘤的治疗。在中国，“光动力疗法诊治肿瘤”作为“六五”、“七五”国家计划期间的持续攻关课题开展了十余年的研究，并将北京研制的血卟啉衍生物(HpD)批准为国家一类新药，将在重庆华鼎制药投产。进入21世纪，人们对光动力疗法的理解会更加深入，对其应用前景也会更为广阔。
在过去二十年，人们一直围绕光动力疗法的三个要素即光敏剂、光源与氧进行研究、改进和完善。
(一)光敏剂早在20世纪初人们就发现了血卟啉的光敏效应，光动力疗法的提出、发展及应用都是随着光敏剂应用的发展而逐渐完善改进的。属于第1代光敏剂的血卟啉衍生物有美国的光敏素II(photofrin II)、中国扬州的光卟啉
(YHpD)、北京的癌卟啉(HpD)和上海的癌光啉(PsD-007)。第1代光敏剂的主结构都是卟啉衍生物，虽然在临床上已取得了肯定的疗效，但仍有缺陷和不足，如成分复杂、组成不定、皮肤光敏副作用大等缺点。因此，人们开始了第2代光敏剂的研究。
新型光敏剂的研制开发不仅要克服第1代的缺点，还同时要考虑到光敏剂可以在其它疾病的治疗中发挥效应，也要使其在疾病的诊断中也能发挥一定的作用。国内外第2代光敏剂大多为卟啉、卟吩类化合物的衍生物，其他还有金属酞菁如福州大学的《酞菁锌配合物及其制造方法和在制抗癌药中的应用》(专利号CN96117137.5)及中国科学院化学研究所研制的光敏剂竹红菌素，包括竹红菌素A和竹红菌素B(Estey EP，Brownk，Diwu Z，etal.Hypocrellins as photosensitizers for photodynamic therapyascreening evaluation and phamacokinetic study cancer[J]. ChemotherPharmacol.1996，37343-350)，其他还有稠环醌类化合物、以及生物体内合成卟啉的原初化合物α-氨基乙酰丙酸等，目前已有十余种光敏剂进入了临床试验阶段。其中，我国有自主知识产权的血啉甲醚(HMME)是混合卟啉制剂癌光啉(PsD-007)的主要光生物活性成分，具有临床操作简便，疗效发挥更理想，可望成为法定的光动力治癌新药。(许德余，光动力治癌药物的历史、现状、进展、问题和前景[J].中国激光医学杂志，2001，1044-47)。
(二)辐照光源辐照光源是光动力疗法三个要素之一，是一个必不可少的条件。二十多年来光动力疗法中普遍使用激光作为辐照光源。由于激光的单色性好、光束能量集中、强度高、方向性和相干性好等优点，而成为临床光动力疗法的优选光源。激光还可以借助光导纤维通过窥镜传输到体内某些器官，扩大了光动疗法的临床应用范围。本发明人利用光学镜片的组合还将激光引入《高压氧舱激光照射装置》(专利号CN85103131)。为适应用于不同治疗目的激光器纷纷面世，气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等，但未能满足临床对光动力治疗的要求。
(三)组织氧浓度分子氧同光敏剂和光源一样也是光动力疗法的三个要素之一，是参与光动力作用的重要反应物，组织中氧的浓度对光动力作用的生物效应有着很重要的作用和影响。
研究证明，有关光动力治疗中氧的消耗问题在理论和实验中都得到证实。其中，本发明人为了满足光动力疗法对氧的要求，发明了《高压氧舱激光照射装置》(专利号CNB5103131)，实现了在高压氧环境下进行光动力治疗，对小鼠移植瘤S-180、Ca759杀伤效应研究，结果表明增强了对移植瘤的杀伤效应，并进一步证明了治疗肿瘤的单线态氧使肿瘤细胞膜和线粒体受损的机理。光动力治疗时，不同的光敏剂对氧分子的需求不同，血卟啉衍生物如光敏素II比酞菁类光敏剂对氧的依赖性要强些。根据光敏剂的不同在进行光动力治疗时要满足对组织氧浓度的需求。
(四)已有技术的缺陷和不足经过二十多年的实践，上述已有技术暴露出多方面的缺陷，光动力疗法尚未达到其应有的成熟和完善程度。光敏剂、光源与氧三个要素存在的缺陷和不足如下1、光敏剂国内外临床使用最多的仍然是血卟啉衍生物(HpD)和光敏素II(photofrin II)都属于第一代光敏剂。国内外第2代光敏剂大多数仍然是卟啉、卟吩类化合物的衍生物，其它包括金属酞菁、稠环醌类化合物、以及生物体内合成卟啉的原初化合物α-氨基乙酰丙酸等，目前不下十种药物已经进入了临床试验阶段。
长期以来光敏剂是建立在血卟啉衍生物的基础上，虽然在临床上已取得了肯定的疗效，但成分复杂、组成不定、皮肤光敏副作用大等缺点，本发明人认为第一代光敏剂只能作为一种过渡药物，必然为新型光敏剂所取代。其中，选择光敏剂与辐照光波长相匹配是影响光动力作用的关键，穿透组织深度和光动力作用效应将是今后光动力疗法的方向。
2、光源长期以来在光动力疗法中使用激光作为辐照光源，虽然激光有0许多优点，但能与光敏剂匹配的甚少，存在光波长、穿透组织浅，尽管借助光导纤维和内窥镜的帮助也无法到达靶部位。前面已经述及，多数卟啉制剂的光谱吸收的索瑞峰(soretperak)在380～420nm之间，即光敏剂药物的B带，是激活卟啉最有效的波长范围，光动力作用是理论上最长波Q带的60倍，但是，由于肌体对光强度的衰减，在可见光范围内波长越短，穿透组织的深度越浅，例如400nm以下的紫外光穿透组织的深度在0.2mm以下。因此，已有技术在实施光动力疗法中追求长波穿透组织深度深、激活卟啉制剂效应最低的长波红光为激发光，把辐射光源引向大功率低效应的波区，影响了光动力治疗的应用和发展。
3、组织氧浓度在光动力治疗中，有研究证明，在被辐照的组织区域的氧浓度有明显的降低。在靶病灶区中那些远离毛细血管的细胞的氧浓度可能低到了不能产生单线态氧来破坏细胞的地步，此时，即使有充足的光敏剂和光照也起不到杀伤作用。这些结果造成了肿瘤光动力疗法在相同的光照和光敏剂而不同的功率密度情况下，疗效差异很大。氧作为光动力三个要素之一，在光动力疗法实际应用中被忽视了，大都没有采取相应措施。
由于光动力疗法存在以上的缺陷和不足，本发明人在同世界上从事光动力治疗的所有人一样，二十多年来致力于光动力治疗的三个要素的改进和创新。1988年初，本发明人首次提出采用体内发光剂硫化锌铜(ZnS·Cu)，在体外用射线激发光敏剂的次级发光，代替体外辐照光源的技术方案《体内光动力作用抗癌免疫合成剂》(专利申请号CN88100612A)；1996年9月，又提出了采用化学发光物质过氧草酸酯激发光敏剂产生光动力作用，代替体外辐照光源的《高能氧抗癌导向合成剂》(专利申请号CN96109056.1)，此后，有人也提出了与本发明人相似的技术方案(李晖，谢树森.采用X射线间接激励光敏剂的光动力学疗法新设想，中国激光医学杂志，1997年第6卷2期)。
因此，寻找一种新的光敏剂，利用新的辐照光源和采取有效措施增加组织氧浓度，改进和完善光动力疗法，使其成为一种常规的成熟的新光动力疗法是人们的共同期待。
发明内容
(一)发明概述根据对发明的理解和对已有技术检索和审查，本发明人将自有的已申请专利的技术《经皮负压给药治疗器》(CN00206314.X)、《纳米药物及其组合物经皮给药系统》的发明(CN00136775.7)及《X线激发氧化锌卟啉化合物光动力作用的组合物抗癌光弹》的发明(CN01132609.3)等三项专利技术全文引入本发明作为参考；本发明的X线辐照光源X线机参考根据美国专利NASA4,142,101和I125制作的Lixi镜改进的《便携、台式多功能微型X光机》(CN89202772.X)、《手提式X光诊断机》(CN89221880.0)和《多功能小型X光机》(CN93225487.X)等，在现有的MX-1型便携式X线机上装配X线波长转换器，X线会聚透镜、X线示踪可见光标等新设置，使发射适用于光动力治疗组合装置的X线，符合国家和美国FDA安全要求，小巧轻便、操作方便、无放射性污染、使用时不需任何防护措施的具有多功能的X线机。
因此，本发明的目的是本发明的第一个目的是为创新和完善光动力疗法提供一种新型光动力治疗组合装置；本发明的第二个目的是用X线作为光动力治疗组合装置的辐照光源激发与光敏剂结合的可以发射可见光的受激物可以是氧化锌发射次级可见光引发光动力作用；本发明的第三个目的是将创新的光敏剂制备成经皮给药的透皮制剂纳米药贴，光动力治疗实现经皮给药新的方案；本发明的第四个目的是将具有促进光敏剂纳米贴透皮作用和增加靶部位组织氧浓度的“经皮负压给药治疗器”，成为光动力治疗组合装置中的构成部份；本发明追求的最后一个目的是，以X线取代激光成为光动力治疗的一种新光源。
本发明的X线机是一种小型多功能的针对光动力疗法要求，在现有的X线机中优选的多功能小型便携式X线机，对其进行改进。主要包括选择适宜焦点X线管，在X线出光窗口加一可换装的X线波长转换器，出光口为园形，单一波长的X线经聚焦成为一个光束，光束大小可调，为防止X线散射，增强靶向治疗，还用X线示踪的可见光光标显示X线显示X线束斑的投照部位。关于这种多功能微型或小型X线机的特性和设计构造在中国专利申请中的(CN89202772.X)、(CN89221880.0)和(CN93225487.X)都有对美国4,142,101专利的改进，本发明将其引入作为参考。
根据本发明的X线辐照光源，其激发光波长在0.20～0.60nm范围，可使氧化锌、特别是纳米锌化锌(或硫化锌)发射次级可见光(荧光)的波长350～420nm范围内，与卟啉类光敏剂吸收光波长索瑞峰(soret)相一致，是本发明采用X线作为辐照光源引发光动力作用的理论根据。
本发明的另一方面提出了将光敏剂与氧化锌结合成新型的光敏剂，特别是铝包覆纳米氧化锌卟啉配合物的光学特性更与X线相匹配。关于卟啉氧化锌配合物作为新型光敏剂描述在本发明人在先的《X线激发氧化锌卟啉化合物光动力作用的组合物抗癌光弹》的发明(CN01132609.3)中有详细说明，本发明将其全文引入作为参考。
根据本发明提供的新光敏剂用于经皮给药体系，其中包括卟啉氧化锌配合物，特别是采用铝包覆的氧化锌纳米药贴经皮给药。关于纳米药贴经皮给药的优点和制备及应用，在本发明人已经公开的《纳米药物及其组合物经皮给药系统》的发明专利(CN00136775.7)中进行了详细说明，也将其全文引入作为参考。
本发明还提供了一种新型《经皮负压给药治疗器》，是组成光动力治疗组合装置的组件。经皮负压给药治疗器创新了负压给药方法和策略，有效地解决了经皮给药的重点和难点，成为一种临床实用的负压给药治疗器。其特征是由既往单一的负压罐创新成联体复罐的环形套叠的负压器具有给药的特殊功能，及局部负压富氧和负压X线辐照等多项功能。关于经皮负压给药治疗器的制造和临床应用在已获授权的专利(CN002063014.X)中有详尽的描述，本发明将全文引入作为参考。
根据本发明提供的可增加组织氧浓度的经皮负压给药治疗器，是在靶部位实施局部皮肤负压状态下，X线辐照光源照射在环形负压的中空区域的皮肤进入体内到达靶组织。实验证明，在负压下局部呈现血流向负压区加速流进靶组织，组织氧含量增加，补充了光动力疗法的氧消耗，满足光动力疗法三个要素之一对氧的需求，特别是提高对氧依赖性大的光敏剂的光动力治疗的效果。
本发明在此基础上提出了由X线机、经皮负压给药治疗器、光敏剂纳米药贴交联组合的光动力治疗组合装置，即通过适当的给药途径，用于光动力疗法(PDT)诊治肿瘤的过程和特殊作用引发的效果，发明人自命名为“抗癌光弹”。
(二)发明详述下面结合附图1进一步详述本发明。
附图1是本发明光动力治疗组合装置的流程图，由X线机发射的X线束作为初级辐照光源，通过经皮负压给药治疗器的园形负压区穿透局部皮肤到达靶组织，激发滞留在靶组织病灶中的卟啉氧化锌光敏剂中的氧化锌发射次级可见光，使波长短的X线转换成波长长的可见荧光，并使其荧光效应的光波长与卟啉光敏剂吸收光波长的索瑞峰一致，引发光动力作用实现光动力疗法(DDT)治疗肿瘤和其它疾病。
1、X线机主要由X线管、变压器和操作台组成的X线发生装置。本发明的X线(光)机以北京长城光学仪器厂引进的美国微型便携式X线机为主，参考国内根据美国专利4,142,101，进行改进的专利(CN89202772.x)、(CN89221880.0)、(CN93225487.X)，并创新X线机的X线波长转换器，使本发明的X线机发出的X线波长变换与光敏剂吸收光波长索瑞峰相匹配，成为光动力作用的最适辐照光源，并且可调换幅面具有临床医学检查、工业产品检验及安全检查的功能。
(1)X线(光)机的主要系统规格如下
管电压35～67KV管电流＜0.35mA整机可以连续长时间稳定工作焦点至靶部位间距离(暗盒)≥350mm照相机记录荧光屏上的影像，并可存档。
辐射率(场中心)＜9mR/S完全过滤1.5毫米铝 漏出量(离焦点1米)＜1mR/nr(最大)散射线距离1米，200×200×150立方毫米之立方体为标准，以每位工作者每年280天工作计算，每天50次操作情况下所感染辐射总量低于416毫拉德(mrad)。
电源80伏～250伏 体积450毫米×320毫米×165毫米重量＜30Kg本X线机体的放射性特低，符合中华人民共和国卫生部医用X线卫生防护规定，及美国FDA之安全要求，对使用及工作者均安全。对患者应选择恰当的X线投照范围及照射条件，每次辐照时间应在总量800拉德(Rad)以下，为了使本发明光动力靶向治疗装置更简便有效，在受激物质方面除氧化锌外，将用能产生磷光现象的物质，即选用能与光敏剂结合的物质在接受波长较短的辐射短时间照射后，能较长时间发出光辐射的现象，采用脉冲辐照而使其连续受激发光。
(2)X线机的结构组成本X线机选用一种焦点尺寸适宜进行辐照的X线管，X线管配有二次工作保护电路，该管在本机上使用时，由于管内电流小、管电压低，可使其使用寿命延长，并可在采用脉冲工作情况下设有绝缘油中温外自补偿机构实现连续工作，且X光强度、光量连续可调，X线源组与机体为活动连接，两者可分离使用，机体为下部带脚轮的箱式体，整机的电路部分置于箱内。
根据光动力疗法对光源的要求，需要对X线束进行滤波以获得所需的较高波长能量的X射线，特别是需要获得一定波长的X射线以激发光敏剂中的特定物质可以是氧化锌或锌及其它物质。氧化锌(ZnO)在室温下吸收低于365.5nm的辐射，以X线光子照射物质的次级激发，它可被X线或紫外辐射所激发放出可见光，掺少量过渡元素会产生磷光效应。利用适当的过滤器消除L谱线，减少Kβ谱线的贡献，氧化锌可产生大于8.64KeV能量的Ka荧光辐射。
(3)X线波长转换器X线机作为X光辐照光源的另一个特征是X线机在X线源组的幅面选择窗口可以用X线波长转换器替换，使X线束经滤波及控制(调频)发射出需要的特定波长。X线波长转换器是类似显微镜的物镜转换器，为了说明X线波长转换器的结构和功能结合附图2详述如下图2是X线波长转换器，由X线束幅面筒口下端有波长转换装置，它属于内定位结构，由内定位簧片3及滚珠2组成。旋转板9的边缘加工成凸槽，其内安置许多滚珠1、2、5的钢球，使旋转板和固定座之间的相对运动为滚动，4、6为固定螺钉，固定座7上有四孔，嵌有滤过板8，旋转转换器9，使其所需的波长变换孔的滤过板恰好对准X线束的中心，因此将不同的X线滤过板均匀地安装在转动轮的同一园周上的四孔(或五孔或六孔以上)的位置上，利用装置转动可使X线束窗口与园周盘上的孔对准，经滤过板的X线束波长为所需的特定波长。不同的光敏剂吸收光波长不同，而不同的X线波长激发同一个物质例如氧化锌产生波长不同的次级可见光，引发最大效应的光动力作用。
(4)X线会聚透镜X线机作为X线辐照光源的还有一个特征是，X线源组与转换器之间加有一整体会聚X线透镜，引用一种X射线荧光分析仪(CN962035327)的整体会聚X光透镜为玻璃固体，内有多个从所述固体一端贯通到另一端的X光导孔，且该玻璃固体由X光导孔壁自身熔合而成，该透镜沿长度的外形母线和X光导孔外形的母线及X光导孔的轴线近似为空间二次曲线段、二次曲线段的组合或二次曲线段和直线段的组合，透镜的母线和X线导孔外形母线的径向变化对于假想的透镜X光轴线是对称的。X光可以借助在所述X光导孔的内壁上全反射而从玻璃固体的一端传播到另一端利用所述的玻璃固体和X光导孔的不同形状和大小改变X线传播的方向，在很宽的波长范围内调控X线，将X光会聚成很小的束斑形成整体会聚X光透镜。这种整体会聚X光透镜收集了大量散发的X线，并将其会聚成X线束斑，束斑的功率密度很大，在同样X光源功率条件下，比普通X光束斑功率密度大一百倍到一万倍。由于整体会聚X光透镜有一定的通频带，可以选择最佳光线波长，从而卡掉高能X光引起对组织的作用。
(5)X线示踪光标发出的X线束斑与可见光相结合，以示踪指示X线在体外的照射部位(照射点)，给出在局部皮肤的示踪点，可避免X线偏离靶区。用于示踪的可见光源可以是1mW的氦氖激光管发出的激光，作为X线的示踪光标，防止射，或偏离靶向。
2、经皮负压给药治疗器一种由罐体、阀门、移动敷药活塞、顶盖与抽气器具连接组成可产生负压作用的经皮负压给药治疗器(CN00206314.x)全文引入作为组合件之一。该专利是本发明人在先的自有专利，克服了以往负压疗法通过皮肤给药难以达到防治疾病的缺陷，并重点解决经皮给药的皮肤角质层屏障作用的关键技术和药物透皮后的滞留形成贮库的难题。
经皮负压给药治疗器利用负压原理，先使皮肤角质层间隙增大或断裂、角质颗粒层疏松间隙变大、毛细血管扩张等一系列有利于药物渗透的变化，然后使药物置于活塞敷药器上与皮肤直接接触，在环形负压器作用下使药物加速透皮吸收并进入体循环，达到治疗疾病的效果，是一种安全、有效、实用性好、经济的技术创新方法，其优点是a、使中国传统的拔火罐疗法经过创新发展成一种经皮负压给药治疗器是一种有效的经皮负压给药方法；b、由既往单一的拔火罐或负压治疗器创新成联体多罐的负压器，并首次设计出环形负压器罐体和园形负压器及多边形罐体，组合成具有给药特殊功能的负压治疗器。
c、扩大负压疗法的应用领域，使其适合用于临床各科疾病的防治，合用氧气的“负压富氧疗法”和合用激光照射的“负压激光照射疗法”，特别是用于本发明的“经皮负压给药治疗”和“负压X线辐照光动力治疗”。
(1)经皮负压给药透皮给药过程包括，启动经皮负压给药治疗器给药区的负压器，可以是园形负压罐体或环形罐体作用于皮肤，预负压15分钟，负压作用后的局部皮肤即为给药区，将拟经皮给药的药剂(一般是纳米药贴)置于给药区皮肤贴牢；启动环形负压罐，使给药区皮肤在环形负压作用下，使给药区皮肤处于向外拉紧状态，负压作用的局部皮肤药物渗透率加快，环形负压罐体边缘的给药区皮肤负压引张力使药物进入环形负压区皮肤，成为负压给药的另一条通道；负压作用后的局部皮肤主要改变为表面皮肤疏松、致密度降低、皮内充血、毛细血管破裂、表皮角质层断裂、角质细胞间隙增大、毛囊、汗腺和皮脂腺渗透性增加，皮肤电阻明显降低，局部皮肤的改变可持续3天以上。因此，经负压作用后的局部皮肤可作为经皮负压给药治疗的长时间给药区。表皮屏障性能经负压作用后，其修复和代谢时间角质层需7至21天，作为7天持续给药区是可行的。
(2)临床应用用于临床治疗的经皮给药系统，反映了控制给药和靶向给药技术在通过皮肤这一入口将药物输入皮肤局部或体内靶器官的最新成就。临床上，药物不论以何种形式给药，药物粒径的大小都会影响药物从剂型中的释放进而影响到疗效。在制剂的生产和研究中，只有控制适当的药物和载体的粒度和分布，特别是经皮给药处方工艺和质量稳定性才有保证。
本发明人根据纳米材料和人体组织学的研究证明，纳米尺度(是指1～100nm)的空间范围，这正是分子尺度，也是分子药物能够透过皮肤角质层的尺寸。在纳米尺度上，天然分子的大小范围从微小的3个原子的水分子到有几百万个原子的DNA分子。在纳米尺度上，人们观察到纳米材料的特性会发生不同寻常的奇异突变。纳米药物的尺度减小和表面状态的改变，会表现出许多既不同于微米粒子又不同于原初药物粉体的特性，具有纳米材料许多优良的理化和生物性能，如小尺寸效应、体积效应、表面积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。纳米药物表现出特殊的扩散率、贯穿皮肤角质层势垒的穿过能力，很高的反应活性、催化性能及极强的靶向性，成为经皮给药的新的技术。基于这些科学事实，本发明人研发的《纳米药物及其组合物经皮给药系统》的发明专利(CN00136775.7)，将全文引入作为光动力治疗组合装置的介入治疗的组合件之一。
纳米药贴负压透皮给药可提供四种类型经皮给药系统，包括压敏胶膜贮库透皮系统(a-TDD)、液态填充及密封法结构、外周胶粘层结构、固态多层结构等，在经皮负压给药治疗器的促进作用下，将药物导至靶组织内。
静脉滴入给药针剂静脉输入，靠光敏剂滞留靶病灶部位进入组织。
(3)负压器与光源X线辐照X线穿过负压器直接投照在经皮负压给药治疗器的园形负压区的皮肤，事先调整X线束斑与靶病灶组织的中心部位，调控X线束斑大小，使X线通过整体会聚透镜聚焦在靶部位，激发特定物质发射荧光作用。
(4)负压富氧在X线辐照通过负压器的同时，用氧气冲洗环形负压罐使其充满氧气，使靶组织成为低压富氧区，满足光动力疗法对组织氧浓度的要求。
3、光敏剂光敏剂的优点或者说是它本身的特性能选择性地富集于靶部位的细胞组织的一种化学物质，其衍生物在适当波长的光辐照下受激发能引发光动力作用而破坏细胞。因此，光敏剂是光动力治疗的核心物质，所以光动力疗法的产生、应用及发展都是随着光敏剂的研究和开发而逐渐创新、改进而完善并成熟的。
根据本发明的优选方案，以卟啉类化合物与氧化锌结合反应生成一种新的光敏剂卟啉锌氧配合物。在生成配合物之前，卟啉类化合物发较弱的荧光，配合之后在X线激发下新的光敏剂中的氧化锌则会发射较强的荧光。本发明的特征即创新点是，所述的卟啉氧化锌配合物中的配体，采用了铝包覆的纳米氧化锌粉体，不仅使光学性能良好的氧化锌被完整地引入卟啉化合物中，而且由于铝纳米粒子包覆使氧化锌中掺入了少量过渡族金属，在X线激发下掺有铝包覆的氧化锌产生磷光效应，在短暂的X线照射下会长时间发生荧光，使得本发明的光动力作用产生了意想不到的效果。本发明的卟啉锌氧配合物的非限制示例则可包括血卟啉铝包覆氧化锌纳米配合物、酞菁铝包覆氧化锌纳米配合物、二氢卟吩铝包覆氧化锌纳米配合物等。上述卟啉铝包覆氧化锌纳米配合物的制备方法包括使铝包覆氧化锌纳米与卟啉或其衍生物分子的大环内形成配合物和或使其衍生物分子周边的取代基形成锌氧配合物的过程。所述的卟啉或其衍生物分子周边的取代基应该是含氧基团或经过适当处理过程可成为含氧基团的取代基。
具体地制备方法，可以通过以下两种不同的反应得到两种不同形式的卟啉锌氧配合物。
(1)合成金属卟啉通过向卟啉和类卟啉配体中引入金属来得到。可以通过多种现成的方法实现，例如a)在有机酸(如醋酸)中使卟啉或类卟啉同金属盐一起回流；b)在有机碱(如吡啶)中使卟啉或类卟啉同金属一起回流；c)在中性溶剂(例如苯、乙醚等)中使卟啉或类卟啉同有机金属或金属羰基化合物反应，等。这些方法对于本领域的普通技术人员来讲根据基本的理论和文献的教导，都是很容易实施的。
需要说明的是，在有机酸中反应时，2价金属离子同PH2(P＝卟啉)之间存在以下平衡，因此，需要金属盐适当过量。
需要特别强调的是，本发明所要合成的金属卟啉的金属是铝包覆氧化锌纳米。
(2)酞菁铝包覆氧化锌纳米配合物卟啉分子是一个大环化合物，环内有一个空穴，可以容纳铁、铜、钴、铝、钠、镁、锌等许多过渡金属和金属元素。卟啉中心的氧原子具有碱性，可以接受两个质子生成2价正离子，N-H键具有酸性，在强碱作用下会失去两个质子生成2价负离子，卟啉环中心是3价铝包覆氧化锌纳米时，其中铝尚有一个离子键游离，可与氧等结合。得到的酞菁铝包覆氧化锌配合物光敏剂，可以用硫酸溶解沉淀法加以纯化，在处理过程中不会失去金属元素。
酞菁类化合物有两个吸收带，一个大约在550nm处，中等吸收强度，摩尔消光系数约104，称为Q带；另一个在大约370nm处，吸收强度比前一个Q带高得多，摩尔消光吸数为105，称为B带，也称作索瑞(soret)带。有人计算对称的酞菁的卟啉及其同系物光谱，预计Q带的最高吸收光波长为555nm，B带为390nm，此值与金属卟啉类化合物的典型吸收光谱很符合。此外，计算还正确地预料到B带的强度比Q带高10倍以上。研究证明，体外试验用B带(索瑞峰)波长引发光动力作用，比用最大波长(红光)Q带引发卟啉光动力作用要高60倍。但是，由于B带吸收光透过组织的能力太弱，迄今尚无用B带光波长进行光动力治疗的报告。
针对B带吸收光透过组织的能力太弱的缺陷，本发明采取了受激发射荧光的氧化锌与卟啉结合成一个分子的新化合物，二次发射光作用在同一分子内，无需穿透组织的能力太强的要求，因为穿透组织的光源由X线进行，基本上可以满足达到任何靶部位的要求，创新了用B带光波长进行激发光动力治疗肿瘤和其他疾病的方法，展现了光动力疗法新的前景。
上述过程产物的性质在前面已经说明，尤其是将金属氧化锌制备成用铝包覆的纳米氧化锌时，由于是高纯度氧化锌，具有纳米材料的特异性，特别是独特的光学性能和化学活性(中国专利，申请号98117464.7)。含有铝包覆纳米氧化锌(ZnO)Al的卟啉锌氧配合物受X线激发引发的光动力作用单线态氧(1O2)与自由基产率较普通氧化锌明显提高(P＜0.05)，最近，实验还证明氧化锌是一种宽隙(3.37ev)复合半导体，可以产生自然的激光空洞，并有高于室温下的聚能。在光的刺激下可观测到385nm波长表面放射光[Michael H.Huang，et al.Room-Temperature Ultraviolet NanowireNanolasers.Science 2921897(2001)]。在光学性能方面氧化锌在室温下吸收低于365.5nm的辐射，掺锌可使此限值向更长的波长方向转移，掺少量过渡金属元素会产生磷光效应，即X线光源短时间照射可较长时间引起荧光效应，根据这一点本发明的X线机采用脉冲轰击阳极，可产生连续荧光效应，谱线宽度15nm以上。它能够有效的吸收紫外线，具有很高的可见光反射特征，80％以上的发射波从375nm至800nm呈一持续水平宽带。
(3)新型光敏剂卟啉铝包覆氧化锌纳米配合物的剂型本光敏剂原料是一种粉体，通过药剂学技术制备成注射液用于临床，迄今为止尚未见有新剂型用于光动力疗法的报告。本发明通过药剂学技术制备得到两种不同剂型的光敏剂卟啉铝包覆氧化锌纳米配合物a)针剂溶液；b)纳米药贴本发明对新剂型纳米药贴经皮负压给药方法，创新光动力疗法的体外给药实现光动力治疗进行详细说明。新型光敏剂(包括第1代)可选择制备成经皮给药的纳米药贴，作为本发明的组合件之一，经皮给药光敏剂是介入治疗的纳米药贴。
在目前产品设计中，本发明采用固态的层状结构，有单层整体型或多层结构，把药物溶解在压敏胶中，使压敏胶既起贮库作用，又起到粘贴皮肤的作用，称之为压敏胶膜贮库的透皮吸收系统(a-TDD)，很多市售的医用级硅酮压敏胶、丙烯酸酯压敏胶及聚异丁烯压敏胶都很适宜作这一种型系统的材料。具体制备方法如图3。
图3是光敏剂纳米药贴经皮给药系统(a-TDD)工艺流程结构框图。首先将光敏剂可以是卟啉铝色覆氧化锌纳米配合物分散在高分子材料如压敏胶液中，涂布于背衬膜上，加热烘干，使熔解高分子材料的有机溶剂蒸发，可以进行第二层或多层膜的涂布，最后覆盖上保护膜，也可以制成含药物的高分子材料膜，再与各层膜叠合或粘合。
制备的纳米药贴经皮给药方法是采用经皮负压给药治疗器促进加速渗透来完成。进一步作体内和体外两部分评价。体外包括释放度的测定和经皮渗透试验；体内测定生物利用度和皮肤表面消失法。
经皮给药的光敏剂纳米药贴剂型的优点和特点是a、纳米材料和技术给光敏剂经皮给药带来了新的革命，可以选择最佳的给药途径。
b、纳米药物的特异性质包括其中的高扩散率，贯穿势垒的隧道效应等，改变了已有的透皮给药系统的缺陷和关键技术，成为一种理想的光动力治疗方法。
c、纳米药贴与经皮负压给药治疗器结合，光敏剂经皮给药方法更加完善和有效；本发明的技术创新点总结(技术优选方案)光动力治疗组合装置是一种交联组合发明，由本发明人在前申请的三项专利与改进的x线机交联而成，即围绕光动力疗法的三个要素光敏剂，辐照光源和组织氧及给药途径的发明，包括《卟啉锌氧配合物和其作为光敏药剂受射线辐照激发光动力及其在靶向治疗中的应用》(PCT国际专利申请号PCT/CN02/00595)，《经皮负压给药治疗器》(中国专利申请号00206314.x)和《纳米药物及其组合物经皮给药系统》(中国专利申请号00136775.7)。三项专利全文在此被引入参考。
(1)卟啉锌氧配合物是一种新结构的化合物，其中锌或氧化锌被收入在卟啉分子中的大环内与四氮形成含氧、氮配体的化合物即氧化锌卟啉衍生物；还可以与卟啉衍生物周边取代基结合反应生成氧化锌卟啉衍生物。所述卟啉化合物选择纯度较高，具有良好的光热稳定性、生理活性、合适的物理参数，还具有优良的亲水性，较适宜的吸收光波长和较高的摩尔消光系数的卟啉衍生物。
在本发明的卟啉锌氧配合物中，氧化锌可以是铝包覆纳米氧化锌粉体，如前面已经说明的更有利于提高该光敏剂的光学性能。
虽然，卟啉化合物中的血卟啉衍生物和光敏素及癌光啉等是一种混合卟啉制剂，但是，其氧化锌血卟啉衍生物在索瑞峰波长下的光动力作用高于红外波长，由于混合卟啉中的氧化锌的聚集，X线引发的次级激发的光动力作用明显提高。因此，本发明也可以使铝包覆氧化锌纳米与血卟啉、光敏素II和癌光啉等结合，用于光动力作用靶向抗癌药剂，制成静脉注射剂和经皮给药系统(TDDS)的纳米药贴。
(2)X线作为激发光源X线辐照具有贯穿机体组织和产生荧光效应的特点，特别是对到达机体内部靶部位的组织或器官的氧化锌卟啉衍生物辐照次级激发，氧化锌受激发射的光谱波长可与光敏剂的吸收光波长一致产生索瑞峰，摩尔消光系数大一个数量级，光敏化作用比用红光提高60倍，X线激发光辐照次级激发光属近紫外可见光，光穿透力和光能量较红外光弱，但是，氧化锌发射光波长是与之结合的卟啉衍生物的吸收光而且是在同一分子内激发，因此光动力作用远大于体外光源经传输到达靶组织的光辐照的光动力作用，特别是X射线作为激发光源不存在机体组织的穿透障碍，可以到达机体任何靶组织和器官。本发明证明，X线可以是含氧化锌光敏剂的适宜的优选辐照光源。
X线发生装置的X线机，本发明是将具有多功能的小型(或微型)X线机从波长转换器、X线会聚玻璃固体透镜到X线幅面窗口转换、调控X线束斑及X线可见光示踪光标等进行了创新，使本发明的X线机不仅具有临床医学诊断，工业产品检查和安全检测的多种功能，特别是具有激发光动力作用的特殊功能。因此，本X线机的安全标准符合中华人民共和国卫生部医用X线卫生防护规定，及美国药品与食品管理局(FDA)的安全要求，本X线机可作为中国城乡诊所的必备装置和国内外开展光动力治疗的专用辐照光源。
(3)经皮负压给药治疗器经皮负压治疗是经皮给药一种途径和增加组织氧浓度的一种有效措施。
光敏化药物和辐照光源是光动力作用的两个要素，是影响光动力治疗应用和发展的关键。但是，作为光动力的第三个要素，靶部位内分子氧的存在也是影响光动力作用的至关重要的因素。生物体系中的变化是光敏剂引发的光氧化过程产生的活性氧如单线态氧(1O2)是杀伤和玻坏生物大分子、细胞和生物体的主要物质。本发明采用已获专利权的《经皮负压给药治疗器》(Z400206314.x)作用于靶部位结合负压输入法使组织内的氧浓度增加，加之卟啉氧化锌配合物中的配位氧，更易受激变成为活性氧，光氧化活性更大，也保证了单线态氧)(1O2)量子产额的增加。
经皮负压给药治疗器顾名思义，是一种专门用于透皮给药的器具，发明人使用该器具将大分子量的胰岛素碘125标记进行放射自显影实验取得了满意的结果。因此，在光动力疗法中首次提出采用透皮给药即将光敏剂制成纳米药贴置于靶部位皮肤，在负压作用下经皮肤局部直接或经血循环到达靶组织，为光动力治疗提供了新的前景方案。
(4)靶向治疗无论是肿瘤治疗或是其他疾病治疗，靶向治疗是临床医疗追求的目标，本发明从以下几个方面实现靶向治疗。
光敏剂在靶组织的优先聚集和滞留研究和实践证明，一般光敏剂有在增殖活跃的细胞中优先聚集的特性。由于光敏剂在肿瘤细胞和其他疾病新生细胞上和组织上聚集和滞留，是靶向治疗的基础和关键。
X线辐照光束直接照射体外用X线束可见光标显示照射部位，使X线束斑靶向照射靶部位的细胞和组织，限定光动力作用的范围在病灶的覆盖区域，不损伤正常组织。
X线聚焦靶部位X线经会聚透镜从波长转换器成一限束斑，照射在靶部位，使局部X线能量增加100倍以上。
经皮负压器的局部限制一般对局部皮肤疾病具有标示靶作用功能，限定靶向治疗范围。
上述多重靶向作用的组合使本发明光动力治疗组合装置创新、完善了光动力疗法，促进光动力疗法达到应有的独特作用和成熟程度，成为一种常规的治疗方法。
发明的有益效果本发明的技术方案所带来的最突出的效果是，提出使用X线作为光动力的辐照光源激发光学物质发射可见光，引发光动力作用；创新和改进小(微)型多功能X光机，使其按需发射荧光与光敏剂的吸收波长相匹配，光动力作用效果较现行的光动力疗法提高10倍以上；通过实验调控，明确了X线调控氧化锌发射次级可见光的相匹配的波长数据(表1)。
表1X线辐照光源和氧化锌受激可见光与光敏剂匹配关系
由于科学技术进步，X线不仅可以到达身体任何部位的组织和器官，而且辐照方式有了明显的进步，如以X线束斑辐照，对人体层面扫描的X线转变为可见光的CT投照、X线聚焦光斑(X光刀)辐照，只对肿瘤组织或其它疾病病理组织选择性靶向照射，使对人体和正常组织的损伤可降至最小。
X线荧光测试对体内外卟啉氧化锌配合物或吸收光和发射光的测试，测出波长可以定性，测谱线强度可以定量。测试分析的方法是，X线光谱分析常用X线光谱仪，可用顺序式和同时式自动X线光谱仪。对荧光分析还可以用X线荧光光谱仪。
本发明的组合还有一个突出的效果是，提出使用透皮给药特别是利用经皮负压给药治疗器取得了意想不到的效果，不仅制备新的透皮给药剂型纳米药贴，而且在完善光动力疗法的第三个要素即增加组织氧浓度方面有了创新发展。发明人采用显微放射自显影技术对“大鼠经皮负压给药放射自显影的实验”，其过程(略)和结果如下本项实验的实验材料由中国原子能研究院、山西医科大学和山西省中医研究院动物实验中心等提供。
a)经皮负压给药胰岛素(蛋白质)在皮肤及皮下组织内定位分别取第15天各组4只大鼠的负压给药区皮肤的左、中、右及负压罐壁口下的皮肤及皮下组织切片标本，镜下阅读上述自显影相，显影银颗粒见于表皮内外、真皮下组织及毛囊内。
按上述同一方法观察并记录，胰岛素(蛋白质)到达皮下组织深度与部位(表2)。
表2经皮负压给药胰岛素在皮下组织定位
+一个高倍限制视野内显影银颗粒≥50 ±＜50 -无或偶见b)经皮负压给药胰岛素在皮肤及组织内定位的相对定量；光镜下皮肤组织切片标本中纵切面内放射自显影银颗粒如图片3-6所示(略)。
每组内分别取2只大鼠经皮负压给药区4个视野的银颗粒计数，结果见表3。
表3经皮负压给药胰岛素在皮肤及皮下组织内银颗粒计数比较
P*与经皮负压给药相比本发明的技术方案所带来的第三个最突出的效果是，提供一种用于光动力治疗组合装置的药物体系，其中，铝包覆氧化锌纳米卟啉配合物是一种新型光敏剂，在X线辐照下其分子中的氧化锌可发射波长与卟啉化合物相匹配的荧光和铝包覆纳米氧化锌产生的磷光现象。在现有技术的光敏剂化合物中引入氧化锌，形成铝—锌—氧或锌—氧配合物，由于该配合物优异的光化学性能，在用于光动力治疗肿瘤等疾病中，可以适宜的光源代替体外的激光辐照等光源。
本发明基于上述的多元素组合的思想，也基于光动力疗法是由光敏剂、辐照光源和组织氧浓度三个要素构成的一种光激发的化学疗法的事实，任何一种单一的技术创新都不能将光动力疗法推进到应有的完善程度，因此必需从三个要素全面提升到完善程度，才会使光动力疗法成为一种常规疗法，这才是本发明的总目标。进入21世纪，人们对光动力疗法的理解会更加深入，通过本发明的实施和应用光动力疗法前景也将更为广阔。
图1是实现本发明整体技术方案的结构框图，其中X线机、光敏剂和经皮负压给药治疗器及光敏剂纳米药贴是组合发明的成分，缺少任何部件都无法实现本发明的目的。
图中部分用语解释X线机由X线管、变压器和操作台组成的X线发生装置。
波长转换器由X线束幅面筒口下端装有波长更换设置。
波长会聚透镜X线束玻璃固体的整体会聚X光透镜，内有多个X线导孔，将X线会聚成X线束班。
X线束示踪可见光标由氦氖激光管(1mW)指示X线在体外的靶位，防止 射和偏离靶向。
经皮负压给药治疗器通过皮肤将药物输入靶器官或体循环的一种新方法，透皮给药的一种新技术，由两个以上负压罐体交联组成。
环形负压区由环形负压外罐体造成的负压区或称为环形负压器。
园形负压区在环形负压罐体壁组成的园形负压区或称为园形负压器。
经皮负压给药在园形负压区粘敷纳米药贴，在负压作用下药物渗透皮下，药贴也可制备成环形。
卟啉氧化锌配合物主要是铝包覆氧化锌纳米配合物，一种新型光敏剂。
光敏剂纳米药贴光敏剂透皮给药新剂型，药物颗粒粉体在纳米级或临界纳米级。
靶标部位一般为病灶区，可以是肿瘤病灶包括的细胞和组织，也可以是其他疾病的病灶区。
图2是X线波长转换器，由X线束幅面筒口下端设有波长转换装置，类似光学显微镜的物镜转换器，属于内定位结构有四孔，旋转滤过板使其所需的波长变换孔的滤过板恰好对准X线束的中心，X线经会聚透镜聚焦透过滤板为所需的特定波长。
其中部分用语解释旋转板绕固定座上的轴旋转，其上开有四孔或五孔，用以滤过X线不同的波长。
固定座转换器座，使旋转板绕固定轴相动运动。
图3是纳米药贴的给药的一种工艺流程，其中之一可以是压敏胶膜贮库透皮吸收系统(α-TDD)，是将纳米药物分散在高分子材料如医用压敏胶溶液中，涂布于背衬膜上，加热烘干，使溶解高分子材料的有机溶剂蒸发，可以进行第二层或多层膜的涂布，最后覆盖上保护膜，也可以制成含药物的高分子材料膜，再与各层膜叠合或粘合。
其中部分用语解释纳米药物将药物用纳米技术制备成纳米级(分子水平)，也可以是临界纳米级。
压敏胶医用级压敏胶，可以是医用硅酮压敏胶、丙烯酸酯压敏胶等。
保护膜是避免压敏胶粘附的表面自由能低的塑料薄膜如聚乙烯等。
背衬膜能与控释膜热合并有一定的透气性的材料有聚氯乙烯等。
控释膜经皮给药系统的控释膜分均质膜与微孔膜。
本发明的具体实施方案以下通过具体实施例说明本发明的思想，旨在帮助阅读者更好理解本发明的创造性所在和其有益效果，不能构成对本发明实施范围的限定。本发明的优先技术方案的整体构成代表例是附图1给出的组合，其中组合三个主要部分的以下流程是可变的，拟使用本技术组合含有X线机、经皮负压给药治疗器、及作为介入治疗的经皮给药的光敏剂纳米药贴，在未超出本发明待批权利要求的前提下，有关改动均属于本发明的特许范围之内。
实施例光动力治疗组合装置整体装置结构如图1所示，X线机连接X线源上的X线会聚透镜将X线聚焦成X线束斑，通过波长转换器图2的转换盘上镶嵌有波长滤过板的波长转换孔成特有波长的X线，穿过固定在X线机X线源与底座间的支撑柱上的经皮负压给药治疗器的园形负压中空罐体的负压腔射在局部皮肤靶区，根据光敏剂吸收光波长不同，X线束斑经波长转换器变频成不同的波长，激发次级可见光波长不同；X线机发射的X线经会聚透镜聚焦成X线束斑，再经X线波长转换器的波长通过经皮负压给药治疗器入射在局部靶部位的皮肤，以X线示踪可见光标指示在皮肤的靶点；光敏剂经皮给药体系图3，将药物纳米通过药剂学技术制成注射溶液和经皮给药纳米药贴剂型作为光动力治疗组合装置的介入治疗药物，光敏剂卟啉铝包覆氧化锌纳米的纳米药贴以外用药进行体外给药，在经皮负压给药治疗器的作用下，光敏剂纳米释放在皮肤表面进而透过皮肤到达靶组织。受激的次级发光物质在X线作用下与光敏剂引发光动力作用。
光动力治疗组合装置由X线机、经皮负压给药治疗器和卟啉铝包覆氧化锌新型光敏剂交联组合而成，一般本专业普通技术人员参考有关文献教导，都可以安装调试并可实际操作进行临床诊治肿瘤和其他疾病。
权利要求
1.由X线机、经皮负压给药治疗器和光敏剂交联组合的光动力治疗组合装置的发明，其特征在于，新型光敏剂经皮给药在靶组织内受体外X线辐照光源激发引发光动力靶向治疗肿瘤和其它疾病。
2.权利要求1所述的X线机，其特征在于，所述的X线机是由X线管、升压器和操作台构成作为光动力疗法的体外辐照光源、还可供临床医学、工业产品检测和安全检查的小型多功能X线机。
3.权利要求1和2所述的X线机，其特征在于，在X线机的X线源组内安装有X线会聚透镜、X线波长转换器使X线聚焦穿过滤波成为X线光束斑激发氧化锌或铝包覆氧化锌发射次级可见光的荧光或磷光现象。
4.权利要求1所述的经皮负压给药治疗器，其特征在于，所述的经皮负压给药治疗器，是一种新型的联体多罐包括园形、环形负压罐与X线机支撑柱安装有伸缩臂园形抓手固定在X线机支柱，可移动伸缩臂使园形负压罐中空负压腔与X线束斑中心对准，X线通过经皮负压给药治疗器辐照在负压局部皮肤靶位。
5.权利要求1和4所述的经皮负压给药治疗器，其特征在于，所述经皮负压给药，可以是光敏剂纳米药贴置于园形或环形负压罐体内，实施负压作用并改变皮肤角质层阻碍，皮肤电阻明显降低，局部皮肤的改变可持续3天以上，有利于药物渗透，使纳米药物透皮速率加快，实现经皮靶向给药。
6.权利要求1和4所述的经皮负压给药治疗器，其特征在于，在负压罐体内充满氧气，使靶部位组织氧浓度增加可满足光动力疗法对氧的需求。
7.权利要求1所述的新型光敏剂，其特征在于，所述的新型光敏剂是一种氧化锌卟啉或铝包覆氧化锌纳米卟啉，在X线激发下产生荧光和磷光现象，使卟啉光敏剂吸收光波长产生索瑞峰。
8.权利要求1和7所述的卟啉氧化锌新型光敏剂，其特征在于，卟啉铝包覆氧化锌纳米配合物或卟啉氧化锌，通过药剂学技术制成经皮给药体系可以是纳米药贴或注射剂。
9.权利要求1和7所述的纳米药贴，其特征在于，所述的纳米药贴可制成多种类型，可以将光敏剂纳米药物分散在压敏胶中制成固体多层结构型的纳米药贴。
10.权利要求1所述的光动力治疗组合装置，其特征在于，所述的靶向治疗是通过光敏剂在肿瘤细胞的集聚和滞留、X线束斑靶向照射及经皮负压给药治疗器的局部定位多重靶向作用，是光动力疗法新的综合靶向限制装置。
全文摘要
本发明属于医疗药械技术领域，由多功能小型X线机、经皮负压给药治疗器和光敏剂交联组合的光动力治疗组合装置，通过药剂学技术将新型光敏剂卟啉铝包覆纳米氧化锌配合物制成透皮给药制剂纳米药贴，在经皮负压给药治疗器作用下新型光敏剂经皮进入靶部位，以X线为辐照光源激发铝包覆纳米氧化锌发射次级可见光，调控荧光或磷光的波长与光敏剂吸收光波长相匹配，引发光动力靶向治疗肿瘤和其它疾病，使光动力疗法达到应有的成熟和完善程度。
文档编号A61K31/00GK1438048SQ03104558
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者董国臣, 董文帅, 董京 申请人:董国臣