一种近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂及其制备与应用的制作方法

本发明属于光动力、光热治疗领域，具体涉及近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂的制备,以及其在光热、光动力治疗方面的应用。

背景技术：

光敏剂(photosensitizer，ps)在光激发下吸收光子能量，从基态跃迁至单重激发态，单重激发态极不稳定，其寿命只有几纳秒，它会以两种方式释放多余能量：第一种，将所有得到的能量以荧光或热量的方式释放出来，并回到单重基态，即第i类过程；第二种，通过系间窜越释放部分能量，使同一电子自旋反转形成三重激发态，它相比于单重激发态更加稳定，其寿命可达到几微秒；处于三重激发态的光敏剂会产生放射性衰变并回到基态，或者将其能量传递给分子氧(o²)，导致单线态氧的形成，该反应被称为第ii类过程。三重激发态的光敏剂和肿瘤细胞中的氧发生反应，产生具有很强细胞毒性的单线态氧，能够杀死肿瘤细胞，这种光疗方法被称为光动力治疗(photodynamictherapy，pdt)。

光热疗法(photothermaltherapy，ptt)作为一种有潜力的非侵入性癌症疗法，具有可控的药物释放性和极低的耐药性特点，其功效强烈依赖于光热剂的性质。与具有较高生物毒性的无机光热剂相比，新兴的有机光热剂，如有机小分子和共轭聚合物，具有良好的生物相容性。而有机小分子经常遭受光稳定性低的困扰，导致ptt效果欠佳。共轭聚合物可以有效的通过分子设计，以实现最佳的ptt性能，如近红外吸收，以及高的光热转化效率等。

水溶性共轭聚合物是指在主链上引入带有离子型官能团侧链或者接枝亲水侧链,使共轭聚合物的水溶性和生物相容性得到较大提高，同时还保留了共轭聚合物良好的光电特性，如：优良的半导体性能、高摩尔消光系数等。研究表明，近红外吸收的材料用于生物治疗具有以下优点:(1)相对于短波长的光，生物组织对近红外波段的吸收比较小，有利于治疗更深处的生物组织；(2)这一波段的光对于正常细胞的损伤更小，避免了一定程度的光致损伤。

本专利制备的共轭聚合物采用9位取代的芴衍生物作为电子供体，吡咯并吡咯二酮(dpp)衍生物作为电子受体。吡咯并吡咯二酮有很宽的吸收峰、很高的光热转化效率以及一定的单线态氧产生能力，并且很容易实现近红外吸收；其两侧连接噻吩基团，可以通过重原子效应(硫原子)增加激子系间穿越能力，提高三线态激子含量，增加了单线态氧产生能力。侧链接枝的缩乙二醇链段以及侧链的季铵化不仅有利于增加聚合物的水溶性和生物相容性，减小在水溶液中的聚集，而且引入了氧、氮原子这样的杂原子，可能会进一步提高单线态氧的产率，从而提高光动力治疗的效果。此外，光热效果通过扩充血管通透性为光动力提供了更多的氧气进而有相互促进的作用，二者结合一体化治疗可以实现无创性的高效肿瘤治疗。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的在于提出一种近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂及其制备与应用，在光热、光动力治疗时对生物体的光损伤小、对生物组织的穿透能力更强，光热转化效率和单线态氧产率较高，从而使其在光热、光动力联合治疗方面有着潜在的广泛应用前景。

技术方案：本发明的一种近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂及其制备与应用，通过分子的主链和侧链结构设计使其具有良好的生物相容性和近红外吸收性质，疏水部分为聚合物的共轭主链，亲水部分为其取代侧链，并使其产生较高的光热转化效率和单线态氧产率。

所述的近红外吸收的水溶性共轭聚合物具有如下分子式：

其中，主链中9位取代的芴衍生物为电子给体(donor，简称d)，吡咯并吡咯二酮衍生物为电子受体(acceptor，简称a)，烯键为π-共轭桥,得到一种主链为d-π-a的近红外吸收共轭结构；聚合度n为大于1的自然数；侧链上r选自下列基团：-r1n⁺r2r3r4，这里r1为-ch2ch2(och2ch2)x-，x为大于2的自然数,r2，r3和r4分别为烷基中的一种；r’选自下列基团：烷基、-ch2ch2(och2ch2)xoch3、-(ch2)y-oco-ch2ch2(och2ch2)zoch3，x、z为大于2的自然数，y为大于1的自然数。

进一步的，在本发明中，所述的近红外水溶性共轭聚合物，其中两种典型的结构为，a.r1为-ch2ch2(och2ch2)2-基团，r2、r3和r4均为甲基，r’为-ch2ch(c2h5)ch2ch2ch2ch3；其结构式如下：

b.r1为-ch2ch2(och2ch2)2-基团，r2、r3和r4均为甲基，r’为-(ch2)10-oco-(och2ch2)z-och3，z为大于20的自然数；其结构式如下：

其中，所述近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂的制备方法为：

1)采用有机金属催化的heck聚合反应，通过双组分交替共聚的方法先合成近红外吸收中性共轭聚合物，其中的双组分分别为9位取代的芴衍生物单体和吡咯并吡咯二酮衍生物单体；

2)由步骤1)制备得到的中性共轭聚合物可以再通过季铵化反应得到近红外吸收阳离子型水溶性共轭聚合物。

本发明的一种近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂应用在肿瘤光热、光动力治疗中，该应用方法包括以下步骤：

1)制备近红外吸收的水溶性共轭聚合物；

2)将上述近红外吸收水溶性共轭聚合物应用于肿瘤细胞，在近红外激光照射下产生光热效应和单线态氧，实现肿瘤治疗。

有益效果：在本发明中制备得到一种近红外吸收水溶性共轭聚合物光疗试剂。该光疗试剂具有良好的水溶性和生物相溶性，可用近红外光激发，在减小光损伤和提高光疗穿透深度方面有较大的优势，并且具有出色的光热转化能力以及单线态氧产率，可以有效地抑制肿瘤细胞的生长，在光疗方面有着潜在的广泛应用前景。

附图说明

图1.为本发明制备的水溶性共轭聚合物p1’在水中的紫外-可见吸收光谱。

图2.为本发明制备的水溶性共轭聚合物p1’的单线态氧测试(以1,3-二苯基异苯并呋喃(dpbf)作为单线态氧指示剂，以亚甲基蓝(mb)作为标准对照)。

图3.为本发明制备的水溶性共轭聚合物p1’的光热转化效率测试。

图4.为本发明制备的水溶性共轭聚合物p2在hela细胞内产生单线态氧的测试(指示剂为2',7'-二氯荧光黄双乙酸盐(dcfh-da),激发波长为：488nm，收集波长范围：500-550nm)。

图5.为本发明制备的水溶性共轭聚合物p2在hela细胞内进行钙黄绿素/碘化丙啶细胞染色法(am/pi染色法)测试光疗一体化对hela细胞的抑制效果(指示剂为am和pi,激发波长分别为：488nm和515nm，收集波长范围分别为：500-550nm和600-650nm)。

具体实施方式

以便更好的阐述本发明，下面通过具体的实施案例进一步说明本发明的技术方案，但不能以此来限制本发明的范围。

实施例：

1)通过以下方法制备芴衍生物单体m1，将m1和吡咯并吡咯二酮衍生物单体m2按物质的量比为1:1投料，然后在pd(oac)2/p(o-tolyl)3催化下通过heck反应将二者偶联起来，反应12小时后，即得到中性共轭聚合物p1；进一步用碘甲烷进行季铵化反应，反应72小时，得到阳离子型水溶性共轭聚合物p1’。

2)通过以下方法制备吡咯并吡咯二酮衍生物单体m4，将芴衍生物单体m1和吡咯并吡咯衍生物单体m4按物质的量比为1:1投料，然后在pd(oac)2/p(o-tolyl)3催化下通过heck反应将二者偶联起来，反应12小时后，即得到中性水溶性共轭聚合物p2，p2是中性共轭聚合物，但因为亲水侧链很长，已经有很好的水溶性，也可以进一步用碘甲烷进行季铵化反应得到阳离子型水溶性共轭聚合物p2’。

3)在635nm近红外激光照射下，将步骤1)、2)中制备的水溶性共轭聚合物(p1’、p2、p2’)进行细胞外单线态氧产率(30mw/cm²)和光热转化效率测试(700mw/cm²)；再以hela细胞为模型，以dcfh-da为指示剂进行细胞内单线态氧测试(500mw/cm²)，用am/pi染色法进行光热、光动力协同治疗效果检测(800mw/cm²)，用激光共聚焦荧光显微镜观察其治疗效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。