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1、氧化石墨烯的非共价光敏剂及其体外抗癌活性作者：Lin Zhou,a Wei Wang,a Jing Tang,a Jia-Hong Zhou,*a Hui-Jun Jiang,*b andJian Shena摘要：氧化石墨烯（GO）由于其特殊性质和生物兼容性被作为一个潜在的药物递送系统研究。到目前为止，小部分的氧化石墨烯已经被作为感光药物输送系统用来探讨其体外抗癌活性在光动疗法中的应用。在这里，一个新的氧化石墨烯-竹红菌甲素（GOHA）复合物是通过简单的共价键合的方法制备的，并对其光学活性进行了初步研究。结果表明，一个GOHA的有效负载量高达1.0mgmg-1，并且在水溶液中的游离竹红菌甲素有
2、卓越的稳定性。此外，GO-HA可以通过适当的激发波长照射产生单态氧，体外实验说明，GO-HA对肿瘤细胞采取后是有效地，经过光照射后的浸渍细胞会显著死亡。因此，GO-HA的这种特性使它可能在临床光动力疗法方面特别有前途。关键词：抗肿瘤药物；药物递送；石墨；光动力治疗；光敏剂引言：光动力疗法（PDT）一种非侵入式的治疗包括癌症等一系列疾病的治疗方式，自上世纪二十年代开始被研究。1 PDT是基于照射光敏剂（PSS）与适当波长的可见光或近红外光产生的活性氧物种（ROS），如单氧（1O2）或自由基，氧化各种细胞室包括血浆，线粒体，溶酶体和核膜，最终导致不可逆的肿瘤细胞损伤这一概念。2尽管光动力疗法用于肿
3、瘤治疗的有用性在不断升值，但由于许多常用的照射光敏剂有疏水性，光动力疗法临床应用受到了限制。3因此，对于这类药物的递送，需制成特别的能在水中分散的制剂，例如基于包括胶束、脂质体、金属、黄金、磷酸钙和陶瓷4的运载工具包括的生物相容性纳米颗粒的使用。系统管理表明，上述大多数药物载体载药后由于其“增强的渗透和滞留效应”而优先被肿瘤组织摄取。作为一个潜在的载药体系，氧化石墨烯（GO）由于其良好的生物相容性和很好的分散在水溶液中的稳定性，GO获得了越来越多的关注。5氧化石墨烯的功能表显示，其有较大的比表面积，可装载药物，例如阿霉素和SN38，通过氢键共价结合的方法效率高，它提供了一个以活性形式运输药品的
4、替代方法。6-8 然而，这里没有使用PS这种载体递送药物和这样一个系统在光动力学治疗领域的应用的报告。在此，我们报告一个GO和竹红菌甲素（HA）官能团复合合成的一个非卟啉光动力抗癌药物，它是血卟啉的衍生物。它有很多优点，如化学成分单一、明确，易纯化，在黑暗中毒性低，高ROS发电能力。9GO由sp2和sp3杂化的碳原子组成，包括羧基、羟基和环氧化物等官能团。8,10GO的大共轭结构可以导致P-P和HA醌部分的堆积作用以及影响它们之间的疏水性。此外，HA的羟基和羰基化合物可以和石墨烯骨架上的羧基、羟基和环氧基团形成一个或多个强的相互作用的氢键（见图表1）。结果表明，装载上去的HA的量明显增高，GO
5、-HA复合物可以有效地产生单态氧。HeLa细胞体外试验结果表明，GO-HA的细胞摄取效率高，GOHA的光毒性被认为是依赖于药物的剂量和光照时间。Scheme 1. Schematic representation of the preparation of the hybrid of hypocrellin A (HA) and functionalized graphene oxide (GO).图1结果与结论：氧化石墨烯的透射电子显微镜（TEM）图：药物载体GO的TEM图像如图1所示。氧化石墨烯片能以平均200-400nm的粒径很好地分散在水溶液中。Figure 1. TEM image
6、of GO-HA. Scale bar: 2 mm.GO-HA复合物的监控合成：大多数种类的分子间的相互作用,包括氢键及较弱的群体如C-H键或者那些有一个电子云、-键、间的范德华力相互作用，和其他类型的静电吸引或排斥作用，导致红外光谱明显变化。11 HA、GO和GO-HA冷冻干燥所得的固体试样的红外光谱如图2所示。GO的光谱显示其存在OH (3420cm-1), C=O (1732cm-1), C=C (1638cm-1), 和C-O-C(1081cm-1)等官能团，6,8,12但是HA复合物中吸收峰的位置都发生了移动。首先，GO-HA复合物形成后，GO的C=O (1732cm-1)和HA的C
7、=O (1701cm-1)处的峰值都相应的向低场的位置移动到了1693cm-1处。第一，形成GO-HA复合物后， 1732cm-1处的峰值对应的是氧化石墨烯的(C=O)光谱并且HA在1701cm-1处的峰值转移到了1693cm-1这个比较低场的位置。第二，形成GO-HA复合物后3420cm-1处的峰值对应的是GO的（OH）的光谱，并且HA中OH的峰值从3484cm-1移动到了3445cm-1。第三，在混合物中，光谱中1081cm-1处的峰值对应的是GO的（COC），并且HA的COC在1072cm-1处的峰值移动到了1065cm-1。这些变化表明HA是负载在GO上的，并且这些变化了的特征峰可能是
8、由于这两种组分间的氢键结合。除了傅里叶变换红外光谱分析,我们比较了固体样品的X光衍射（XRD）图谱（见图3）。结果表明，HA样品在3至40之间有强烈的结晶，这证明了HA的高度结晶性。然而，在GO样品中只有一个广泛而分散的最大峰值，这表明GO是无定型的。GO-HA的XRD图谱是介于HA和GO之间的，并且似乎有同时拥有定型和不定型特征的构想。然而，所有剩余的特征峰的位置都发生了变化，这表明HA是负载到GO上的，这种杂化影响了他们的晶格特点；这也可能是由于这两组分之间的氢键结合。Figure 3. XRD patterns of HA, GO, and GO-HA.图3.HA、GO和GO-HA的XR
9、D图谱Figure 4. Cyclic voltammograms of HA, GO, and GO-HA.图4.HA、GO和GO-HA的循环伏安曲线电化学分析是一种非常灵敏的说明分子的氧化-还原性质及其环境的影响的方法。GO,HA和GO-HA在磷酸盐缓冲盐水（PBS，0.1 molL-1, pH 7.4）溶液中的的电化学性能用循环伏安法验证过。图4表明，HA有-0.48和-0.59V两个可逆的氧化还原过程分别与与SCE中-1到0的电位范围相对。然而，GO-HA在这个范围内没有明显的电化学信号（图4，插图）。14对于GO-HA，这两个氧化还原的半波电位也能被发现，只不过各自移动到了与SCE中
10、-0.52和-0.57V对应的位置。以上结果证明HA成功地修改了GO的表面，并且由于GO的电导性事HA的可逆的氧化-还原性能提高了。HA装载数量：FTIR和XRD谱图证实了HA被成功的负载到了GO上，GO的负载量通过紫外/可见光谱进行了研究。图5显示了不同浓度的GO时，HA和GO复合物的紫外/可见光谱。它可以观测到HA （HA=0.017 mgmL-1）的三个特征吸收峰位于476、546和590nm。HA中加入GO提高了HA的吸收强度但当GO的浓度从0.0085增加到0.017mgmL-1过程中HA吸收峰的位置不变。当GO的浓度不断增加时，HA的吸收强度仍在增加但吸收峰的位置逐渐发生蓝移。GO
11、的紫外/可见吸收谱图显示，随着GO浓度的增加，在350700nm范围内没有明显的吸收峰。以上结果表明HA和GO之间有两种相互作用，并且负载量的边界是1mgmg-1。当负载量小于或等于1mgmg-1时，GO表面可以有效的吸附HA，但是当负载量高于1mgmg-1时，多余的HA分子可能积聚在溶液中，但不吸附在GO上。为了验证这假设，对它们的荧光性质进行了研究。Figure 5. Changes of the UV/Vis absorption spectra of a 0.017 mgmL-1HA solution with 0) 0, 1) 0.0085, 2) 0.017, 3) 0.0255,
12、 4) 0.034, 5) 0.0425,6) 0.051, and 7) 0.0595 mgmL-1 GO.图5.HA(0.017mgmL-1)和0) 0, 1) 0.0085, 2) 0.017, 3) 0.0255, 4) 0.034, 5) 0.0425,6) 0.051, 7) 0.0595 mgmL-1 GO的紫外/可见吸收光谱的变化HA在水溶液中的荧光强度弱，因为非极性HA分散在水中，极性溶剂，可以导致药物溶剂双方相互作用，促进药物非辐射衰减或来自非极性药物自聚集的浓度猝灭源，导致HA荧光猝灭。15 然而，GO在在这个系统中扮演了两个角色。首先，HA被GO表面吸附可以避免荧光猝灭
13、，由于HA-水互动促进HA分子非辐射衰变，或来自非极性药物自聚集的浓度猝灭源。其次，GO通过能源传递或电子转移压制了HA的荧光。 16 HA和GO的相互作用方式由480nm处激发不同浓度的GO的荧光发射光谱学所决定。如图六所示，HA在609nm处有一个特征吸收峰。这一特征峰蓝移到606 nm，并且荧光强度有所增加，因为在这一阶段药物分子可以设想为离散分布在GO的表面上（图表1），因此，HA水相互作用促进非辐射衰减的部分保护和HA分子的自聚集诱导荧光猝灭，结果导致荧光性局部增加。GO的连续加入导致的荧光强度急剧可逆的下降，在这里，多余的GO通过能量转移或电子转移抑制HA荧光。因此，HA在GO表年
14、上最佳的负载量是1mgmg-1并且我们用这个进一步实验。Figure 6. Changes of the fluorescence spectra of a 0.017 mgmL-1 HA solution with 0) 0 , 1) 0.017, 2) 0.034, 3) 0.051, 4) 0.068, 5) 0.085, and6) 0.102 mgmL-1 GO.图6.HA(0.017mgmL-1)和0) 0, 1) 0.017, 2) 0.034, 3) 0.051, 4) 0.068, 5) 0.085,6) 0.102mgmL-1 GO的荧光光谱的变化单态氧的产生：众所周知，对于单态氧（1O2）的参与，一个强大的氧化剂，在病毒和细胞灭活和光动力疗法中治疗癌症有很强的证据。17所以GO-HA生成1O2能力是说明其在光动力学疗法中应用潜能的重要指标。新鲜同等浓度的GO-HA或游离的HA溶液在9,10-蒽二氨基酸二钠盐（ADPA）。蒽的紫外/可见吸收强度显示320以上的GO和游离HA的都是连续大幅减少
