1 吉林大学 口腔医学院，吉林 长春 130021
2 吉林大学 电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
卟啉-金属有机框架（MOFs）材料是由金属节点和卟啉有机配体构成的一类新型多孔材料，MOFs骨架上的卟啉配体在光激发下，可以发挥光动力学治疗（PDT）作用。这类多孔结构的PDT材料在疾病治疗中，可以发挥载药、多功能修饰等功能，某些金属位点独特的MOFs还具有纳米酶功能。近年来，这类卟啉-MOFs已经成为PDT领域的重要研究方向。目前，在推向临床前，这类材料还需要解决氧气浓度、能量传递效率等问题，研究者也给出了诸多解决方案，根据实际应用过程中所面对的不同环境，采取不同手段来增强PDT的效果，包括提高氧气浓度、改进能量传递过程、消耗功能分子、产生信号分子以及协同策略等。本文综述了近年来的代表性工作，包括卟啉-MOFs材料以及PDT产生的机制，卟啉-MOFs材料PDT的应用和最新进展，并针对卟啉-MOFs材料的PDT在生物医学领域未来发展趋势进行了展望。
卟啉 金属有机框架 光动力疗法 porphyrins metal-organic frameworks photodynamic therapy
廊坊师范学院化学与材料科学学院, 河北 廊坊 065000
近年来, 卟啉及金属卟啉在光动力疗法、 抗癌药物研究方面备受关注, 有些已被批准临床使用。 人血清白蛋白(HSA)能结合、 运输许多药物活性分子, 详细研究金属卟啉与HSA的结合机制, 对阐明卟啉类药物的作用机制具有重要的意义。 研究合成了3种新型6-氯烟酸修饰的自由卟啉(4, 5, 6)及锌卟啉(4-Zn, 5-Zn, 6-Zn), 并通过测试表征和理论计算的方法进行了结构确定。 理论计算结果表明: 3种锌卟啉中的侧链6-氯烟酸基团均远离卟啉环平面; 4-Zn构型比连有取代基的5-Zn、 6-Zn构型更稳定。 在模拟生理条件下, 采用荧光光谱法研究了3种锌卟啉与HSA之间的键合方式, 通过Stern-Volmer方程、 双对数方程和Van’t Hoff方程对测定结果进行计算。 结果表明: (1)3种锌卟啉均能有效猝灭HSA的荧光, Stern-Volmer方程计算得到锌卟啉与HSA在不同温度下的Kq值均大于2.0×1010 L·mol-1·s-1, 表明猝灭类型为静态猝灭; (2)采用双对数方程得到锌卟啉与HSA的结合常数, 除5-Zn在318 K时外, 其他温度条件下的结合常数KA均大于103 L·mol-1, 结合位点数n均接近1, 说明形成了1∶1的复合物; (3)根据Van’t Hoff方程计算, 3种锌卟啉与HSA结合的热力学参数均小于0, 如4-Zn与HSA结合的热力学参数为ΔH=-123.9 kJ·mol-1, ΔS=-322.9 J·mol-1·K-1, ΔG=-27.7 kJ·mol-1(298 K), 由此得出反应过程为自发进行, 反应的主要作用力为范德华力和氢键。 实验获得的数据可以为研究金属卟啉与生物小分子的作用机制提供一些有用的信息。
金属卟啉 烟酸 人血清白蛋白 荧光光谱 Metalloporphyrin Nicotinic acid Human serum albumin Fluorescence spectra
咸阳师范学院化学与化工学院, 陕西 咸阳 712000
用于光动力疗法(PDT)中的光敏剂是一类吸收一定波长的光后达到激发三重态, 然后将三重态能量转移给生物体内的氧分子使得基态氧激发为单线态氧的一类物质。 目前, 临床应用的光敏剂大部分是以卟啉为主的平面型分子。 平面分子一般具有较大的共轭键, 被光激发后系间窜跃小, 三重态寿命较长, 因此可以获得高产率的单线态氧。 然而临床使用的这类光敏剂吸收波长位于紫外区域, 照射光会对人体组织造成光损伤, 因此改善临床光敏剂光毒性特征, 合成具有可见光区域吸收波段的光敏剂是光动力疗法研究的重要内容之一。 该研究依据密度泛函(DFT)及其含时理论(TD-DFT), 对三类平面型卟啉衍生物[耳坠型卟啉(a), 三磺酸基酞菁(b), 三磺酸基酞菁合Ni(Ⅱ)(c)]的基态和激发态性质进行了严格的密度泛函计算。 几何优化计算显示: 分子(a)的最稳定构型中, 所有原子都处于一个平面, 分子直径大约是7 Å, 分子空穴达到5 Å。 分子(b)所有的原子也处于同一平面, 分子直径达到8 Å, 但是分子空穴只有4 Å。 分子(c)的最稳定构型与平面结构发生了偏离, 这是由于金属Ni的四配位倾向形成变形四面体, 分子的空穴变得更小。 几何优化结果说明耳坠型卟啉分子大的空穴有助于其捕获更多的基态氧并进行能量传递。 前线轨道能量和轨道布局计算显示: 耳坠型分子(a)最高占据能量是最高的, 即电子更易被激发。 三类分子的最高占据轨道与最低空轨道的能级间隔分别为0.072, 0.076和0.075 a.u., 可以看出耳坠型分子(a)有最低的能级间隙。 从轨道布局来看, 三类分子中所有原子的p轨道参与了共轭大π键的形成, 其中分子(c)中金属d轨道也参与了大π键的形成。 对三类分子的吸收光谱进行了模拟, 三类分子都具有卟啉特有的Soret带和Q带。 (a)分子Q带位于450~900 nm, (b)分子和(c)分子的Q带位于400~800 nm, 其中(a)分子的最大吸收波段是939 nm。 该研究从分子结构, 轨道能量以及吸收光谱对三类卟啉类光敏剂的微观特性进行了理论计算和讨论, 研究结果将为发现和开发近红外吸收的卟啉类高效光敏剂提供理论依据。
光敏剂 卟啉 密度泛函 吸收光谱 Photosensitizer Porphyrins Density functional Absorption spectra 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1769
1 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所, 天津 300192
2 安徽恩迪亚智能科技有限公司, 铜陵 244199
光学参数如波长、功率密度、照射时间等可显著影响光疗的杀菌效果。本研究旨在探索LED光疗抑制口腔细菌增殖的最佳光学参数, 为临床口腔细菌感染性疾病的光学治疗提供参考。将粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)菌液接种于96孔板中, 用峰值波长为405 nm和455 nm的自制LED光源, 以10 mW/cm2和40 mW/cm2的功率密度, 在能量密度9.6～33.6 J/cm2的范围内对其进行光照, 30?min后以活死菌荧光染色或平板涂布法检测光疗杀菌效果。结果发现: 405/455 nm波长LED光照对两种厌氧菌均有显著的杀伤效果; 牙龈卟啉单胞菌在波长为405 nm、功率密度为40 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2的LED光照下达最大抑菌率(96.05±1.80)%; 粪肠球菌则在波长为405 nm、功率密度为10 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2时达到最佳抑菌效果(97.64±2.31)%。研究表明, 适宜的光学参数可使LED光照对口腔常见致病菌产生显著的抑菌效果。在本研究条件下, 波长为405 nm、照射剂量为33.6 J/cm2的参数组合效果最佳。
LED光疗 内源性光敏剂 粪肠球菌 牙龈卟啉单胞菌 口腔感染 LED phototherapy endogenous photosensitizer Enterococcus faecalis Porphyromonas gingivalis oral infection
哈尔滨医科大学附属第四医院口腔科, 哈尔滨 150001
为了研究血卟啉单甲醚(HMME)介导的光动力抗微生物化疗法(PACT)对牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)的杀菌效果, 采用荧光分光光度计观察HMME光照后产生活性氧的荧光量, 后采用平板菌落计数法检测HMME介导的PACT对牙龈卟啉单胞菌的体外杀菌效果, 并用激光共聚焦显微镜(CLSM)观察各组处理后死活菌的分布情况, 使用电泳光散射法检测HMME与牙龈卟啉单胞菌的zeta电位。结果表明: HMME在光照下主要产生单线态氧(P<0.05), 其介导的PACT组细菌存活率明显下降, 与对照组相比有统计学差异(P<0.05); CLSM观测PACT组发现大量红色荧光, 说明HMME介导PACT可有效杀灭牙龈卟啉单胞菌, HMME与牙龈卟啉单胞菌均为负电位, 影响二者结合。HMME介导的PACT可有效杀灭牙龈卟啉单胞菌, 为PACT应用于临床治疗牙周炎提供了试验依据, 也表明后期需要研发带正电荷的新型光敏剂, 以提高光动力杀菌效果。
牙龈卟啉单胞菌 血卟啉单甲醚 光动力抗微生物化疗法 牙周炎 激光 porphyromonas gingivalis hematoporphyrin monomethylether photodynamic antimicrobial chemotherapy periodontitis laser
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 南开大学化学学院, 元素有机化学国家重点实验室, 天津 300071
3 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
光解离光谱在气相离子结构及动力学研究中发挥着重要的作用。 这种方法非常灵活, 可在实验室中利用不同种类的激光器及质谱仪的结合来开展相应的研究。 但也存在一些问题, 例如, 自动化水平低, 费时, 长时间的操作容易引入人为错误, 使实验结果的可信度降低。 为解决此类问题, 该工作开发了一套可用于光谱自动采集和分析的程序AutoMS。 该程序包含: (1)AutoSpecMS用于在无需改变原仪器配套的商业化操作软件的前提下, 实现多台商业激光器及一台商业高分辨FT-ICR质谱仪的集成, 只需要预设参数即可自动获取action光谱; (2)AutoDataMS用于实验数据的分析, 可以通过一维、 二维或三维图示的方法来展示光解离质谱和光谱等。 为验证改程序的可行性, 针对tetraphenylpyrrin(四苯基卟啉, TPP), tetra(4-carboxypyryl)porphyrin(四对羧基苯基卟啉, TCPP)以及tetra(4-aminophenyl)porphyrin(四对氨基苯基卟啉, TCPP)三种卟啉衍生物分别开展了相应的实验。 使用光解离光谱自动采集程序采集了TPP, TCPP和TAPP在210~700 nm波段的紫外-可见光解离光谱。 同时获得了相关光解离碎片离子的单通道光谱, 有利于用户对所研究体系的解离机理及解离动力学等方面开展深入的分析探讨。 光解离质谱可观察到目标离子在特定波长激光照射下的具体解离碎片, 与光解离光谱相结合, 可以更好地帮助研究者理解离子在特定波段内的光解离行为。 使用AutoDataMS可分别获得样品的2D及3D光解离质谱-光谱, 增强了结果的可视化, 使研究者更方便地获得光谱中的相关信息。 对数据进行进一步分析可看出, 不同的取代基对紫外可见光谱的吸收产生了差异明显的影响。 此外通过AutoDataMS程序的功能扩展, 还实现了对质子化TPP在500~650 nm波段内各离子的相关度分析, 加深了对实验数据的理解。 由此可见该方法及程序具有较好的扩展性和实用性, 并可以为其他相关的工作提供很好的参考。
光解离光谱 数据采集 FT-ICR质谱仪 卟啉衍生物 Photodissociation spectroscopy Data collection FT-ICR mass spectrometer Porphyrin derivatives 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2325
山西师范大学现代文理学院,山西 临汾 041004
采用DFT和TD-DFT方法研究了取代基对meso-四苯基卟啉(H2TPP)的八种衍生物几何结构, 振动频率及电子光谱的相关影响。研究发现在四个苯环上引入各种取代基后, 只有衍生物8受到了较轻微的影响, 总体而言对卟啉环的中心结构造成变形较小, 主要影响的是Cm原子。由于衍生物8具有甲氧基亚氨基这种强的电子给体基团, 其HOMO和LUMO能级显著增加, 前线轨道能隙值降低到4.49eV, 提高了Q带(500～750nm)的强度, 电子从取代基到卟啉环上的转移会产生持续的紫外至红外吸收光谱, 因此该衍生物在太阳能电池中可作为高效的卟啉类感光剂。
四苯基卟啉 几何结构 振动频率 电子光谱 染料敏化太阳能电池 H2TPP Geometrical structure Vibration frequency Electronic spectrum DSSCs
1 厦门大学医学院抗癌研究中心, 福建 厦门 361102
2 厦门大学医学院基础医学部, 福建 厦门 361102
黄连素（BBR）在医学领域有广泛的应用, 其定量分析对指导临床治疗具有重要价值。 常见的黄连素检测方法的灵敏度、 响应范围、 检测成本等方面尚存在不足。 本研究发现, 带有负电基团的血卟啉单甲醚（HMME）对红区发射的强荧光化合物阳离子铝酞菁（TTMAAlPc）具有高效荧光猝灭作用, 形成几乎无荧光的离子缔合物, 而在盐酸小檗碱的存在下, 体系重新发出酞菁特有的红色荧光, 且荧光恢复程度与盐酸小檗碱的浓度呈正相关。 这一现象的发生是由于血卟啉单甲醚与阳离子铝酞菁分子通过平面疏水作用、 静电作用和水分子介导的氢键作用等超分子作用力而形成缔合物（HMME-TTMAAlPc）, 而盐酸小檗碱则通过强竞争结合作用, 使阳离子铝酞菁从缔合物中被释放出来, 导致体系荧光显著恢复。 据此发现, 建立了盐酸小檗碱荧光增强定量分析新方法。 考察了各种因素对方法的影响, 在最优条件下, 标准工作曲线的方程为ΔIf=12.85ｃ+66.30, 线性区间为0.3～69.0 mg·L-1, 检测限为15.0 μg·L-1, 相关系数r=0.997 2。 研究表明, 该方法特异性强、 操作简便、 成本低廉。 该方法已用于实际样品的测定, 取得了满意的结果。 该研究开拓了酞菁红色荧光探针在药物分析领域中的应用。
酞菁 卟啉 荧光 黄连素 Phthalocyanine Berberine Fluorescence Molecular probe
1 上海工程技术大学化学化工学院,上海 201620
2 上海交通大学化学化工学院,上海 200240
原卟啉(PPIX)是血清中内源性荧光物质之一,目前研究表明癌症病人血液中的原卟啉含量高于正常人水平。因此,测定血清样品中的PPIX含量对于癌症病人的早期诊断具有重要的意义。本文中以超灵敏的荧光相关光谱(FCS)单分子检测技术,建立了直接测定血清中PPIX的含量的新方法。通过对100例正常人血清样本和12例疑似癌症病人血清样本(甲胎蛋白AFP含量异常)中PPIX的FCS数据分析,发现相对于检测PPIX-HSA的单个分子荧光强度和总荧光强度,PPIX-HSA在病人血清中的浓度与正常人血清有着极显著差异。FCS方法具有样品需求量少、分析时间短、可实现自动化操作等优点,有望成为癌症临床诊断的一种新方法。
血清 原卟啉 癌症 荧光相关光谱 sera protoporphyrin IX cancer fluorescence correlation spectroscopy
