1.本发明属于生物医用材料领域，更具体地，涉及一种超分子光敏剂可溶性微针、制备方法及其应用。
背景技术：2.光动力疗法是近年来发展的一种基于光化学反应的新型治疗技术，具有高效安全、侵害性小和副作用少等优势。在典型的光动力过程中，光敏剂在适当波长的光照射下将氧转化为活性氧，进而导致细胞或细菌受损乃至死亡。其中，光敏剂是光动力治疗的核心，但目前大多数光敏剂存在水溶性差、生物利用度低、生理条件下容易聚集和稳定性差等问题，极大地限制了其实际应用。因此，需要寻找一种可以提高光敏剂活性氧产生能力的手段。
3.超分子通常是指通过两种或者两种以上分子以非共价键结合的聚集体，通过超分子材料构建的超分子光敏剂可以克服传统光动力光敏剂水溶性差和容易聚集等缺陷，显著增强了光敏剂的活性氧产生能力，因此是增强光动力治疗的一个研究热点。受光源大小限制，光动力治疗一般为局部治疗，然而皮肤角质层或细菌生物膜致密聚合物基质层等给药屏障的存在，导致目前光动力局部治疗给药效率低、治疗效果差，因此亟需发展一种高效的新型光动力局部治疗给药方式。
技术实现要素：4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超分子光敏剂可溶性微针、制备方法及其应用。所述超分子光敏剂可溶性微针由超分子材料和光动力光敏剂包合而成的超分子光敏剂直接制备而成，其中超分子材料可以提高光敏剂的水溶性、降低其在生理环境中的聚集、增强其稳定性和活性氧产率，因此可以提高光敏剂光动力治疗的效果。此外，直接将超分子光敏剂制成可溶性微针的独特设计能够克服皮肤角质层或其他致密给药屏障，将光敏剂直接递送到病灶，进一步提高了光动力局部治疗的效果。本发明的超分子光敏剂可溶性微针制备方法简单、无需复杂繁琐的合成和制备步骤，且操作方便、安全性好，具有广阔的临床应用前景，可应用于光动力治疗各类皮肤疾病和肿瘤、清除细菌生物膜和促进感染性伤口修复等抗菌领域。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超分子光敏剂可溶性微针的制备方法，包括下列步骤：将光敏剂加入可溶性微针基质溶液中，通过超分子相互作用将光敏剂包合于可溶性微针基质溶液分子中，然后灌入微针模具中，干燥脱模后得到所述超分子光敏剂可溶性微针；其中，所述可溶性微针基质溶液中的溶质为环糊精、环糊精衍生物、冠醚、冠醚衍生物、杯芳烃、杯芳烃衍生物、葫芦脲、葫芦脲衍生物、柱芳烃和柱芳烃衍生物中的至少一种。
6.优选地，所述可溶性微针基质溶液浓度为15w/v％-350w/v％。
7.优选地，所述可溶性微针基质溶液的溶剂为水。
8.优选地，所述光敏剂为卟啉类光敏剂及其衍生物、姜黄素、吲哚箐绿、盐酸氨基酮戊酸、亚甲基蓝、金属酞箐、二氢卟吩、叶绿素降解衍生物、bodipy类染料或富勒烯及其衍生物中的至少一种。
9.优选地，所述光敏剂在干燥脱模后的超分子光敏剂可溶性微针中的质量分数为0.1％-30％。
10.优选地，所述超分子相互作用为氢键作用、主客体作用、静电作用、金属配位相互作用、π-π堆积作用或范德华力中的至少一种。
11.按照本发明另一个方面，提供了一种超分子光敏剂可溶性微针。
12.优选地，所述超分子光敏剂可溶性微针为长度300-1200微米的圆锥体或棱锥体时，所述超分子光敏剂可溶性微针能够在体液中溶解，溶解时间为5-300秒。
13.按照本发明另一个方面，提供了一种超分子光敏剂可溶性微针在制备经皮给药制剂中的应用，所述经皮给药制剂为用于光动力治疗的经皮给药制剂，优选地，所述经皮给药制剂为用于治疗痤疮、鲜红斑痣和瘢痕、黑色素瘤、血管瘤、乳腺癌、牙周炎、龋齿的经皮给药制剂；或者是具有促进感染性伤口修复药物、清除生物膜药物的经皮给药制剂。
14.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比至少能够取得下列有益效果。
15.(1)首先，基于超分子相互作用构筑的超分子光敏剂可溶性微针可以提高光敏剂的水溶性、降低其在生理环境中的聚集、增强光稳定性和活性氧产率。其次，本发明采用的可溶性微针基质材料为能够与光敏剂通过超分子作用力结合的物质，例如环糊精及其衍生物等材料，并直接将超分子光敏剂材料成功制成可溶性微针。目前常规技术方案中，超分子光敏剂一般只能制成纳米药物或水凝胶类剂型，以注射或涂抹敷贴等方式进入体内，但注射给药疼痛感大、涂抹敷贴方式光敏剂吸收差。而本发明中我们通过利用超分子光敏剂可溶性微针的独特设计和对微针制备工艺流程的设计即关键技术参数(如超分子种类及微针基质材料浓度)等进行优化，直接使用一步模板法就成功制备了仅基于超分子光敏剂的可溶性微针。
16.(2)本发明中无需掺杂其他可溶性微针基质材料(如聚合物材料等)仅利用超分子光敏剂即可制备得到形貌规整、机械性能良好的可溶性微针。这是因为超分子光敏剂具有较高的水溶性，且氢键、主客体相互作用、静电作用等超分子作用力可以提供可溶性微针优良的机械性能。因此，超分子光敏剂可溶性微针制备过程简单，不需要繁琐的制备步骤，有利于大规模工业化生产及应用。由此可见，超分子光敏剂可溶性微针制备简单、操作方便且安全性好，具有广阔的应用前景，可应用于光动力治疗各类皮肤疾病和肿瘤、清除细菌生物膜和促进细菌感染性伤口修复等。
17.(3)本发明中严格控制可溶性微针基质材料(即超分子光敏剂)溶液的浓度，可溶性微针基质溶液的浓度为15w/v％-350w/v％，小于15w/v％时，易出现可溶性微针力学性能差(如脆性大)、微针收缩明显且无法脱模成型等现象，大于350w/v％易出现溶液浓度过大难以注模等问题。
附图说明
18.图1是本发明提供的超分子光敏剂可溶性微针的机构示意图；
19.图2是本发明实施例提供的环糊精/卟啉超分子光敏剂可溶性微针光学照片。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.超分子通常是指通过两种或者两种以上分子以非共价键结合的聚集体，通过超分子材料构建的超分子光敏剂可以克服传统光动力光敏剂水溶性差和容易聚集等缺陷，显著增强了光敏剂的活性氧产生能力，因此是增强光动力治疗的一个研究热点。受光源大小限制，光动力治疗一般为局部治疗，然而皮肤角质层或细菌生物膜致密聚合物基质层等给药屏障的存在，导致目前光动力局部治疗给药效率低、治疗效果差。
22.可溶性微针是一种新型的透皮给药工具，具有生物相容性好、制备和使用简单且载药量高等优势，已广泛应用于免疫、治疗和美容等诸多领域。可溶性微针具有优异的机械性能，可以刺破各种给药屏障，将超分子光敏剂直接制成可溶性微针，制备方法简单、无需复杂繁琐的合成和制备步骤，且操作方便、安全性好，有望同时改善光敏剂光动力治疗效果和提高光动力局部治疗给药效率，实现高效的超分子光动力局部治疗效果。
23.以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明：
24.实施例1
25.卟啉/环糊精超分子光敏剂可溶性微针的制备：
26.(1)卟啉/环糊精超分子光敏剂的制备：将卟啉粉末加入β-环糊精饱和水溶液中，室温下磁力搅拌过夜；包合反应结束后，分离干燥，得到固体卟啉/环糊精超分子光敏剂粉末。本实施例中超分子相互作用为静电作用。
27.(2)微针基质溶液的配制：将上述固体卟啉/环糊精超分子光敏剂粉末溶于水中，配成浓度为15w/v％的微针基质溶液，其中卟啉的含量为0.1％。
28.(3)超分子光敏剂可溶性微针的制备：将上述微针基质溶液填入微针模具中，干燥脱模，得到卟啉/环糊精超分子光敏剂可溶性微针，参见图1和图2。
29.实施例2
30.姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂可溶性微针的制备：
31.(1)姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂的制备：将姜黄素/丙酮溶液加入杯芳烃饱和水溶液中，室温下磁力搅拌过夜；包合反应结束后，分离干燥，得到固体姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂粉末。本实施例中超分子相互作用为氢键作用。
32.(2)微针基质溶液的配制：将上述固体姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂粉末溶于水中，配成浓度为100w/v％的微针基质溶液，其中姜黄素的含量为8％。
33.(3)超分子光敏剂可溶性微针的制备：将上述微针基质溶液填入微针模具中，干燥脱模，得到姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂可溶性微针。
34.实施例3
35.富勒烯/柱芳烃超分子光敏剂可溶性微针的制备：
36.(1)富勒烯/柱芳烃超分子光敏剂的制备：将富勒烯水溶液加入柱芳烃饱和水溶液
中，室温下磁力搅拌过夜；包合反应结束后，分离干燥，得到固体富勒烯/柱芳烃超分子光敏剂粉末。本实施例中超分子相互作用为主客体相互作用。
37.(2)微针基质溶液的配制：将上述固体富勒烯/柱芳烃超分子光敏剂粉末溶于水中，配成浓度为200w/v％的微针基质溶液，其中富勒烯的含量为18％。
38.(3)超分子光敏剂可溶性微针的制备：将上述微针基质溶液填入微针模具中，干燥脱模，得到富勒烯/柱芳烃超分子光敏剂可溶性微针。
39.实施例4
40.亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针的制备：
41.(1)亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂的制备：将亚甲基蓝水溶液加入羟丙基-β-环糊精饱和水溶液中，室温下磁力搅拌过夜；包合反应结束后，分离干燥，得到固体亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂粉末。本实施例中超分子相互作用为范德华力。
42.(2)微针基质溶液的配制：将上述固体亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂粉末溶于水中，配成浓度为400w/v％的微针基质溶液，其中富勒烯的含量为30％。
43.(3)超分子光敏剂可溶性微针的制备：将上述微针基质溶液填入微针模具中，干燥脱模，得到亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针。
44.对比例1
45.本对比例1采用与实施例1相同的方式制备超分子光敏剂可溶性微针，不同之处在于，配置浓度为12w/v％的载药微针基质溶液。本对比例无法制备得到成型微针。
46.对比例2
47.本对比例1采用与实施例1相同的方式制备超分子光敏剂可溶性微针，不同之处在于，配置浓度为355w/v％的载药微针基质溶液。本对比例无法制备得到成型微针。
48.结果与讨论：
49.1、活性氧产生能力验证：将实施例1中卟啉/环糊精超分子光敏剂配成2mg/ml水溶液，用活性氧探针1，3-二苯基异苯并呋喃检测其活性氧产生能力。结果表明，其活性氧产生能力是同等浓度卟啉溶液的150倍以上。
50.2、乳腺癌肿瘤细胞杀伤效果验证：将实施例1中卟啉/环糊精超分子光敏剂配成2mg/ml的水溶液，验证其对乳腺癌细胞的杀伤能力。结果表明，纯卟啉溶液对乳腺癌细胞几乎没有杀伤效果，而卟啉/环糊精超分子光敏剂可实现优异的肿瘤细胞杀伤效果(细胞死亡率》80％)。
51.3、细菌杀伤效果验证：将实施例2中姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂可溶性微针的微针针尖和基底分离，并将针尖部分溶于1ml灭菌超纯水中，验证其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀伤能力。结果表明，姜黄素/杯芳烃超分子光敏剂可溶性微针可有效杀伤金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
52.4、乳腺癌治疗效果验证：采用已接种乳腺癌肿瘤细胞的balb/c雌性小鼠为研究对象，研究实施例4中亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针的光动力抗癌效果。具体实验分为5组，每组5只小鼠：1)空白对照组；2)单纯光照组；3)亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针组；4)超分子光敏剂溶液涂抹组；5)空白可溶性微针组；其中分别在第1天、3天、6天对不同组小鼠进行上述分组处理。观察14天，实验期间隔天记录小鼠体重和肿瘤体积。实验结果表明，超分子光敏剂可溶性微针可有效抑制肿瘤体积生长，而
其他治疗组(如涂抹超分子光敏剂溶液组)几乎没有抗肿瘤生长效果。此外，超分子光敏剂可溶性微针治疗组小鼠在实验期间内体重无明显变化，说明超分子光敏剂可溶性微针具有优异的生物安全性。
53.5、抗细菌生物膜效果验证：采用皮下注射金黄色葡萄球菌的balb/c雌性小鼠为研究对象，研究实施例4中亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针的光动力抗菌效果。具体实验分为5组，每组5只小鼠：1)空白对照组；2)单纯光照组；3)亚甲基蓝/羟丙基-β-环糊精超分子光敏剂可溶性微针组；4)超分子光敏剂溶液涂抹组；5)空白可溶性微针组；其中分别在第1天和3天对不同组小鼠进行上述分组处理。观察7天，实验期间隔天记录小鼠体重和生物膜囊肿体积，第7天处死小鼠取重要器官和细菌囊肿处皮肤做h&e和masson组织切片。实验结果表明，超分子光敏剂可溶性微针可有效抑制细菌生物膜囊肿生长，而其他治疗组没有明显的抗菌效果。此外，超分子光敏剂可溶性微针处理组小鼠在实验期间内体重无明显变化，且重要器官切片结果和正常组小鼠无显著差别，表明超分子光敏剂可溶性微针具有优异的生物安全性。
54.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种超分子光敏剂可溶性微针的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：将光敏剂加入可溶性微针基质溶液中，通过超分子相互作用将光敏剂包合于可溶性微针基质溶液分子中，然后灌入微针模具中，干燥脱模后得到所述超分子光敏剂可溶性微针；其中，所述可溶性微针基质溶液中的溶质为环糊精、环糊精衍生物、冠醚、冠醚衍生物、杯芳烃、杯芳烃衍生物、葫芦脲、葫芦脲衍生物、柱芳烃和柱芳烃衍生物中的至少一种。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性微针基质溶液浓度为15w/v％-350w/v％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性微针基质溶液的溶剂为水。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述光敏剂为卟啉类光敏剂及其衍生物、姜黄素、吲哚箐绿、盐酸氨基酮戊酸、亚甲基蓝、金属酞箐、二氢卟吩、叶绿素降解衍生物、bodipy类染料或富勒烯及其衍生物中的至少一种。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光敏剂在干燥脱模后的光敏剂可溶性微针中的质量分数为0.1％-30％。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超分子相互作用为氢键作用、主客体作用、静电作用、金属配位相互作用、π-π堆积作用或范德华力中的至少一种。7.一种根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的超分子光敏剂可溶性微针。8.如权利要求7所述的超分子光敏剂可溶性微针，其特征在于，所述超分子光敏剂可溶性微针为长度300-1200微米的圆锥体或棱锥体时，所述超分子光敏剂可溶性微针能够在体液中溶解，溶解时间为5-300秒。9.如权利要求7或8所述的超分子光敏剂可溶性微针在制备经皮给药制剂中的应用，其特征在于，所述经皮给药制剂为用于光动力治疗的经皮给药制剂，优选地，所述经皮给药制剂为用于治疗痤疮、鲜红斑痣和瘢痕、黑色素瘤、血管瘤、乳腺癌、牙周炎、龋齿的经皮给药制剂；或者是具有促进感染性伤口修复药物、清除生物膜药物的经皮给药制剂。
技术总结本发明公开了一种超分子光敏剂可溶性微针、制备方法及其应用。所述制备方法包括下列步骤：将光敏剂加入可溶性微针基质溶液中，通过超分子相互作用将光敏剂包合于可溶性微针基质溶液分子中，然后灌入微针模具中，干燥脱模后得到所述超分子可溶性微针；其中，所述可溶性微针基质溶液中溶质为环糊精、环糊精衍生物、冠醚、冠醚衍生物、杯芳烃、杯芳烃衍生物、葫芦脲、葫芦脲衍生物、柱芳烃和柱芳烃衍生物中的至少一种。超分子材料可以提高光敏剂的水溶性、降低其在生理环境中的聚集、增强光稳定性和提高活性氧产率；与微针结合能够克服皮肤角质层或其他致密给药屏障，将光敏剂直接递送到病灶。病灶。病灶。
技术研发人员：朱锦涛 王华 张连斌 杜硕 柳佩
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
