一种由半胱氨酸功能化五氟苯基菌绿素的制备方法及其在光动力抗菌中的应用

本发明属于有机合成和生物医学材料领域，具体涉及一种半胱氨酸功能化五氟苯基菌绿素（fbc-cy）的制备方法及其应用。

背景技术：

1、当前，细菌感染引发的一系列疾病已成为世界第二大致命原因，对人类社会正常运转造成严重影响。抗生素的问世在很大程度上减轻了细菌感染的危害。自1928年抗生素被发现和应用以来，曾致命的细菌感染得以治愈，例如，阿莫西林和环丙沙星等抗生素能有效抑制病原细菌生长，减少术后细菌感染的风险。然而，抗生素的滥用加速了抗微生物耐药性（amr）的蔓延，让一些菌株演变成“超级细菌”，对人类和动物健康构成严重威胁。随着细菌对各类抗生素的耐药性不断增强，目前新型抗生素的研究似乎停滞不前，寻找适用于临床的新小分子抗生素变得困难。因此，开发有效的非抗生素治疗策略来对抗体内细菌感染至关重要。

2、光动力治疗是一种新兴的无抗生素治疗方法，因其生物毒性低、作用快、可重复等优点而备受关注，能用于处理生物体表面的抗微生物问题。这种治疗方法被认为是一种具有广阔发展前景的新型疗法。pdt的原理在于光敏剂吸收特定波长的光而被激发，被激发的光敏剂能将其能量传递给周围的氧分子，从而产生高细胞毒性的单线态氧，随后形成有毒的活性氧（ros），从而有效地消灭细菌。在光动力治疗中光敏剂扮演着至关重要的角色，但由于激发光的穿透深度有限和细菌靶向能力不足，pdt尚未广泛应用于体内细菌感染的治疗。

3、近年来，发明人受到天然菌绿素的启发，成功合成了一种新型菌绿素类似物，即五氟苯基菌绿素（fbc）。fbc具有独特的刚性结构，其大环上拥有多个活性修饰位点，并且在波长为750 nm处紫外光照下表现出强烈吸收特性，具备深层组织穿透能力，且分子稳定性良好，是一种优秀的光敏剂。

4、在光敏剂靶向细菌的多种策略中，包括：生物分子靶向、光敏剂与载体结合以及功能化修饰。功能化修饰通过在光敏剂分子上引入特定的功能基团，可以通过化学合成或生物合成方法实现，从而实现对细菌的高效靶向作用，本发明利用五氟苯基菌绿素与半胱氨酸巯基的共价键结合的优异性以及五氟苯基菌绿素较好的吸收激发波长，制备半胱氨酸功能化五氟苯基菌绿素光敏剂，从实现靶向细菌的效果，有效提高光敏剂的利用率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种fbc-cy的制备方法及其应用。通过化学反应在fbc上修饰半胱氨酸制备fbc-cy光敏剂。这种光敏剂具有优异的生物相容性和水溶性，同时表现出显著的细菌靶向以及优异的抗菌效果等特点。这一特性让它能解决传统抗生素存在的问题：靶向性差，水溶性差、易聚集等问题。

2、为了达成上述技术目标，本项发明采用以下技术方案实现：

3、本发明第一方面提供了一种由半胱氨酸功能化的五氟苯基菌绿素（fbc-cy）光敏剂，其结构为：

4、

5、本发明第二方面提供了一种fbc-cy制备方法，包括以下步骤：。

6、s1：以dmf为溶剂，五氟苯基菌绿素（fbc）和半胱氨酸为反应原料，碳酸钾为催化剂，反应得到fbc-cy。反应式如下：

7、

8、步骤s1具体包括：称取一定量的五氟苯基叶绿素（fbc）于dmf中，加入一定量的半胱氨酸和碳酸钾，室温回流反应12 h后，得到fbc-cy。

9、步骤s2具体包括：把s1得到的产物放置于去离子水中透析，透析2天后就能得到分散在水中的fbc-cy。

10、本发明第三方面提供了fbc-cy光敏剂在抗菌方面的应用。

11、本项发明提供了一种由fbc-cy光敏剂。该光敏剂具有出色的生物相容性和稳定性，其产生单线态氧的能力卓越，展现出杰出的抗菌效果，适用于抗菌治疗。

12、所述应用包括以下测试：

13、s1：将fbc-cy光敏剂配制成水溶液，用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计测试样品的紫外吸收光谱和荧光发射光谱。

14、s2：用单线态氧测试剂1，3-二苯基异苯并呋喃（dpbf）溶液和光敏剂粒共混，光照，测试溶液在425 nm处的紫外吸收，用紫外吸收的下降率表征fbc-cy光敏剂的单线态氧生成能力。

15、s3：以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为实验菌种，用噻唑蓝（mtt）测试fbc-cy的抗菌效果。

16、s4：以成纤维细胞l929作为实验细胞，用噻唑蓝（mtt）测试fbc-cy的生物安全性效果。

17、本发明的有益效果：

18、1.实验证明本发明提供的fbc-cy光敏剂有着优秀的水溶性，呈现橙色溶液，未出现明显的沉淀。

19、2.实验证明本发明提供的fbc-cy光敏剂能够有效的抑制细菌的生长，同时对正常细胞没有毒副作用。

20、3.实验证明本发明提供的fbc-cy在共培养条件下能够更加有效的抑制细菌的生长。

21、4.本发明中采用的五氟苯基菌绿素以及半胱氨酸都比较容易合成和获得，同时该方法简单易操作，适合大规模实施。

22、5.本发明中五氟苯基菌绿素是通过化学制备得到的；fbc-cy光敏剂的形成是五氟苯基菌绿素和半胱氨酸之间通过共价键的作用实现高效连接。这种组合利用卟啉的光动力治疗（pdt）进行抗菌治疗，在共培养条件下显著增强了抗菌效果，展现出广阔的应用前景。本发明不仅提高了治疗的效果和效率，还为光动力抗菌治疗开辟了新的方向。

技术特征：

1.一种由fbc-cy光敏剂，其特征在于，使用半胱氨酸修饰，制备得到半胱氨酸功能化的五氟苯基菌绿素光敏剂，其结构如下：

2.根据权利要求1所述的fbc-cy光敏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：称取一定量的五氟苯基菌绿素于dmf中，加入一定量的半胱氨酸和碳酸钾，室温反应12 h后透析，得到半胱氨酸功能化的五氟苯基菌绿素光敏剂。

3.根据权利要求2所述的fbc-cy光敏剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中所述光敏剂为五氟苯基菌绿素。

4.根据权利要求2所述的fbc-cy光敏剂，其特征在于：具有靶向细菌并且在光照下有效杀死细菌。

5.如权利要求1-4所述的制备方法得到的半胱氨酸功能化的五氟苯基菌绿素（fbc-cy）在制备抗菌药物中的应用。

技术总结本项发明涉及有机合成和生物医学材料领域，具体介绍了一种近红外抗菌光敏剂的制备方法和应用，即半胱氨酸功能化修饰五氟苯基菌绿素（FBC‑Cy）。制备的FBC‑Cy通过利用细菌在细胞壁合成过程中能够整合氨基酸使光敏剂能够靶向并积聚在细菌细胞壁上的特性，实现在细胞和细菌共存情况下对细菌的精准杀伤。同时，FBC‑Cy具有优异的生物相容性、水溶性以及激发光穿透能力，提高治疗效率并减少组织损伤。本发明能有效提高光动力抗菌治疗效果，并且精准杀伤细菌。技术研发人员：张伟安,时腾飞,郑家豪,汪媛受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18