热点应用丨利用光致发光与瞬态吸收光谱法表征抗菌光动力治疗剂

微生物耐药性（AMR）是一个棘手的全球性健康问题，对于生物膜相关感染而言挑战尤其突出 —— 这类感染中，细菌会在蛋白质——碳水化合物基质内生长，并在伤口及植入式医疗设备表面增殖。生物膜会让感染难以治疗，因为传统抗菌药物难以穿透膜层，药效因此大打折扣。

微生物耐药性可通过具备全新作用机制的疗法应对，比如抗菌光动力疗法（aPDT）：该疗法利用光线远程杀灭微生物细胞。在光照射下，光敏剂会被激发至三重态，随后与分子氧反应，生成活性氧（ROS）和单线态氧（¹O₂）。这些物质具有细胞毒性，可用于杀灭目标细胞。

我们重点介绍Dublin City University研究人员发表在《Biomacromolecules》期刊上的一项研究¹：研究者合成了一种基于四苯基锌卟啉（ZnTPP）的新型光敏剂，并将其与生物相容性的 Jeffamine 聚合物结合（即 Jeff-ZnTPP，见图1）。

图 1：Jeff-ZnTPP 的分子结构（其中 m≈39，l+n≈6）。

为了评估该体系作为潜在 aPDT 试剂的性能，研究人员使用爱丁堡仪器公司的 FLS1000 光致发光光谱仪和 LP980 瞬态吸收（ns-TA）光谱仪，测定了其光致发光（PL）光谱、寿命及三重激发态。

吸光度光谱显示：Jeff-ZnTPP 在 424 nm 处出现最大吸收峰，同时在 403 nm、555 nm 和 595 nm 处有较弱吸收峰（图 2，黑色曲线）—— 这些是卟啉类化合物的典型特征。

接下来，研究人员使用 FLS1000 对 Jeff-ZnTPP 进行光致发光测量，以进一步了解其光物理性质：在氙灯激发下，Jeff-ZnTPP 在～655 nm 处出现发射峰最大值，在～600 nm 处有一个强度较弱的峰（图 2，红色曲线）。

随后，利用配备 TCSPC 功能的 FLS1000研究了 655 nm 处的光致发光寿命：在爱丁堡脉冲激光器 EPL-375（375 nm）的激发下，Jeff-ZnTPP 呈现单指数衰减，寿命为 1.88 ns（图 2，插图）。这种纳秒级的短寿命表明它源于单线态激发态。然而，作为 aPDT 试剂应用时，Jeff-ZnTPP 需要具备长寿命的三重激发态。这些光致发光测量结果显示：若样品确实存在三重激发态，它也是非辐射性的。因此，需要进行瞬态吸收测量 —— 该技术能够检测微秒时间尺度上存在的非辐射激发态。

图 2：Jeff-ZnTPP 的归一化吸光度（黑色）与光致发光发射（红色）光谱。插图：Jeff-ZnTPP 的 TCSPC 荧光衰减、拟合曲线及寿命。

接下来，研究人员使用爱丁堡仪器 LP980 进行了瞬态吸收测量：该仪器配备了工作波长为 355 nm 的调 Q Nd:YAG 激光器（作为泵浦源）与氙灯（作为探测源）。这些测量将确定 Jeff-ZnTPP 是否存在三重态及其寿命 —— 这是 PDT 试剂的关键参数，因为三重激发态是生成 ROS 和 ¹O₂的必要条件；三重态寿命越长，杀灭目标细胞的活性物质产量就越高。LP980 的独特之处在于它是市面上唯一能同时进行光谱与动力学测量的瞬态吸收光谱仪，是表征 PDT 试剂的理想工具。

Jeff-ZnTPP 在 425 nm 处出现了一个主要的基态漂白峰，同时在 550 nm 和 590 nm 处有较小的吸收峰（图 3a）—— 这些峰与吸光度光谱中观察到的峰相对应。

聚焦于 550 nm 处的吸收峰，研究发现 Jeff-ZnTPP 的衰减包含两个组分，寿命分别为 τ₁=12.94 μs 和 τ₂=72.26 μs（图 3b）。这种微秒级的寿命表明，样品能够发生系间窜越，进入三重激发态。同时，Jeff-ZnTPP 的平均三重态寿命也显著长于单独 Zn-TPP 的寿命（分别为 72 μs 和 30 μs）。这种差异被归因于光敏剂周围聚合物的作用：它能保护光敏剂免受溶剂猝灭过程的影响，从而提升其作为 aPDT 试剂的性能。

图 3：(a) Jeff-ZnTPP 的瞬态吸收光谱；(b) 550 nm 处的衰减曲线与拟合结果。

本研究亮点展示了 FLS1000 与 LP980 如何用于测定 PDT 试剂的关键参数（如光致发光光谱、光致发光寿命、三重态寿命）。LP980 具备光谱与寿命测量的双重能力，简化了三重态的表征工作，非常适合新型 PDT 试剂的研发人员使用。

研究者还证明：将 ZnTPP 与 Jeffamine 聚合物结合后，三重态寿命得到了提升，进而增强了其作为 aPDT 试剂的疗效。这类研究结果为开发新型 aPDT 试剂奠定了坚实基础，助力应对日益严峻的微生物耐药性与生物膜问题。