利用Box-Behnken设计和D-最优设计进行双重统计建模，以优化吲哚菁绿结合银纳米颗粒的性能，并提升其相关光热疗法在伤口愈合中的应用效果

《Journal of Pharmaceutical Sciences》：Dual statistical modeling using Box Behnken and D-optimal designs for optimization of indocyanine green conjugated silver nanoparticles and improvement of their associated photothermal therapy for application in wound healing

本研究通过NaBH4还原法制备ICG共轭银纳米颗粒（AgNPs），利用Box Behnken设计优化浓度、体积等关键属性，得到粒径50-60nm、PDI 0.225、zeta电位31.3mV的最佳配方F*，并采用D-optimal设计确定13.65分钟 irradiation time和1.23W/cm2 power density实现最大光热效应（Δ°C=26.499）。结论证实AgNPs与ICG的协同效应可提升伤口修复能力。

　　

萨拉·萨拉赫·塔贝特（Sarah Salah Thabet）、莫娜·莫尔西（Mona Morsy）、罗克珊·阿卜杜勒-加瓦德（Roxane Abdel-Gawad）

埃及开罗大学国家激光增强科学研究所（NILES）医学应用激光部门，制药纳米技术小组，邮政编码12613，吉萨（Giza）。

摘要

本研究重点制备了用于伤口管理的吲哚菁绿（ICG）偶联银纳米颗粒（AgNPs），利用AgNPs的抗菌和促进伤口愈合的特性，以增强ICG的光热治疗效果。AgNPs的制备采用了硼氢化钠（NaBH₄）作为还原剂，ICG作为偶联剂。在400-420 nm和750-800 nm处的吸收峰证明了AgNPs的有效制备及ICG的成功偶联。

采用Box Behnken设计方法研究了不同关键材料属性（NaBH₄和ICG浓度以及ICG用量）对关键质量属性（粒径（PS）、多分散指数（PDI）和ζ电位的影响。实验结果表明，当组成为2.73 mM NaBH₄、500 μg/mL ICG和2.69 mL ICG: AgNO₃时，可获得最小的粒径、最低的多分散指数和最高的ζ电位。透射电子显微镜观察显示F*颗粒呈球形、颜色深、单分散且无聚集现象，粒径约为50-60 nm，这与ζ电位测量结果一致。差示扫描量热法表明F*具有较高的稳定性；傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测到NaBH₄的氧化产物峰，证实其作为Ag⁺还原剂的有效性。

通过D-optimal设计优化了F*的光热效应，选定的关键工艺参数为辐照功率密度、辐照时间和ICG浓度。最终确定的工艺参数（13.65分钟、1.23 W/cm²的辐照强度）被用于后续的体外和体内研究。

引言

近红外（NIR）辐射在光热疗法（PTT）中具有显著优势，因为近红外光能深入组织，且该波长范围内的内源性生物分子吸收的光子较少，对细胞的损伤较小¹。

吲哚菁绿（ICG）是一种阴离子型荧光三碳菁有机染料，因其红外荧光特性和低毒性而被广泛应用²。它是唯一获得FDA批准的NIR染料，可用于体内医学成像、诊断和光热治疗³²。在适宜的辐照条件下，ICG能吸收近红外光并通过内部转换产生单线态氧和热量；结合近红外光良好的组织穿透性以及对组织的微弱影响，ICG可用于光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）¹⁴³。释放热量后，ICG能高效恢复到基态。

近年来，纳米技术在多个领域展现出巨大潜力，被视为发展最快、最具跨学科特色的科学领域。包括AgNPs在内的金属纳米颗粒因较低的细胞毒性而被广泛用作抗菌剂⁵，同时具有导热性能⁶。将金属纳米颗粒与光敏分子（如ICG）结合，可提升其光稳定性并增强其光热效应⁷⁴。

本研究的创新之处在于采用双重统计建模方法优化ICG负载的AgNPs。通过将AgNPs与ICG染料偶联，赋予其强大的光热性能，ICG同时起到封端作用。这种复合效应有望提升AgNPs在单次NIR辐照后的伤口修复效果，从而减少实验中动物使用的数量，有利于动物福利。

材料

硝酸银（AgNO₃）：购自英国Fisher Scientific公司。超纯水：来自西班牙Millipore Iberica公司的MilliQ Plus产品。硼氢化钠（超高纯度，ACS标准，98%）：购自印度Sisco Research Laboratories（SRL）公司。吲哚菁绿（ICG，IR-125，激光级）：购自美国Thermo Fisher Scientific公司。苏木精-伊红染色剂（H&E）：购自英国Sigma-Aldrich公司。西曲肽大豆琼脂：购自美国HIMEDIA公司。

ICG-AgNPs的合成及Box Behnken设计优化

ICG-AgNPs在暗环境下制备。具体步骤为：将精确体积的新鲜制备的ICG/AgNO₃溶液缓慢加入冰浴中预先配制好的硼氢化钠溶液中。整个过程中使用磁力搅拌器（Yellow line, MGA HS 7, IKA, 德国）以1000 rpm的速度搅拌，搅拌结束后立即停止。当溶液颜色变为棕绿色时，表明ICG-AgNPs已成功制备。

ICG-AgNPs的特性分析

溶液呈现特有的棕绿色，表明使用硼氢化钠作为还原剂成功制备了ICG偶联的AgNPs。硼氢化钠作为强还原剂，能有效将AgNO₃中的银离子还原为AgNPs。该过程无需加热，既环保又节能。此外，加热可能对实验结果产生不利影响。

结论

本研究采用硼氢化钠作为还原剂制备了ICG负载的AgNPs，并通过Box Behnken设计优化了其性能参数（粒径最小、多分散指数最低、ζ电位最高）。随后通过DOD设计选出了最佳配方（Therm*），实现了最高的光热效应（Δ°C = 26.499°C）。所选配方经UV和FTIR验证。

未来展望

将ICG-AgNPs与具有导热性的载体结合，可提升光热治疗效果并提高患者依从性。

未引用的参考文献

^4,7,10, 20, 21, 22^, 28, 29, 30^, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41^, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50^, 53, 54, 55, 56, 57, 58^, 61, 62, 63, 64^, 66, 67, 68, 69, 70