本发明专利技术公开了合成DOPA黑素(DM)聚合物的方法以及包含该DM聚合物的组合物及其用途。该方法包括在氧化条件下使诸如3,4‑二羟基苯丙氨酸(DOPA)这样的反应物与高浓度的盐的水溶液接触。所得到的DM聚合物可以不溶性颗粒或基材表面上的涂层的形式形成。这些DM聚合物的示例性的用途包括从被污染的溶液中除去重金属离子或者捕获和递送诸如庆大霉素这样的阳离子型药物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在高离子强度的溶液中形成DOPA黑素相关申请的交叉引用本申请要求于2014年3月25日提交的美国临时申请号61/969920的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文用于所有目的。关于联邦资助研究或开发的声明本专利技术是在政府支持下由美国国立卫生研究院授予的基金号R37DE014193资助完成的。政府对本专利技术拥有某些权利。专利
本专利技术总体上涉及聚合颗粒和涂层。更具体而言，本专利技术涉及作为表面涂层或不溶性颗粒在高离子强度的溶液中自发形成的DOPA黑素(DOPA-melanin)聚合物。
技术介绍
黑素在自然界中广泛存在，提供着色、光保护、抗氧化、金属粘合以及其它生物学性质。黑素的一种重要亚类是真黑素，其由酪氨酸经由一种涉及3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)的氧化、分子内环化、低聚和聚集以形成不溶性和非均相固体的路径形成。研究真黑素的动力部分来自于对于理解生物功能意义上的结构—性质关系的兴趣，但也来自于日益增加的对于黑素薄膜的有趣的光、电性质和技术应用的兴趣。合成的和天然的黑素不溶于许多溶剂，该性质代表了将黑素处理成诸如薄膜这样的有用形式中的挑战。过去，类黑素的薄膜在基材上的沉积已通过溶液浇铸、(电)喷涂、旋涂、电化学沉积以及脉冲激光沉积实现。除了通常需要黑素在有机溶剂或水性NaOH或氨中能够溶解以外，大部分已报告的方法都是视线法(line-of-sight)，它们需要精密的装置，采用复杂多步方案，或者只能够在导电基材上实施。由于这些限制，仍然非常需要用于黑素薄膜沉积的简单而多用途的方法。不需要众多基础设施且能够适应多种基材组合物、形状和构造的用于形成黑素薄膜的方法会加快这种令人感兴趣的仿生材料的实际应用的发展。美国专利公开号2008/0149566(该文通过引用纳入本文用于所有用途)公开了一种用类黑素涂层对表面进行改性的简单而多用途的方法，该方法包括将基材浸涂入富含DOPA的贻贝黏着蛋白质的儿茶酚胺模拟物(例如多巴胺)的水溶液中。多巴胺在温和的碱性和充气水溶液中经历自发的自氧化，以在几乎任意基材上形成粘附性聚多巴胺(PDA)膜。PDA也被称为多巴胺-黑素，因其与真黑素的化学相似性而能作为导致诸如生物分子固定、表面能改性、生物矿化以及生物传感这样的多种应用的进一步改性的引物发挥作用。还可使感兴趣的分子与多巴胺在一步反应中同时共沉积，以形成具有所需性质的表面。多巴胺和其它儿茶酚胺的若干种衍生物以相似的方式聚合在种类广泛的基材之上。例如，去甲肾上腺素显示为聚合入粘附膜中，其具有因存在未在多巴胺中发现的羟基而引发ε-己内酯的开环聚合的附加能力。使DOPA黑素(DM)膜以与PDA相似的方式自发聚合在各种基材之上会令人感兴趣，因为这会进一步加速类真黑素薄膜的技术应用。相比于PDA，会期望DM展现出更高浓度的可用于各种应用中的游离羧酸。然而，以往的关于DOPA在水或低离子强度缓冲溶液中的碱性自氧化的报告得到了一种类黑素产物，它是可溶的，或者是溶液稳定的超分子纳米聚集体。本领域技术人员在使用为PDA膜的自发形成(缓冲的充气H2O，pH为8～9)而开发的标准条件由DOPA形成粘附膜时遇到过困难。原位生长的DM膜在使用多巴胺的条件下显示为只形成了10nm或更薄的厚度，而在该条件下通常会形成厚得多的膜。因此，相比于PDA，利用DOPA的自发性氧化使DM膜生长在基材上要困难得多。所以，本领域需要用于生产用于各种应用中的DM膜和颗粒的改善的方法。
技术实现思路
我们在本文中所要公开的是，DM膜在高离子强度下以简单方式进行的自发性原位自氧化沉积。厚的粘附性DM膜在包括金属氧化物、贵金属和聚合物在内的种类广泛的基材上形成。DM膜不但具有许多PDA膜的令人满意的特征，还具有一些优势，即更高的亲水性以及静电结合和释放阳离子的能力。上述性质中的后者可用于通过由DM膜负载和释放阳离子型氨基糖苷来制造抗菌涂层。我们在本文中还公开了高离子强度的碱性缓冲溶液可被用于在不需要表面基材的条件下使DOPA自氧化，得到5,6-二羟基吲哚羧酸(DHIC)含量高的呈不溶性颗粒状的DOPA黑素(DM)。这些颗粒具有对金属离子的高结合能力，结合程度与溶液中所包含的盐的种类和浓度相关。因此，所得到的DM颗粒还可被用于重金属整治等。所以，在第一个方面中，本专利技术包括一种合成DOPA黑素(DM)聚合物的方法。该方法包括在氧化条件下使具有下式的反应物与高浓度的盐的水溶液接触：其中，R1、R3、R4和R5各自独立地选自C1～3的烷基、伯胺、仲胺、卤化物、氢、羟基、羧酸、醛、羧酸酯或羧酰胺；其中，R1、R3、R4和R5中的至少一种为伯胺或仲胺；其中，x在0～3的范围内，且y在0～3的范围内，前提是x或y至少为1；其中，R2为羧酸。作为实施该方法的结果，形成了DOPA黑素(DM)聚合物。在一些实施方式中，x和y各自为1，R2为-COOH，且R5为-NH2。在一些这样的实施方式中，反应物为3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)。在一些实施方式中，盐的水溶液中盐的浓度大于100mM。可选地，盐的浓度大于200mM或大于500mM。在一些非限定性的示例性实施方式中，所使用的盐为钠盐、钾盐、镁盐或钙盐。在一些实施方式中，盐的水溶液为碱性溶液。在一些实施方式中，该方法还包括使反应物和高浓度的盐的水溶液与表面接触的步骤。作为实施该步骤的结果，DM涂层或膜在该表面上形成。在一些这样的实施方式中，DM涂层自发地在表面上形成。在另一些这样的实施方式中，DM涂层的厚度大于10nm。在另一些这样的实施方式中，表面包括带负电荷的基材。在一些实施方式中，所形成的DM聚合物是不溶性颗粒的形式。在第二个方面中，本专利技术包括通过实施上述方法而形成的DOPA黑素(DM)聚合物在一些实施方式中，DM聚合物包含残留的羧酸部分。在一些实施方式中，DM聚合物是基材表面上的涂层的形式。在一些这样的实施方式中，涂层的厚度大于10nm。在另一些这样的实施方式中，基材表面是医疗装置的表面。在一些实施方式中，DM聚合物还包含在所述聚合物上捕获的重金属离子或阳离子型药物。在一些这样的实施方式中，阳离子型药物为阳离子型氨基糖苷。在一些实施方式中，DM聚合物是不溶性颗粒的形式。在第三个方面中，本专利技术包括一种减少流体中金属离子数量的方法。该方法包括使上述DOPA黑素(DM)聚合物与包含一种或多种金属离子的流体接触的步骤。结果是，DM聚合物结合至所述金属离子中的至少一种，从而降低所述流体中金属离子的数量。在一些实施方式中，所述一种或多种金属离子可以是Pb2+、Cd2+、Cu2+和Hg2+。在第四个方面中，本专利技术包括一种递送阳离子型药物的方法。该方法包括以下步骤：(a)使上述DOPA黑素(DM)聚合物与一种或多种阳离子型药物接触，以使所述阳离子型药物可逆地结合至所述DM聚合物；和(b)从所述DM聚合物释放所述阳离子型药物。在一些实施方式中，阳离子型药物为阳离子型氨基糖苷。可使用的示例性氨基糖苷包括但不限于庆大霉素、卡那霉素、阿米卡星、妥布霉素、地贝卡星、阿贝卡星、西索米星、奈替米星、新霉素和链霉素。在第五个方面中，本专利技术包括一种用于合成DOPA黑素(DM)聚合物的试剂盒。这种试剂盒包含：a)具有下式的反应物：其中，R1、R3、R4和R5各自独立地选本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种DOPA黑素(DM)聚合物的合成方法，所述方法包括在氧化条件下使具有下式的反应物与高浓度的盐的水溶液接触：
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.25 US 61/969,9201.一种DOPA黑素(DM)聚合物的合成方法，所述方法包括在氧化条件下使具有下式的反应物与高浓度的盐的水溶液接触：其中，R1、R3、R4和R5各自独立地选自C1～3的烷基、伯胺、仲胺、卤化物、氢、羟基、羧酸、醛、羧酸酯或羧酰胺；其中，R1、R3、R4和R5中的至少一种为伯胺或仲胺；其中，x在0～3的范围内，且y在0～3的范围内，前提是x或y至少为1；其中，R2为羧酸，由此形成DOPA黑素(DM)聚合物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，x和y各自为1，R2为-COOH，且R5为-NH2。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应物为3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐的水溶液中盐的浓度大于100mM。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述盐的水溶液中盐的浓度大于200mM。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述盐的水溶液中盐的浓度大于500mM。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐的水溶液中的盐选自钠盐、钾盐、镁盐和钙盐。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐的水溶液为碱性溶液。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使所述反应物和所述高浓度的盐的水溶液与一种表面接触，以使DM涂层形成于所述表面之上。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述涂层自发地形成于所述表面之上。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述DM涂层的厚度大于10nm。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面包含带负电荷的基材。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所形成的DM聚合物是不溶性颗粒的形式。14.一种DOPA黑素(DM)聚合物，其通过实施权利要求1的方法来形成。15.如权利要求14所述的DM聚合物，其特征在于，所述DM聚合物包含残留的羧酸部分。16.如权利要求14所述的DM聚合物，其特征在于，所述DM聚合物是基材表面上的涂层的形式。17.如权利要求16所述的DM聚合物，其特征在于，所述涂层的厚度大于10nm。18.如权利要求16所述的涂层，...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·梅瑟史密斯，邝劲豪，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：美国,US
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