一种使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子相转换的方法技术

在非极性溶剂体系下合成的疏水性纳米粒子具有优异的物理和化学性能，在生物医学应用方面具有巨大的潜能。但是，表面疏水性配体的存在限制了它们在生理条件下的应用。本发明专利技术提供了一个简易的方法，使用具有良好生物相容性的羧基化处理的丝素蛋白分子作为相转换试剂，实现疏水性纳米粒子向亲水性的相转换。该丝素蛋白分子为两亲性聚合物，具有高含量羧基官能团，赋予其快速地将疏水性纳米粒子由有机相转移到水相体系，并呈现完美的单分散性和稳定性。使用羧基化处理的丝素蛋白分子作为相转换试剂，不仅无毒，而且只需进行简单的分离，便可制得稳定性高和分散性好的亲水性纳米粒子，并以此为模板构建多功能化的诊断治疗纳米体系。

A method for the conversion of hydrophobic nanoparticles by using silk fibroin molecules

Hydrophobic nanoparticles synthesized under the nonpolar solvent system have excellent physical and chemical properties, and have great potential in biomedical applications. However, the existence of surface hydrophobic ligands limits their application under physiological conditions. The invention provides a simple way to use the silk fibroin molecule with good biocompatibility as the phase transformation reagent to achieve the phase transformation of hydrophobic nanoparticles to hydrophilic phase. The silk fibroin molecule is a two affinity polymer with high carboxyl functional groups, giving it fast transfer of hydrophobic nanoparticles from organic phase to aqueous phase, and showing perfect monodispersity and stability. The use of carboxyl treated silk fibroin molecules as phase transformation reagent is not only non-toxic, but also requires only a simple separation. It can produce highly stable and dispersive hydrophilic nanoparticles, and use this template as a template to build a multifunctional diagnosis and treatment nano system.

【技术实现步骤摘要】
一种使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子相转换的方法
本专利技术属于纳米材料制备以及生物医学应用领域，具体涉及以羧基化处理的丝素蛋白溶液作为相转换试剂用于疏水性纳米粒子的相转换，并将获得的丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子作为模板构建多功能化的诊断治疗纳米体系。
技术介绍
无机纳米粒子具有独特的物理和化学性质，在生物医学诊断治疗领域呈现出巨大的潜在应用价值。例如，超顺磁性氧化铁纳米粒子可以用作磁共振成像的T2造影剂和影像介导的药物递送系统。量子点可以用作生物成像和生物传感的荧光探针。当前，高质量且颗粒尺寸分布均匀的金属无机纳米粒子通常是在非极性溶剂中合成，导致这种条件合成的纳米粒子表面包裹疏水性配体，这些配体使得纳米粒子水溶性和生物相容性都较差，且容易团聚，限制了金属无机纳米粒子在生物应用领域的应用。为了提高其生物医学的应用，多种两亲性聚合物被用于对疏水性纳米粒子进行相转换，使其转相为亲水性纳米粒子。如血清白蛋白（BSA）是研究较多的纳米粒子转相试剂。但是，用血清白蛋白作为转相试剂时，比较困难获得单分散亲水性转相颗粒，大部分亲水性转相颗粒在转相过程中会趋向形成聚集体，严重影响它们的性能和应用。丝素蛋白是来源于家蚕的天然蛋白质，具有良好的生物相容性、适宜的生物降解性等生物医学方面的性能，已经被FDA批准可应用于医用设备。本专利技术将羧基化处理的丝素蛋白分子作为相转换试剂，能够使疏水性纳米粒子快速转换成亲水性纳米粒子，赋予其良好的单分散性和长期稳定性。在国内外有关方面的文献和专利中，还未有用羧基化处理的丝素蛋白分子进行疏水性纳米粒子相转换的报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于制备稳定性高和分散性好的亲水性纳米粒子，提供了一种使用羧基化处理的丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子进行相转换的方法，并以此为模板构建多功能化的诊断治疗纳米体系。本专利技术克服了现有相转换试剂所需转相时间长、转相颗粒分散性和稳定性差等方面的问题，成功对疏水性纳米粒子进行快速相转换，转换后的亲水性纳米粒子具有良好的单分散性和长期稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子进行相转换的简易方法的具体步骤为：（1）制备羧基化处理的丝素蛋白溶液，具体操作为：（a）蚕丝经脱胶、溶解、透析、过滤，制备成质量浓度为1%～20%的丝素蛋白水溶液；（b）将丝素蛋白水溶液与重氮盐反应，对丝素蛋白的酪氨酸残基进行羧基化修饰，然后与氯乙酸反应，对丝氨酸残基进行羧基化修饰，经透析，制备成质量浓度为0.01%～20%的羧基化处理的丝素蛋白溶液。（2）将步骤（1）得到的羧基化处理的丝素蛋白溶液与疏水性纳米粒子溶液相混合，经震荡（或超声）后得到丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子。具体操作为：将1～100µg/mL疏水性纳米粒子溶液与步骤（1）制得的质量浓度为0.01%～20%的羧基化处理的丝素蛋白溶液进行混合，放在室温下剧烈震荡（或超声）2小时后，移去有机溶剂，离心洗涤，即得到分散在水溶液中的丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子。所述的疏水性纳米粒子为氧化铁纳米粒子或CdS/ZnS量子点或Au−Fe3O4复合纳米颗粒。所述的疏水性纳米粒子是分散在有机溶剂中。制得的丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子作为模板在构建多功能化的诊断治疗纳米体系中的应用，包括用作核磁共振成像或荧光成像的造影剂以及疏水性或亲水性药物的纳米载体。本专利技术的显著优点在于：本专利技术将羧基化处理的丝素蛋白分子作为相转换试剂，转相过程快速简便，转换后的亲水性纳米粒子具有良好的单分散性和稳定性。同时，丝素蛋白具有良好的生物相容性，这使得转相后的纳米粒子在生理环境下也具有良好的生物相容性，赋予其生物医学的应用价值。尤其重要的是，以羧基化处理的丝素蛋白溶液作为相转换试剂，能够快速的实现纳米粒子的相转换，转换时间只需要2小时以内，显著快于其他形态的丝素蛋白溶液以及其他转相试剂。基于这些显著的优点，本专利技术提供的相转换方法将为扩大疏水性纳米粒子在生物医学上的应用提供一个新的机遇。附图说明图1相转换后氧化铁纳米粒子分散在水中的透射电镜图；图2相转换后氧化铁纳米粒子分散在水中的核磁共振成像；图3相转换前后CdS/ZnS量子点在溶剂中的分散性。具体实施方式为了验证设计的可行性，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术应用不仅限于此。实施例1使用丝素蛋白分子对疏水性氧化铁磁性纳米粒子进行相转换将蚕丝经脱胶、溶解、透析、过滤，制备成质量浓度为5%的丝素蛋白水溶液；将丝素蛋白水溶液与重氮盐反应，对丝素蛋白的酪氨酸残基进行羧基化修饰。然后与氯乙酸反应，对丝氨酸残基进行羧基化修饰。经透析，制备成质量浓度为0.05%的羧基化处理的丝素蛋白溶液。将含有80µg/mL氧化铁纳米粒子的0.2mL氯仿溶液缓慢加入0.2mL质量浓度为0.05%的羧基化处理的丝素蛋白溶液中，放在室温下剧烈震荡1小时后，氧化铁纳米粒子从氯仿层转到水层。然后将水溶液移到微型管中，离心洗涤，即得到分散在水溶液中的丝素蛋白功能化的亲水性氧化铁纳米粒子。以羧基化处理的丝素蛋白溶液作为相转换试剂，能够快速的实现氧化铁纳米粒子的相转换，转换时间只需要1小时，显著快于其他形态的丝素蛋白溶液，如高β-sheet结构的丝素蛋白溶液所需转相时间为12小时。转相后的氧化铁磁性纳米粒子呈现良好的单分散性，在水溶液状态下能够稳定保存12个月，不发生沉淀聚集。而以BSA和高β-sheet结构的丝素蛋白溶液转相后得到的氧化铁纳米粒子放置3个月后发生沉淀。同时，将转相后的氧化铁磁性纳米粒子与细胞共孵育，在高纳米粒子浓度下（300μg/mL）与细胞共培养24小时后，细胞的存活率仍在95%以上，呈现出良好的生物相容性。图1为相转换后氧化铁纳米粒子分散在水中的透射电镜图。图2为相转换后氧化铁纳米粒子分散在水中的核磁共振成像。实施例2使用丝素蛋白分子对CdS/ZnS量子点纳米粒子进行相转换将蚕丝经脱胶、溶解、透析、过滤，制备成质量浓度为10%的丝素蛋白水溶液；将丝素蛋白水溶液与重氮盐反应，对丝素蛋白的酪氨酸残基进行羧基化修饰。然后与氯乙酸反应，对丝氨酸残基进行羧基化修饰。经透析，制备成质量浓度为6%的羧基化处理的丝素蛋白溶液。将含有10µg/mLCdS/ZnS量子点的2mL环己烷溶液缓慢加入1mL质量浓度为6%的羧基化处理的丝素蛋白溶液中，放在室温下超声0.5小时后，CdS/ZnS量子点纳米粒子就从环己烷层转到水层。然后将水溶液移到微型管中，离心洗涤，即得到分散在水溶液中的丝素蛋白功能化的亲水性CdS/ZnS量子点纳米粒子。以羧基化处理的丝素蛋白溶液作为相转换试剂，能够快速的实现CdS/ZnS量子点纳米粒子的相转换，转换时间只需要0.5小时，显著快于其他形态的丝素蛋白溶液，如高β-sheet结构的丝素蛋白溶液所需转相时间为12小时。转相后的CdS/ZnS量子点纳米粒子呈现良好的单分散性，在水溶液状态下能够稳定保存12个月，不发生沉淀聚集。而以BSA和高β-sheet结构的丝素蛋白溶液转相后得到的CdS/ZnS量子点纳米粒子放置1个月后发生沉淀。同时，将转相后的CdS/ZnS量子点纳米粒子与细胞共孵育，在高纳米粒子浓度下（200μg/mL）与细胞共培养24小时后，细胞的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子相转换的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）制备羧基化处理的丝素蛋白溶液；（2）将步骤（1）得到的羧基化处理的丝素蛋白溶液与疏水性纳米粒子溶液相混合，经震荡或超声后得到丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子相转换的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）制备羧基化处理的丝素蛋白溶液；（2）将步骤（1）得到的羧基化处理的丝素蛋白溶液与疏水性纳米粒子溶液相混合，经震荡或超声后得到丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子。2.根据权利要求1所述的使用丝素蛋白分子对疏水性纳米粒子相转换的方法，其特征在于：包括如下具体步骤：（1）制备羧基化处理的丝素蛋白溶液，具体操作为：（a）蚕丝经脱胶、溶解、透析、过滤，制备成质量浓度为1%～20%的丝素蛋白水溶液；（b）将丝素蛋白水溶液与重氮盐反应，对丝素蛋白的酪氨酸残基进行羧基化修饰，然后与氯乙酸反应，对丝氨酸残基进行羧基化修饰，经透析，制备成质量浓度为0.01%～20%的羧基化处理的丝素蛋白溶液；（2）制备丝素蛋白功能化的亲水性纳米粒子，具体操作为：将1～100µg/mL疏水性纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：白树猛，黄晓卫，杨黄浩，周洁，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35