一种酶驱动瓶状纳米马达及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种酶驱动瓶状纳米马达及其制备方法，其步骤在于，以瓶状纳米粒子、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶为材料，利用真空灌注法和超声灌注法，将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶同时装载在瓶状纳米粒子的内部，制备出酶驱动的瓶状纳米马达，与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果在于，本发明专利技术制备过程简单，制备的纳米马达生物相容性好，控制性强，能在葡萄糖溶液，沿着葡萄糖浓度梯度运动，实现酶驱动瓶状纳米马达的趋化运动，在药物携载、毒素清除、肿瘤治疗等生物医学领域具有广泛的应用前景。

Enzyme driven bottle like nano motor and preparation method thereof

The invention provides an enzyme-driven bottle-shaped nanomotor and a preparation method thereof. The steps are as follows: using bottle-shaped nanoparticles, glucose oxidase and catalase as materials, the glucose oxidase and catalase are simultaneously loaded in the bottle-shaped nanoparticles by vacuum perfusion method and ultrasonic perfusion method, and the enzyme is prepared. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple preparation process, good biocompatibility and strong control, and can move along the glucose concentration gradient in glucose solution to realize the chemotactic movement of the enzyme-driven bottle-shaped nanomotor, and drug-carrying. It has broad application prospects in biomedicine such as carrier, toxin clearance, tumor therapy and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种酶驱动瓶状纳米马达及其制备方法
本专利技术涉及医学生物材料
，具体涉及一种酶驱动瓶状纳米马达及其制备方法。
技术介绍
在人们对于未来的展望中，经常有微纳米尺度的器械或机器人进入人体的场景，人们想象这些微纳米器械可以在体内运动并可以治疗一些常规手段难以治疗的疾病的场景。近些年，这些想象逐渐的走向现实，科学家们开展了关于人造微纳米马达的研究。微纳米马达是利用环境中的能量，将化学能，光能，电能等能量转化为自身动能的装置，其驱动方式可分为两类，一类是利用环境中的化学物质，通过局部化学反应将化学能转化为动能以驱动马达运动；而另一类则是无燃料系统，这是通过如光、磁场、超声波等外界刺激以驱动马达运动。其中，化学驱动马达多以过氧化氢为燃料。由于过氧化氢在人体内的含量较低、且对人体具有一定的毒副作用，因此气泡驱动马达的生物实用性较差，而外场驱动马达的控制性较差，难以对其运动进行定位和控制。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践提出了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种酶驱动瓶状纳米马达，其包括瓶状纳米粒子骨架、位于所述骨架内部的两种酶。较佳的，所述瓶状纳米粒子为水热碳化的碳基高分子。较佳的，所述瓶状纳米粒子的瓶壁厚为50-120nm，瓶直径为300-1000nm，瓶长为400-1500nm。较佳的，所述两种酶为葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶。本专利技术还提供了一种酶驱动瓶状纳米马达的方法，其包括以下步骤：步骤一、制备瓶状纳米粒子；步骤二、将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶加入到缓冲溶液中，制备酶混合溶液；步骤三、通过真空灌注法和超声灌注法，将步骤二中所述酶混合溶液灌注进入步骤一所述的瓶状纳米粒子中；步骤四、利用高速离心法去除步骤三所述瓶状纳米粒子外部多余的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶，最终获得酶驱动瓶状纳米马达。较佳的，步骤二中所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲液。较佳的，一种制备酶驱动瓶状纳米马达的方法，包括以下步骤：步骤一、制备瓶状纳米粒子；a、将0.0218-0.087g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和0.0182-0.073g油酸钠(SO)加入10mL-30mL去离子水中，得到混合溶液A，并在25℃水浴中以100rpm/min的速度搅拌0.5-2h；b、将2-5g核糖溶于20-50mL去离子水中，并加入到所述混合溶液A中，在温度为25℃水浴中，以100rpm/min的速度搅拌20-40min，得到混合溶液B；c、将所述混合溶液B转移到75mL反应釜中，放入烘箱中，在160℃温度下时，保持8-20h，并以8500rpm/min的速度离心10-30min，收集得到瓶状纳米粒子粗产品；d、用20mL-50mL去离子水清洗所述粗产品3-5次，再用20mL-50mL乙醇清洗2-3次，每次以8500rpm/min的速度离心15-25min收集，最后在真空度130Pa-140Pa，80℃环境下干燥，最终得到干燥的瓶状纳米粒子；步骤二、制备酶混合溶液；将0.0025-0.02g的葡萄糖氧化酶和0.0025-0.02g的过氧化氢酶加入到1mL的pH为6.5的磷酸盐缓冲液中，超声5-10min，得到酶混合溶液C；步骤三、灌注酶混合溶液进入瓶状纳米粒子中；将0.15mg-0.3mg的步骤一所述的瓶状纳米粒子加入步骤二所述的酶混合溶液C中,超声5-15min,得到分散液D；将所述分散液D放入真空干燥箱中，干燥10-13h后，取出分散液D，超声20-40min；步骤四、去除多余的酶；a、将分散液D从超声环境中取出，以8000rpm/min的速度离心8-15min，分离、收集瓶状纳米马达粗产品；b、向a中所述瓶状纳米马达粗产品中加入10mLpH为6.5的磷酸盐缓冲液，以8000rpm/min的速度离心8-15min后，去除上层清液；c、重复b中步骤3-5次，最终得到酶驱动瓶状纳米马达。与现有技术比较，本专利技术的有益效果在于，本专利技术制备过程简单，制备的纳米马达生物相容性好，控制性强，能在葡萄糖溶液中沿着葡萄糖浓度梯度运动，实现酶驱动瓶状纳米马达的靶向运动，在药物携载、毒素清除、肿瘤治疗等生物医学领域具有广泛的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本专利技术实施例1中酶驱动瓶状纳米马达游动的原理图；图2是本专利技术实施例1中酶驱动瓶状纳米马达在化学驱动下运动的光学显微镜照片；图3是本专利技术实施例1中酶驱动瓶状纳米马达在葡萄糖浓度梯度下趋化运动的光学显微镜照片；图4是本专利技术实施例2中酶驱动瓶状纳米马达的制备方法中步骤三和步骤四的示意图；图5是本专利技术实施例2中制备的酶驱动瓶状纳米马达的透射电子显微镜照片和能量色散X射线探测照片。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例1请参见图1、图2、图3，图1是本实施例中酶驱动瓶状纳米马达游动的原理图；图2是本实施例中酶驱动瓶状纳米马达在化学驱动下运动的光学显微镜照片；图3是本实施例中制备的酶驱动瓶状纳米马达在葡萄糖浓度梯度下趋化运动的光学显微镜照片。本实施例提供了一种酶驱动瓶状纳米马达，其包括瓶状纳米粒子骨架、位于所述骨架内部的两种酶。其中所述瓶状纳米粒子为水热碳化的碳基高分子，所述两种酶为葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶。且本实施例中所用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶均为市售产品，其中葡萄糖氧化酶可以分解葡萄糖，将环境中的化学能转化为动能以驱动瓶状纳米马达运动；而过氧化氢酶能分解葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应过程中产生的过氧化氢，由此可消除过氧化氢对生物体的损伤。所述两种酶均为生物体内已知存在的酶，其使酶驱动瓶状纳米马达具有良好的生物相容性。本实施例中提供的酶驱动瓶状纳米马达能沿葡萄糖浓度梯度进行趋化运动，溶液条件是：葡萄糖浓度为0mM、10mM、25mM、50mM、100mM、400mM。○通过图1可以清晰地看到酶驱动瓶状纳米马达在葡萄糖溶液中游动的原理。其中代表瓶状纳米粒子，“●”代表葡萄糖氧化酶(GOx)，“◆”代表过氧化氢酶(CAT)，“★”代表葡萄糖(C6H12O6)，“ο”代表氧气(O2)。其反应过程如下：其中，瓶口的葡萄糖和氧气进入瓶状纳米马达的内部被葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶催化发生反应导致瓶状纳米马达外部的葡萄糖浓度分布不均。瓶底的葡萄糖浓度高于瓶口的葡萄糖浓度，导致瓶状纳米马达瓶底受到的压力高于瓶口，致使马达向瓶口运动。由图2酶驱动瓶状纳米马达的化学驱动下运动的光学显微镜照片可知，当将瓶状纳米马达放置于100mM葡萄糖溶液中，3秒内马达按图中轨迹进行自推进运动。图中标尺为2μm。图3左边的“Glu”为400mM葡萄糖制备的琼脂糖凝胶，将该凝胶放置在溶液中以建立葡萄糖的浓度梯度，在另一侧放入瓶状纳米马达，在显微镜下观察到马达向着凝胶运动，可以看出瓶状纳米马达会向着葡萄糖浓度升高的方向运动。实施例2请参见图4、图5，图4是本实施例中酶驱动瓶状纳米马达的制备方法中步骤三和步骤四的示意图；图5是本实施例中制备的酶驱动瓶状纳米马达的透射电子显微镜照片和能量色散X射线探测照片。本实施例以瓶状纳米粒子、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶为材料，利用真空灌注法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酶驱动瓶状纳米马达，其特征在于，其包括瓶状纳米粒子骨架、位于所述骨架内部的两种酶。

【技术特征摘要】
1.一种酶驱动瓶状纳米马达，其特征在于，其包括瓶状纳米粒子骨架、位于所述骨架内部的两种酶。2.根据权利要求1所述的酶驱动瓶状纳米马达，其特征在于，所述瓶状纳米粒子为水热碳化的碳基高分子。3.根据权利要求2所述的酶驱动瓶状纳米马达，其特征在于，所述瓶状纳米粒子的瓶壁厚为50-120nm，瓶直径为300-1000nm，瓶长为400-1500nm。4.根据权利要求1所述的酶驱动瓶状纳米马达，其特征在于，所述两种酶为葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶。5.制备如权利要求1-4任一项所述的酶驱动瓶状纳米马达的方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一、制备瓶状纳米粒子；步骤二、将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶加入到缓冲溶液中，制备酶混合溶液；步骤三、通过真空灌注法和超声灌注法，将步骤二中所述酶混合溶液灌注进入步骤一所述的瓶状纳米粒子中；步骤四、利用高速离心法去除步骤三所述瓶状纳米粒子外部多余的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶，最终获得酶驱动瓶状纳米马达。6.根据权利要求5所述的酶驱动瓶状纳米马达的制备方法，其特征在于，步骤二中所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲液。7.根据权利要求5所述的制备酶驱动瓶状纳米马达的方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一、制备瓶状纳米粒子；a、将0.0218-0.087g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和0.0182-0.073g油酸钠(SO)加入10mL-30mL去离子水中，得到混合溶液A，并在25℃水浴中以100rpm/min的速度搅拌0.5-2h；b、将2-5g核糖溶于2...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺强，周昶，高长永，林之华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23