一种全肽纳米胶球的快速光化学合成方法技术

本发明专利技术涉及一种全肽纳米胶球的快速光化学合成方法。本法以含双端二酪氨酸的序列肽为可交联前体，通过光照前体、光敏剂、氧化剂混合溶液在水中快速光化学合成纳米胶球。前体可借助多肽数据库从头设计、标准化固相合成，利用高光强光反应器光照，在数分钟内实现多肽链段初级结构向功能胶球高级结构的转化。可通过前体浓度、pH环境调控胶球形貌和颗粒大小，可通过光照强度、光敏剂/氧化剂配比调控交联程度、合成反应快慢，可设计亲水/疏水/离子型的重复肽序列调控胶球的空间占位、两亲性、水溶性、电荷分布、包载特性。纳米胶球基于完全的肽单元结构，生物相容性优异，可包载分子、离子构筑纳米探针，实现荧光成像、磁共振成像等生物医学应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种全肽纳米胶球的快速光化学合成方法


[0001]本专利技术涉及一种全肽纳米胶球的快速光化学合成方法。该方法以含有双端二酪氨酸序列的多肽（YY多肽单体）为可交联前体，利用高光强光反应器光照，在数分钟内快速实现多肽链段初级结构向功能胶球高级结构的转化。

技术介绍

[0002]目前，用于构筑纳米体系的材料主要分为有机材料、无机材料和复合材料，无机材料包括介孔硅、量子点、金纳米颗粒、碳纳米管、氧化铁、氧化锰纳米颗粒等，由于与生物结合的能力较弱，易在脏器中沉积而难以代谢，存在相容性差，降解性差等隐性的安全问题，常常经过有机材料的包覆或修饰以实现更好的生物效应，有机材料主要包括蛋白质、多肽、多糖、核酸、高分子聚合物等，因其与生物体的组成具有同源性，相容性良好，在体内的活性位点丰富，展现出优异的靶向性和响应性，使得这一类材料在纳米技术的发展中受到广泛的关注和研究。
[0003]超分子组装利用离散的构建块来生产生物相容性的功能材料，这些材料在成像、药物传递和组织工程中得到了广泛的开发和应用。多肽及氨基酸作为最重要的天然构建模块之一，因其具有路由合成、功能序列编码、生物相容性和降解以及自底向上的高级结构架构等诸多优点而备受关注。肽的组装是由非共价或共价相互作用控制的，包括氢键、π
‑
π堆积、疏水相互作用、二硫键S
‑
S键、苯丙氨酸聚合、双酪氨酸交联等，驱动肽的组装过程。
[0004]二苯丙氨酸（FF）等芳香族双肽常作为自折叠基序驱动两亲性纳米纤维的构建。在该条件下，π
‑<br/>π堆积是管状结构自组装的核心驱动力，通过合成肽编码可赋予其所需的功能。例如，美国纽约城市大学（City University of New York）的Ulijn等（ACS Nano. 2020, 14, 15056）等在肽端引入带正电的赖氨酸（K）残基，得到的纳米纤维可以用Alexa
‑
488染料的阴离子磺酸盐静电标记，并应用于原位超分辨率成像。从理论上讲，芳香族残基如苯基（F）和酪氨酸（Y）在肽两亲体上的离散分布与相应的三维双结网络有关。此外，芳香多肽的交叉堆积，伴以交替间隔、氢键或疏水相互作用，甚至可以驱动纳米球、纳米棒、纳米囊泡、纳米管、和液
‑
液相分离（LLPS）在细胞中的形成。
[0005]同为芳香族氨基酸，酪氨酸作为多肽的组成单元之一，在动植物体内的弹性蛋白、结缔组织、生物膜的形成过程中发挥着重要作用，它可以经历Fenton反应或酶催化等交联过程形成双酪氨酸结构，表现出重要的生理功能，例如在蜻蜓翅膀弹性蛋白中的双酪氨酸结构具有优异的机械性能，可以极大增强翅膀的结构强度，足以承受飞行过程中高频剪切振动；再比如非洲的伊蚊肠道内存在一层特殊的由双酪氨酸构成的生物膜，由于其致密的结构，可以完全隔绝伊蚊在吸食宿主血液时感染寄生虫的可能性。特别是，这种双酪氨酸结构还可以通过光化学反应交联形成，在光的激发作用下，形成酪氨酸自由基中间体，与附近的酪氨酸发生异构化，异构体通过质子耦合电子转移脱去氢原子，形成双酪氨酸。
[0006]在传统的氨基酸二元体作为驱动序列的实例中，多以非共价结合的方式构建纳米体系，如双苯丙氨酸之间形成的π
‑
π堆积和疏水作用，这种相互作用对合成的反应条件要求
苛刻，仍然受到溶剂、温度、pH环境、离子强度、预组装方法等诸多因素的限制，并且其形貌难以控制、尺寸难以调节。找到一种能够轻易控制、受环境影响小的构建方法至关重要，从而实现可控的尺寸调节等，提高其生物利用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种由双端二酪氨酸序列交联驱动，在光照下快速构建颗粒大小可调、可包载探针的全肽纳米胶球的光化学合成方法，其生物相容性极好，可实现多种生物医学应用，例如生物成像、生物传感、基因载体等。
[0008]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于合成反应在水相环境中进行，而且所得产物也具有高度亲水性，在水相环境中分散良好。
[0009]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于具有球状纳米结构，球颗粒大小在50 ~ 400 nm之间。
[0010]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于可以通过光照强度控制全肽纳米胶球的合成速度，光照反应时使用的典型光强为1 ~ 500 mW/cm2，所使用的光源为单波长LED高功率光反应器，通过调节其电流控制光强，调控反应时长。
[0011]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于合成时可以加入光敏剂、氧化剂促进胶球的光化学合成，根据光源的类型，可使用的光敏引发剂为氯化三(2,2
’‑
联吡啶)钌(II)六水合物Ru(bpy)3Cl2·
6H2O、苯基双（2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基）氧化膦C
26
H
27
O3P、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮C
10
H
12
O2等，氧化剂为过硫酸铵(NH4)2S2O8、过硫酸钾K2S2O8、过硫酸钠Na2S2O8等，反应时间可控制在数分钟内。
[0012]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于可以通过设计可交联多肽前体，即设计含双端二酪氨酸的序列肽为亲水型、疏水型、离子型的肽重复序列，调控多肽纳米胶球的空间占位、两亲性、水溶性、电荷分布、包载特性。
[0013]本专利技术所述的全肽纳米胶球，其特征在于可包载功能分子或离子，且包载量可以依投料比调节，包载的质量百分比通常为0 ~ 35%，称为包载型全肽纳米胶球。
[0014]本专利技术所述的包载型全肽纳米胶球，其特征在于共组装光交联的合成方式，即在按照配比合成全肽纳米胶球时，进一步在体系中加入功能分子或离子能够直接得到包载功能分子或离子的全肽纳米胶球，实现全肽纳米胶球的进一步功能化。
[0015]本专利技术所述的包载型全肽纳米胶球，其特征在于所包载的功能分子选自近红外类染料如罗丹明、亚甲基蓝、IR780等，或抗癌药物如阿霉素、紫杉醇、喜树碱等中的任一或几种。其特征在于所包载的功能离子选自Gd、Mn、Pt、Cu、Fe、Zn、Au中的任一或几种。
[0016]本专利技术所述的包载型纳米胶球，其特征在于通过调整YY多肽单体中肽重复序列的类型，可适应多种功能分子，如增加其中苯丙氨酸等疏水氨基酸的重复数量，能够提高疏水性功能分子的包载比例；增加其中天冬氨酸等阴离子型氨基酸的重复数量，能够提高正电功能分子或离子的包载比例。
[0017]本专利技术的核心设计在于引入了6
‑
氨基己酸和天冬氨酸，调节分子的空间占位、两亲性、水溶性、电荷分布及包载特性，以不同数量交替构成六条含双端二酪氨酸多肽单体0 ~ 5DYY，在光敏剂、氧化剂的作用下，置于水相体系中，快速交联形成交联纳米结构。
[0018]优选地，本专利技术所述的全肽纳米胶球特征在于所述的YY多肽单体为3DYY多肽单
体，其终浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全肽纳米胶球，其特征在于基于完全的肽单元结构，以含双端二酪氨酸的序列肽为可交联前体，在光照条件下，在水相环境中快速合成。2.根据权利要求1所述的全肽纳米胶球，其特征在于合成反应在水相环境中进行，而且所得产物也具有高度亲水性，在水相环境中分散良好。3.根据权利要求1所述的全肽纳米胶球，其特征在于具有球状的纳米结构，颗粒大小在50 ~ 400 nm之间。4.根据权利要求1所述的全肽纳米胶球，其特征在于可以通过光照强度控制全肽纳米胶球的合成快慢，光照反应时使用的典型光强为1 ~ 500 mW/cm2。5.根据权利要求1所述的全肽纳米胶球，其特征在于合成时可以加入光敏剂、氧化剂促进胶球的光化学合成，可使用的光敏引发剂为氯化三(2,2
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联吡啶)钌(II)六水合物Ru(bpy)3Cl2·
6H2O、苯基双（2,4,6
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三甲基苯甲酰基）氧化膦C
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H
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O3P、2
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羟基
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甲基
‑1‑
苯基丙酮C
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢楠，赵静怡，刘昊，何思洁，
申请(专利权)人：首都医科大学，
类型：发明
国别省市：