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    《Mater. Horiz.》:微流體技術高效可控制備類黑色素納米材料
    2020-04-27  來源:高分子科技

      黑色素(Melanin)是一種常見的天然高分子,大到哺乳動物小到某些特定的細菌都能產生黑色素。我們最熟悉的一類能產生黑色素的動物莫過于章魚。當章魚感受到外界的威脅時,就會噴出墨汁,其中就富含了黑色素納米顆粒。兩千多年前,古希臘和古羅馬人就將章魚墨汁入藥,雖然當時他們并不知道其中真正的有效成分。在我國經典《本草綱目》中也有將章魚墨囊干粉藥用的記載。近些年的研究表明,章魚墨汁中的黑色素有消除活性氧自由基的作用,在抗氧化和抗炎方面有良好的應用前景。


      黑色素納米顆粒的生物合成是一個精密可控的過程。在章魚體內有一些細胞富含黑色素體(直徑約0.5到1毫米的細胞內囊泡),其中酪氨酸和3,4-二羥基-L-苯丙氨酸(DOPA)底物經過一系列的酶級聯反應,最終形成黑色素納米粒。通過透射電鏡觀察發現,這些黑色素納米粒呈均勻的球形,平均大小約為150 納米。而且在一個黑色素體囊泡內可同時容納多達30個黑色素納米粒。這些現象表明黑色素納米粒子可能是在一個高濃度的環境中由一系列酶催化而形成的。整個過程凸顯了生物合成的高效性和可控性。



      受此啟發,芬蘭赫爾辛基大學藥學院Helder Santos課題組利用玻璃毛細管的微流控裝置模擬了黑色素的生物合成過程。通過強堿性條件氧化高濃度多巴胺,并通過強酸性條件快速終止反應,實現了單分散類黑色素納米粒的高效可控制備。傳統的化學制備方法盡管也可以生成均一的黑色素納米粒,但多巴胺底物只能在非常稀的濃度下以緩慢的速率進行反應(通常需要1-3天)。一旦通過升高底物濃度來加速制備過程,過快的反應速率和反應物的不均勻混合,會導致生成的納米顆粒粒徑非常不均勻。相比之下,微流控技術可以在復雜、微型化的毛細管中精確控制超快的液體混合和物質交換。所有的試劑可以在毫秒內實現有效混合,從而營造一個均勻的反應環境。


      該方法首次實現了在高濃度的基質溶液中,幾秒之內制備單分散的類黑色素納米粒。通過簡單地調整微流控裝置的參數,可以精確地控制納米粒的大小和形態。用微流控法制備的這些類黑色素納米粒與用傳統方法制備的具有相似的化學成分,而且也具有消除活性氧自由基的作用。體外實驗表明,該納米粒可以通過調控巨噬細胞的極化來緩解炎癥,在抗炎方面具有良好的應用前景。


      以上成果發表在最新一期Materials Horizons上。論文的第一作者為赫爾辛基大學博士后王詩琪和泰國宋卡王子大學博士生Saowanee Wannasarit,通訊作者為赫爾辛基大學李威研究員Helder Santos教授


      論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/MH/D0MH00014K#!divAbstract

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