L-精氨酸纳米粒子和一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达及其制备方法与流程

本发明属于新型生物材料，具体涉及l-精氨酸纳米粒子和一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，纳米技术和材料科学也取得了很大的进步。纳米科学逐渐开始受到材料学、物理学、生物学、电子学界的众多研究人员的广泛关注，成为了一个重要的交叉学科。人们受到分子马达的启发，使用纳米科学技术手段仿照分子马达的工作原理制备出了纳米马达。现有的纳米马达从外形上可分为棒状马达、管状马达、球形马达等三大类；同时也包括一些形状不规则的马达，如盘形、螺旋形、囊状、喇叭形等。从动力源可以分为以下两大类：一类是外界物理刺激驱动，通常有磁场、电场、超声波、光照等；另一类是化学能源驱动，通常是水、过氧化氢、酸溶液、联氨、尿素、溴和碘化物等作为燃料，由催化剂与燃料反应产生氢气、氧气、氨气等气体作为动力源推动纳米马达的运动。

当前研究的纳米马达的动力源以及反应过程中的产物大多为人体不需要的废气(如氨气、氢气)或废料(如溴离子)，且大部分催化剂在体内无法降解，残留在体内造成人体负担。2017年marianamedina-sanchez等人发表在nature上的一篇文章提出目前纳米马达研究需要重点考虑可控制、停止并移除的纳米马达，目前还未有能够利用材料本身的消耗而实现纳米马达的降解的报道。因此，亟需开发制备出可降解、以有用组分为动力源、产生的副产物对人体有益的、可降解的新型纳米马达。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种l-精氨酸纳米粒子，该纳米粒子可以通过材料本身的消耗而实现形成的纳米马达的降解。

本发明还提供一种一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达及其制备方法。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种l-精氨酸纳米粒子，其由l-精氨酸与富含正电性官能团的物质形成的纳米粒子。

作为优选，所述富含正电性官能团的物质为二代及以上的超支化聚酰胺或者聚赖氨酸或者壳聚糖。

本发明所述的l-精氨酸纳米粒子的制备方法，将l-精氨酸与富含正电性官能团的物质分别配制成溶液，将二者超声混合后，离心取下层沉淀蒸馏洗涤、干燥制得。

作为优选，所述l-精氨酸溶液的浓度为2.5-15mg/ml。

作为优选，所述富含正电性官能团的物质溶液的浓度为0.1-1mg/ml。

其中，所述l-精氨酸与富含正电性官能团的物质按1-10mll-精氨酸溶液与1-10ml富含正电性官能团的物质溶液超声混合1-60min。

本发明所述以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达，以l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢反应生成的一氧化氮为动力源，以过氧化氢为燃料形成。

本发明所述的一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达的制备方法，由l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，推动纳米粒子运动，成为纳米马达，随着l-精氨酸的消耗，l-精氨酸纳米粒子逐渐降解，最后降解为水溶性物质。

具体为将l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子滴加在载玻片上烘干，滴加过氧化氢溶液，置于显微镜上观察马达运动情况。l-精氨酸与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，形成以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达。

其中，所述的过氧化氢溶液的质量浓度为5-20％。

本发明以l-精氨酸纳米粒子的可降解型纳米马达(粒径为50-200nm)，由正电性基团丰富的物质与l-精氨酸通过静电结合自组装的方式得到。

机理：本发明以过氧化氢为燃料，以l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢反应生成的一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达应用时，利用l-精氨酸与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，成为纳米马达，且随着l-精氨酸的消耗，l-精氨酸纳米粒子逐渐降解，最后降解为水溶性物质可被人体排出体外。一氧化氮具有促进内皮生长、抑制平滑肌细胞的增殖、迁移、调节胶原合成、其它细胞因子等作用；l-精氨酸则具有免疫调节功能，可防止胸腺的退化(尤其是受伤之后的退化)，补充精氨酸能够增加胸腺的重量，促进胸腺淋巴细胞的生长；瓜氨酸则可以提高免疫系统功能、维护关节运动机能、平衡正常的血糖水平、含丰富的抗氧化剂吸收有害的自由基、帮助保持胆固醇的正常水平、维护建康的肺功能，还可以在人体内与氨作用，生成精氨酸和一氧化氮。无论是纳米马达的原料l-精氨酸、动力源一氧化氮还是反应的副产物瓜氨酸均为人体中必需的重要物质，因此本发明提供的合成方法在生物医学领域有广阔的应用前景。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明利用静电结合自组装的方法合成l-精氨酸纳米粒子，利用l-精氨酸与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，成为纳米马达，同时随着l-精氨酸的消耗，l-精氨酸纳米粒子逐渐降解，最后降解为水溶性物质。本发明所述纳米粒子可以通过材料本身的消耗而实现形成的纳米马达的降解，并且制备操作方法简单，合成条件温和，纳米马达在运动过程中无废气、废料产生，且纳米马达的原料l-精氨酸、动力源一氧化氮及反应的副产物瓜氨酸均为人体中必需的重要物质，在生物医学领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1得到的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图；

图2为实施例2得到的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图；

图3为实施例3得到的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图；

图4为实施例4得到的l-精氨酸/聚赖氨酸纳米粒子的tem图；

图5为实施例5得到的l-精氨酸/壳聚糖纳米粒子的tem图；

图6为l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在20％过氧化氢溶液中的运动视频截图：(a)不同时间的运动状态和(b)10s内的运动路线图；

图7为l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在10％过氧化氢溶液中的运动视频截图：(a)不同时间的运动状态和(b)10s内的运动路线图；

图8为l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在5％过氧化氢溶液中的运动视频截图：(a)不同时间的运动状态和(b)10s内的运动路线图；

图9为实施例1得到的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在10％h2o2中的no释放情况；

图10为实施例1得到l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在10％h2o2中的降解情况，(a)0h,(b)1h,(c)3h,(d)6h,(e)18h。

具体实施方式

实施例1

l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的合成：

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的超支化聚酰胺(hpam)配成浓度为0.5mg/ml的溶液。

(3)取1ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.5mg/ml的超支化聚酰胺溶液1ml。持续超声5min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥，得到l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子待用。本实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图如图1所示，图中可看出通过该方法合成了粒径约为130nm的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子，其具有较规则的几何外形。

实施例2

l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的合成：

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为2.5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的超支化聚酰胺(hpam)配成浓度为0.5mg/ml的溶液。

(3)取1ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.5mg/ml的超支化聚酰胺溶液1ml。持续超声5min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。本实施例2制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图如图2所示，图中可看出通过该方法合成了粒径约为100nm的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子。

实施例3

l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的合成：

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为15mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的超支化聚酰胺(hpam)成浓度为0.5mg/ml的溶液。

(3)取1ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.5mg/ml的超支化聚酰胺(hpam)1ml。持续超声5min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。本实施例3制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的tem图如图3所示，随着l-精氨酸浓度的增加，l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的粒径逐渐增加，当l-精氨酸浓度到达15mg/ml时，粒径已大于500μm，且出现明显的结晶现象。

实施例4

l-精氨酸/聚赖氨酸纳米粒子的合成：

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的聚赖氨酸配成浓度为0.5mg/ml的溶液。

(3)取1ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.5mg/ml的聚赖氨酸溶液1ml。持续超声5min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。本实施例4制备的l-精氨酸/聚赖氨酸纳米粒子的tem图如图4所示，图中可看出通过该方法合成了粒径约为800nm的l-精氨酸/聚赖氨酸纳米粒子。

实施例5

l-精氨酸/壳聚糖纳米粒子的合成：

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的壳聚糖配成浓度为0.5mg/ml的溶液。

(3)取1ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.5mg/ml的聚赖氨酸溶液1ml。持续超声5min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。本实施例5制备的l-精氨酸/壳聚糖纳米粒子的tem图如图5所示，图中可看出通过该方法合成了粒径约为200-500nm的l-精氨酸/壳聚糖纳米粒子。

实施例6

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为2.5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的超支化聚酰胺(hpam)配成浓度为0.1mg/ml的溶液。

(3)取5ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入0.1mg/ml的超支化聚酰胺溶液5ml。持续超声1min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。

实施例7

(1)称取l-精氨酸(l-arg)溶于水中配成浓度为2.5mg/ml的溶液；

(2)称取一定量的超支化聚酰胺(hpam)配成浓度为1mg/ml的溶液。

(3)取10ml上述配置的l-精氨酸溶液，超声，并向其中逐滴加入1mg/ml的超支化聚酰胺溶液10ml。持续超声60min后，12000rpm/min离心，下层沉淀蒸馏水洗涤两次干燥待用。

实施例8

以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达：

将实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子滴加在载玻片上，于37℃烘箱中烘干。滴加质量浓度为20％的过氧化氢溶液，置于显微镜上观察马达运动情况。l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，形成以一氧化氮为动力源，以过氧化氢为燃料的可降解型纳米马达。

如图6所示，l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在质量浓度20％过氧化氢溶液中的运动状态，由图中可看出该马达能持续均匀产生no气体并且运动路线呈直线，并且运动速率较快。

实施例9

以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达：

将实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子滴加在载玻片上，于37℃烘箱中烘干。滴加质量浓度为10％的过氧化氢溶液，置于显微镜上观察l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的运动情况。l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，形成以一氧化氮为动力源，以过氧化氢为燃料的可降解型纳米马达。

如图7所示，l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在质量浓度10％过氧化氢溶液中的运动状态，由图中可看出该马达能持续均匀产生no气体并且运动路线呈圆圈式，这与超支化聚酰胺空腔内装载了不对称的l-精氨酸当其与过氧化氢反应时受力不均有关。

实施例10

以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达：

将实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子滴加在载玻片上，于37℃烘箱中烘干。滴加质量浓度为5％的过氧化氢溶液，置于显微镜上观察l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子运动情况。l-精氨酸纳米粒子与过氧化氢的氧化还原反应释放出一氧化氮气泡，由此推动纳米粒子运动，形成以一氧化氮为动力源，以过氧化氢为燃料的可降解型纳米马达。

如图8所示，l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在质量浓度5％过氧化氢溶液中的运动状态，由图中可看出该马达能持续均匀产生no气体并且运动路线呈曲线。

实施例11

以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达的no释放。

将实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子分为7组，每组加入1ml10％h2o2溶液中分别反应10min，30min，1h，2h，3h，6h，9h，用二氧化锰中止反应，12000rpm/min离心取上清液，待用。将上述上清液用一氧化氮试剂盒(硝酸还原酶法)检测各样品的no的含量。实施例9中no释放情况如图9所示，由图中可以看出在实验组设置的时间范围内no的释放量在持续增加，9h的no释放总量达15.9μmol·l^-1并在前1h，no的释放速率较快，释放量达释放总量的52％。

实施例12

以一氧化氮为动力源的可降解型纳米马达的降解过程。

将实施例1制备的l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子置于质量浓度为10％的过氧化氢溶液中，37℃下孵育1h,3h,6h,18h。12000rpm/min离心取下层tem观察l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子的降解情况，tem见图10。由图10中可以看出l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子在10％的过氧化氢溶液中随时间的降解过程，随着反应时间的延长，l-精氨酸/超支化聚酰胺纳米粒子表面逐渐变得粗糙，且粒径逐渐减小。