CN110526222A - 一种硒纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硒纳米颗粒的制备方法，涉及有生物活性的单质硒相关技术领域，包括以下步骤：在0‑100℃的反应温度下，使反应介质中的可溶性硒源和可溶性氧化还原试剂反应一段时间来制备的，所述反应介质中含有能亲和元素硒的大分子，选自可溶性蛋白或蛋白水解产物或它们的组合，所合成的颗粒的尺寸覆盖在20‑100nm的范围内。本发明公开了一种尺寸范围为20‑100nm的硒纳米颗粒。本发明通过将硒源与还原剂或氧化剂按照1：10‑1：4比例，直接混合反应可以来制备稳定的超小尺寸硒颗粒，大分子通过硒和大分子的氮/氧之间的作用亲和吸附在超小硒颗粒的表面，这能保证超小硒颗粒在水溶液中能很好地分散，不聚集，具有更好的生物利用度。

Description

一种硒纳米颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及有生物活性的硒颗粒相关技术领域，并且更具体地涉及一种具有20-100nm粒径尺寸的硒纳米颗粒及其硒纳米颗粒的制备方法。
背景技术
硒是人必需的微量元素，在哺乳动物体内的主要形式是以硒蛋白的形式存在，在一些酶反应中起到的催化作用，硒还具有抗氧化的作用。
用某些真菌和细菌还原硒酸盐和亚硒酸盐使之成为硒颗粒，这也是微生物解毒硒无机盐的代谢方式(参见Applied and Environmental Microbiology，2004，70，52-60,Structural spectral features of selenium nanospheres produced by Se-respiringbacteria)。被微生物解毒的硒颗粒存在于微生物细胞内和细胞外(参见上文)，但这些硒颗粒是否具有被植物或动物或人体吸收利用的生物利用度，并没有研究报道。
虽然制备硒颗粒的方法已经被报导，但通过这些报道方法所生成的硒颗粒，由于颗粒表面没有修饰稳定分子，硒颗粒在水溶液中是不稳定的，它们易于聚集在一起形成更大的微米级颗粒。因此，制备稳定的、不聚集为微米级大颗粒的超小硒颗粒，进而保持这种硒颗粒的生物利用度是非常必要的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种硒纳米颗粒及其制备方法，解决了背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种硒纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：在0-100℃的反应温度下，使反应介质中的可溶性硒源和可溶性氧化还原试剂反应一段时间来制备的，所述反应介质中含有亲和元素硒的结合大分子，选自可溶性蛋白或蛋白水解产物或它们的组合，所合成的颗粒的尺寸覆盖在20-100nm的范围内。
可选的，大分子与硒颗粒表面的硒原子发生亲和。
可选的，所述氧化还原试剂可以还原或氧化硒源形成单质硒。
可选的，所述与硒亲和的大分子可来源各种生物，包括植物，动物，细菌和真菌的粗消化提取物，硒结合大分子还应该包括任何形式的混合大分子和分子修饰，或消化的核酸-蛋白质的产物，以及它们的改性分子。
可选的，所述硒源可以选自如下硒酸和硒盐：H2Se03，H2Se04，Na2Se03，Na2Se，H2Se，Na2Se04，Na2SSe03。
可选的，所述硒结合分子以至少0.01％的质量比的浓度存在与水反应介质中。
可选的，所述氧化还原剂选自L-谷胱甘肽，L-半胱氨酸，L-抗坏血酸，柠檬酸，柠檬酸盐，硫代乙酰胺，2-硫代-6-氮尿苷，硫化细菌-芽孢肉汤，2-硫代巴比妥酸，2-α-硫胞嘧啶，1-硫甘油，巯基乙酸盐培养液，巯基乙酸，6-硫鸟嘌呤，硫羟乳酸，硫羟苹果酸，2-巯基嘌呤，硫脲，4-硫代尿苷和H2O2。
一种硒纳米颗粒，其是按照上述方法制备得到的尺寸范围为20-100nm的硒颗粒。
可选的，所述硒颗粒中包括无定形硒的超小硒颗粒。
可选的，所述硒颗粒包括单斜晶硒的超小硒颗粒。
(三)有益效果
本发明提供了一种硒纳米颗粒及其制备方法，具备以下有益效果：
(1)、本发明通过将硒源与还原剂或氧化剂按照1：10-1：4比例，直接混合反应可以来制备稳定的超小尺寸硒颗粒，大分子通过硒和大分子的氮/氧之间的作用亲和吸附在超小硒颗粒的表面，这能保证超小硒颗粒在水溶液中能很好地分散，不聚集。
(2)、本发明制备的超小硒颗粒具有更好的生物利用度，更好的生物有效性，可作为一个更为有效的营养添加。
附图说明
图1为本发明实施例一合成的22nm至70nm粒径范围之间的硒颗粒的透射电子显微镜照片图。
图2为本发明实施例一合成的无定形硒颗粒的电子衍射图。
图3为本发明实施例四合成的30nm至100nm之间大小硒颗粒的透射电子显微镜照片图。
图4为本发明实施例四合成的单斜晶系硒颗粒的电子衍射图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，术语“包含”，“包括”，“有”，并且任何变体意在涵盖非排他性的内含物，使得过程，方法，物品，装置或组合物，其包含元素的列表是不一定限于那些要素，而是可以包括其它未明确列出的或固有的这些过程，方法，物品，设备或组成元素。颗粒，球，硒可互换地使用在本申请中的术语，它们都代表形成在这里描述的反应中的超小硒颗粒。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
所公开的创新，在各种实施例中，提供一个或多个的至少下述优点。然而，并非所有的这些优点都是来源于每一个公开的创新，这些优点不限制于各个要求保护的发明。
通常，硒源化合物，例如，亚硒酸钠与大约4倍的摩尔比的还原剂，例如柠檬酸混合。首先将这些材料溶解于含有硒结合大分子的水反应体系中。在反应介质中，当硒颗粒的尺寸达到的20-100nm范围时，硒结合大分子可以包覆在硒颗粒的表面，延缓和停止硒颗粒进一步长大和颗粒之间的相互聚集。硒结合大分子通常指聚合物分子，包括高聚或低聚的核苷酸，蛋白，糖类，肽类，可溶性蛋白和核酸分子。这些硒结合高分子材料可以结合到所形成的硒颗粒的表面，增强不同硒颗粒之间的静电斥力，防止不同颗粒进一步聚集。缺乏硒结合大分子的反应介质中，反应会迅速聚合制备无定形的或单斜晶系元素硒颗粒，这些硒颗粒最终将成为微米级的硒颗粒，不具有生物利用度。
在本公开的发明中，还原性试剂可以是还原剂或者氧化剂，可以还原硒盐成单质硒。
例如一种反应利用的还原剂是L-谷胱甘肽
Na2SeO3+4GSH+H2O→Se+2H2O+2GSSG+2NaOH
另外一种反应利用的是氧化剂，如H2O2
Na2Se+H2O2→Se+2NaOH
所生成的硒原子将聚集形成单质硒颗粒，后者是由硒原子构成，并表面组装有稳定硒颗粒的大分子。
在优选实施例中，反应介质是水和至少含有一种类型的硒结合大分子。硒结合大分子包含胺或核酸碱基的氮，其与所生成的硒颗粒中的硒原子结合到颗粒的表面，从而防止颗粒进一步的生长。
在优选的实施方案中，硒结合大分子的量应该与反应性组分相容并在水性反应介质至少占约0.01％(质量比)，优选至少占约0.1％，甚至可以高达80％。如果有需要，可以同时使用两种或更多种硒结合大分子的混合物。
在优选的实施方案中，硒结合分子包括可溶性蛋白，聚/寡肽氨基酸，微生物核糖核酸或微生物脱氧核糖核酸，人工合成核糖核酸或脱氧核糖核酸，植物多糖，菌类多糖。
在优选实施例中，所述硒源，例如硒盐或硒酸直接与还原剂反应，如化学品硫醇或羟基醇，或氧化剂，如02，03，H202，或自由基氧物种。其它代表性的硒源包括H2Se03，H2Se04，Na2Se03，Na2Se，H2Se，Na2Se04，Na2SSe03，或本领域技术人员所熟知的类似物。其它代表性的还原剂本领域技术人员所熟知的包括半胱氨酸，谷胱甘肽，抗坏血酸，硫醇，柠檬酸，L-谷胱甘肽，L-抗坏血酸，柠檬酸盐，硫代乙酰胺，2-硫代-6-氮尿苷，硫化细菌-芽孢肉汤，2-硫代巴比妥酸，2-α-硫胞嘧啶，1-硫甘油，巯基乙酸盐培养液，巯基乙酸，6-硫鸟嘌呤，硫羟乳酸，硫羟苹果酸，2-巯基嘌呤，硫脲，4-硫代尿苷等。可以使用两种或更多种硒盐和两种或多种还原剂的混合物进行反应。
在优选实施例中，在0-100℃之间的温度下，一种或多种上述两类材料混合在含有硒结合大分子的含水反应介质中不超过24小时。优选的反应温度随着不同的反应物和不同硒结合大分子而变化。
例如，在含有可溶性豆蛋白的含水反应体系中，亚硒酸钠与L-半胱氨酸以约1：4摩尔反应比在优选的反应温度大约为40℃的条件下进行反应。在含有植物多糖的含水反应体系中，硒化钠与H2O2以大约1：1的摩尔比在优选的反应温度大约在80℃的条件下进行反应。在含有人工合成核糖核酸的含水溶液中，亚硒酸钠与柠檬酸钠以约1：6的摩尔反应比在优选的反应温度大约为80℃的条件下进行反应。在含有植物多糖的含水反应体系中，硒酸与L-抗坏血酸以约1：4摩尔比的反应比在优选的反应温度大约在70℃的条件下进行反应。最终的产物是表面修饰硒结合大分子的颗粒尺寸在20-100nm的硒颗粒。
硒盐/酸与硫醇/羟基醇可以在含水反应介质中以1：4的摩尔比进行反应。这个比例从1：32变化至8：1时对最终产品的质量没有特别大的影响。优选的反应物硒盐的浓度可以从50umol/L变化至0.5mol/L，尽管更高和更低的浓度也可被使用。如果需要的话反应可以由搅拌器进行搅拌。
该反应的产物可以通过简单地除去水获得硒颗粒粉末。可以通过本领域技术人员所熟知的蒸发，过滤的方法实现。
实施例一：
亚硒酸钠(99.99％)，L-半胱氨酸(99.99％)，可溶性豆蛋白(80％)购自Sigma公司，并储存在干燥箱中。水在使用前进行蒸馏。50g可溶性豆蛋白被加入1000ml的100mM的亚硒酸钠溶液中。不断向溶液中加入L-半胱氨酸直到达到L-半胱氨酸的终浓度达到400mM，将所得的混合物在25℃下搅拌10小时。然后钠离子和氧化的L-半胱氨酸通过透析的方法除去，如此得到的溶液中含有可溶性豆蛋白保护的无定形硒颗粒。所得到的无定形硒颗粒通过透射电子显微镜表征。如图1所示，硒颗粒被沉积到无定形碳覆盖的铜网格上并在200kV的加速电压条下的JEOL 2010显微镜下进行成像。如图1所示，硒颗粒从22-70nm不等，平均尺寸大小为35nm。图2对应的是这些颗粒的电子衍射图。
实施例二：
抗坏血酸被用作还原剂代替实施例一中的L-半胱氨酸。重复实施例一的制备方法，类似的无定形硒颗粒可以得到(未给出电镜照片和电子衍射图片)。
实施例三：
使用硒酸钠代替实施例一的亚硒酸钠，制备的反应温度是50℃。无定形硒颗粒尺寸从30-100nm不等，(未给出电镜照片和电子衍射图片)。
实施例四：
与实施例一中相似的反应条件，用琼脂糖，一种多糖用作硒结合分子，将反应保持在70℃进行8小时。如图3和图4所示，电子照片和电子衍射花样表明，该产品是在单斜晶体硒颗粒。
实施例五：
与实施例一中相似的反应条件，使用Na2SSe03代替亚硒酸钠，使用1mMH2O2氧化剂代替还原剂L-半胱氨酸。此外，分子量大约是50kb的人工合成脱氧核糖核酸被用来代替可溶性豆蛋白。该产品是在单斜晶体硒颗粒(未给出电镜照片和电子衍射图片)。
需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以下附加一些参考文献信息，以助于理解相关的变化方式，这些内容通过引用并入本发明中：
Gao,Xueyun et al.,(2000)Weisheng Yanjiu,29(1),57-58；
Gao,Xueyun et al.,(2000)Zhongguo Gonggong,Weisheng,16(5),421-422；
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Jiri Touzin et al.,(2002)Collection of Czechoslovak ChemicalCommunications,67(5),577-586；
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Tomei,F.A.et al.,(1995)Journal of Industrial Microbiology,14,329；
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Nuttall,K.L.,(1987)Med.Hypotheses,24,217；
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Gates et al,(2002)Advanced Functional Materials,12,221；
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Peng,Dungeng；et al.,(2007)Journal of Inorganic Biochemistry 101p1457-1464。

Claims (10)

1.一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在0-100℃的反应温度下，使反应介质中的可溶性硒源和可溶性氧化还原试剂反应一段时间来制备的，所述反应介质中含有亲和元素硒的结合大分子，选自可溶性蛋白或蛋白水解产物或它们的组合，所合成的颗粒的尺寸覆盖在20-100nm的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
大分子与硒颗粒表面的硒原子发生亲和。
3.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
所述氧化还原试剂可以还原或氧化硒源形成单质硒。
4.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
所述与硒亲和的大分子可来源各种生物，包括植物，动物，细菌和真菌的粗消化提取物，硒结合大分子还应该包括任何形式的混合大分子和分子修饰，或消化的核酸-蛋白质的产物，以及它们的改性分子。
5.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
所述硒源可以选自如下硒酸和硒盐：H2Se03，H2Se04，Na2Se03，Na2Se，H2Se，Na2Se04，Na2SSe03。
6.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
所述硒结合分子以至少0.01％的质量比的浓度存在与水反应介质中。
7.根据权利要求1所述的一种硒纳米颗粒的制备方法，其特征在于：
所述氧化还原剂选自L-谷胱甘肽，L-半胱氨酸，L-抗坏血酸，柠檬酸，柠檬酸盐，硫代乙酰胺，2-硫代-6-氮尿苷，硫化细菌-芽孢肉汤，2-硫代巴比妥酸，2-α-硫胞嘧啶，1-硫甘油，巯基乙酸盐培养液，巯基乙酸，6-硫鸟嘌呤，硫羟乳酸，硫羟苹果酸，2-巯基嘌呤，硫脲，4-硫代尿苷和H2O2。
8.一种硒纳米颗粒，其是按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的尺寸范围为20-100nm的硒颗粒。
9.根据权利要求8所述的一种硒纳米颗粒，其特征在于：所述硒颗粒中包括无定形硒的超小硒颗粒。
10.根据权利要求8所述的一种硒纳米颗粒，其特征在于：所述硒颗粒包括单斜晶硒的超小硒颗粒。
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