CN112661986B - 一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达及其制备方法和应用 - Google Patents
一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达及其制备方法和应用，该纳米马达主要由磺酸基甜菜碱类两性离子单体与L‑半胱氨酸反应，在引发剂引发下与交联剂聚合形成的纳米粒子。本发明的纳米马达可利用胱硫醚β合成酶催化L‑半胱氨酸产生硫化氢，硫化氢气体分子作为推动力驱动纳米粒子运动，同时纳米马达结构中的二硫键可在还原型谷胱甘肽作用下断裂，纳米马达被降解为低分子量的聚合物片段，可通过肝脏和肾脏的代谢作用被清除人体。本发明的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达制备方法简单高效，使用方便，具有优异的生物相容性、肿瘤微环境响应性和抗非特异性蛋白质粘附行为，在生物医药领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于新型生物纳米材料，具体涉及一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达及其制备方法和应用。
背景技术
微纳米马达因具有将光、热、声、化学等形式的能量转化为动能的特性，受到研究人员的广泛关注。目前，微纳米马达种类繁杂，按照驱动方式不同可将其分为以下三类：化学类微纳米马达(以过氧化氢、尿素、水等为燃料与微纳米马达基材中的催化剂或活泼金属发生化学反应，产生氧气、氨气、氢气等气体驱动微纳米马达)；物理类微纳米马达(通过外界物理刺激，如磁场，超声波，光照等驱动微纳米马达)；生物类微纳米马达(依靠细菌，精子等均有运动性能的活性生物单位驱动微纳米马达)。
其中，化学类微纳米马达凭借其较高的生物安全性和优异的治疗效果被广泛研究。但目前的化学类微纳米马达多产生氢气、氨气或金属氢氧化物等无用或甚至毒性物质，累积在体内无法分解的纳米粒子也会带来一定的器官毒性，对人体造成二次伤害。目前，参照生物细胞自身代谢过程设计的可降解化学纳米马达鲜有报道。因此，一种新型可降解仿生纳米马达亟待开发。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种新型可降解、生物相容性好的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达。
本发明还提供基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达的制备方法和应用。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，所述纳米马达主要由磺酸基甜菜碱类两性离子单体与L-半胱氨酸反应，在引发剂引发下与交联剂聚合形成的纳米粒子。
其中，所述磺酸基甜菜碱类两性离子单体为链端各含有一个双键的磺酸基甜菜碱，其烷基链碳原子数目可为8-18个。本发明中的磺酸基甜菜碱类两性离子单体包含不同烷基链的磺酸基甜菜碱类两性离子，优选以[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵作为典型单体进行合成。
其中，所述交联剂为含有二硫键的双键交联剂。具体可为N,N'-双丙烯酰胱胺等。
其中，所述引发剂为油溶性偶氮类引发剂，包括偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈或者偶氮二异丁酸二甲酯。
其中，所述纳米马达以L-半胱氨酸为燃料，以肿瘤细胞环境中的胱硫醚β合成酶催化L-半胱氨酸产生的硫化氢气体分子为动力源，推动纳米马达的运动；所述纳米马达的二硫键在还原型谷胱甘肽作用下断裂，纳米马达可降解为低分子量的聚合物片段。
本发明所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磺酸基甜菜碱类两性离子单体在氯化亚砜中反应，分离纯化后得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将步骤(1)中得到的磺酰氯基甜菜碱单体溶解于二氯甲烷中，加入L-半胱氨酸，超声分散，反应得到纳米马达聚合单体；
(3)将步骤(2)反应得到的聚合单体，溶解于乙腈中，加入交联剂和引发剂，反应后离心洗涤，冷冻干燥得到最终产物基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达。
其中，步骤(1)所述磺酸基甜菜碱类两性离子单体与氯化亚砜的质量比为1：100-1：200，室温过夜反应。
其中，步骤(2)所述磺酰氯基甜菜碱单体与L-半胱氨酸反应的质量比为1：1-3：2，反应时磺酰氯基甜菜碱单体的浓度为2.5-10mg/mL，反应温度为30-60℃，过夜反应。
其中，步骤(3)中纳米马达聚合单体与交联剂的质量比为1：1-7：1，纳米马达聚合单体与引发剂的质量比为35：1-70：1，反应时溶液的纳米马达聚合单体浓度为2.3mg/mL-7mg/mL，反应温度为80-120℃，反应时间1-2h。
本发明所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达在制备治疗炎症、癌症药物，以及细胞膜和肌肉组织的合成药物中的应用。
本发明的纳米马达具有良好的生物相容性、抗非特异性蛋白质粘附行为，溶血率0.1-5％，非特异性蛋白质种类包含纤维原蛋白、血清蛋白、免疫球蛋白等。
机理：本发明中基于两性离子的硫化氢纳米马达的制备思路如下：先将磺酸基甜菜碱类两性离子单体氯化后得到磺酰氯基甜菜碱，再将L-半胱氨酸与磺酰氯基甜菜碱反应，得到聚合单体；最后在偶氮类引发剂作用下与交联剂聚合，形成纳米马达。本发明所述的两性离子基纳米马达在进入生物体后，L-半胱氨酸被细胞中表达的胱硫醚β合成酶等催化，产生大量硫化氢与L-丝氨酸分子，推动纳米马达的运动。且交联剂中的二硫键能够在高浓度还原型谷胱甘肽存在下被破坏，使纳米马达逐步降解为对机体无毒性的低分子量聚合物片段。此外，L-半胱氨酸分子是体内常见氨基酸分子无副作用，表明该马达具有优异的生物相容性，而传统纳米马达会引入较多的废料，如Mg.Pt,Au等，这些对于人体而言是异物，会对机体造成损害，也会被免疫系统识别并清除，而L-半胱氨酸不会带来以上缺点。
本发明的纳米马达在到达肿瘤部位后，能够根据肿瘤处环境的特异性发生响应行为，即肿瘤微环境响应性。本发明验证由于肿瘤部位大量表达的胱硫醚β合成酶能够催化L-半胱氨酸产生硫化氢，由此推动纳米马达的运动；同时肿瘤微环境大量表达的还原型谷胱甘肽(10μM)使得纳米马达能够在发挥作用后快速降解，可用于纳米马达负载药物后的响应性释放。
本发明的纳米马达的“燃料”半胱氨酸是人体必须氨基酸之一。它是一种氨基酸类解毒药，参与细胞的还原过程和肝脏内的磷脂代谢，有保护肝细胞不受损害，促进肝脏功能恢复和旺盛的药理效应，主要用于放射性药物中毒、重金属中毒，锑剂中毒，亦可用于肝炎、中毒性肝炎、血清病等，并能预防肝坏死。胱硫醚β合成酶催化L-半胱氨酸产生的硫化氢是人体三种气体信号分子之一，可调节线粒体有氧呼吸过程中的电子链传递过程，间接影响细胞ATP的合成。内源性硫化氢具有舒张血管，降低血压的心血管系统调节作用，并且对大脑神经元具有保护作用，生理浓度的硫化氢对神经系统内的多种氧化性物质都有抑制及清除作用，从而减轻氧化胁迫。硫化氢可以用作促进受损内皮细胞恢复的气体信号分子。长期低浓度的硫化氢作用能够显著，破环肿瘤细胞的RNA片段，并抑制肿瘤细胞的生长。同时，硫化氢可抑制淀粉样蛋白沉积，其是阿尔兹海默症发病的中心环节，因此硫化氢还是治疗阿尔兹海默症的新靶点。反应的另一副产物L-丝氨酸参与脂肪和脂肪酸的新陈代谢及肌肉的生长，在细胞膜的制造加工、肌肉组织和包围神经细胞的鞘的合成中都发挥着极为重要的作用。综上，反应物L-半胱氨酸与产物硫化氢和L-丝氨酸对人体代谢系统，神经系统，心血管系统等均大有裨益。综上所述，该两性离子硫化氢纳米马达在生物医学领域具有广阔的应用前景。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种全新的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，该纳米马达共价偶联L-半胱氨酸的两性离子纳米马达，通过细胞胱硫醚β合成酶酶催化L-半胱氨酸产生硫化氢气体驱动。同时，两性离子基体在细胞环境的还原型谷胱甘肽作用下降解，可通过肝脏和肾脏的代谢作用被清除人体。
本发明制备方法简单高效，合成条件温和，材料分散性能良好，合成的纳米马达具有：1、优异的生物相容性：两性离子聚合物基体具有细胞膜的仿生物化性质，具有优异的抗非特性蛋白吸附/粘附效果，在体内具有低免疫原性。同时，L-半胱氨酸是体内常见氨基酸分子。2、纳米马达的反应产物各有其用，无废料，催化产物之一的硫化氢气体分子是机体内信号分子，可用于炎症或癌症治疗，另一产物L-丝氨酸可在细胞膜和肌肉组织的合成中发挥作用，在生物医药领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例3得到的两性离子基硫化氢纳米马达的透射电镜图；
图2为实施例5得到的两性离子基硫化氢纳米马达的透射电镜图；
图3为实施例5得到的两性离子基硫化氢纳米马达的粒径分布；
图4为实施例10中在5*105cell/mL细胞密度下纳米马达的运动轨迹；
图5为实施例10中在5*105cell/mL细胞密度下纳米马达运动轨迹的均方位移(MSD)拟合曲线；
图6为实施例11中在2*105cell/mL细胞密度下纳米马达的运动轨迹；
图7为实施例11中在2*105cell/mL细胞密度下纳米马达运动轨迹的均方位移(MSD)拟合曲线；
图8为实施例10、11中在5*105cell/mL、2*105cell/mL细胞密度下纳米马达运动的速度；
图9为两性离子基硫化氢纳米马达在MCF-7细胞环境下的硫化氢释放量；
图10为两性离子基硫化氢纳米马达的抗非特异性蛋白黏附性能测试。
图11为两性离子基硫化氢纳米马达的还原型谷胱甘肽降解性能测试。
具体实施方式
实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中磺酸基甜菜碱类两性离子单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵，交联剂为N,N'-双丙烯酰胱胺。
实施例1
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜液体中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取(2)中所得的聚合单体140mg溶于20mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂20mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至50mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次，去除未反应的单体和残余乙腈，，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子硫化氢纳米马达。
实施例2
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜溶液中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取聚合单体140mg溶于20mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂40mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至50mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次，去除未反应的单体和残余乙腈，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子硫化氢纳米马达。
实施例3
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜溶液中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取(2)中得到的聚合单体140mg溶于20mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂60mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至50mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次，去除未反应的单体和残余乙腈，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子硫化氢纳米马达。如图1所示，合成的纳米马达粒径约为200nm，呈现为分散且规则球形纳米粒子。
实施例4
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜溶液中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取磺(2)中得到的聚合单体140mg溶于20mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂50mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至50mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次，去除未反应的单体和残余乙腈，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子硫化氢纳米马达。
实施例5
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜溶液中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取(2)中得到的聚合单体140mg溶于40mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂60mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至100mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次，去除未反应的单体和残余乙腈，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子的硫化氢纳米马达。如图2所示，合成的纳米马达粒径约为180nm，呈现为分散且规则球形纳米粒子。
实施例6
(1)称取磺酸基甜菜碱500mg溶于50g氯化亚砜溶液中，于室温下磁力搅拌，过夜反应，使用层析柱分离纯化，洗脱剂乙酸乙酯(EA)/石油醚(PE)＝3:5，旋蒸后真空干燥，得到磺酰氯基甜菜碱单体；
(2)将(1)中所得的磺酰氯基甜菜碱单体200mg与200mg L-半胱氨酸溶于50mL二氯甲烷中，超声分散，在40℃下反应过夜，使用层析柱分离纯化，洗脱剂EA/PE＝2:7，旋蒸后真空干燥，得到纳米马达聚合单体；
(3)称取(2)中得到的聚合单体140mg溶于60mL乙腈中，超声10min充分溶解；
(4)称取交联剂60mg，偶氮二异丁腈4mg，加入以上溶液中，超声10min充分分散，同时用玻璃棒搅拌，确保溶质均匀混合；
(5)将混合溶液转移至100mL三颈烧瓶中，接冷凝管，通水，三颈烧瓶中通氮气15min，排除反应容器内部空气；
(6)将三颈烧瓶转移至100℃油浴锅中，200rpm磁力搅拌，氮气气氛中聚合反应60min，得到乳白色均匀分散的两性离子硫化氢纳米马达溶液；
(7)得到的两性离子硫化氢纳米马达溶液置于高速离心机内以6000rpm离心15min，弃去上层液体乙腈，再加入8mL去离子水，超声5min分散纳米粒子，5000rpm离心10min，重复该步骤3次去除未反应的单体和残余乙腈，收集固体沉淀冷冻干燥得到最终的两性离子硫化氢纳米马达。
实施例7
实施例7与实施例5制备方法相同，不同之处在于：磺酸基甜菜碱类两性离子单体与氯化亚砜的质量比为1：200，磺酰氯基甜菜碱单体与L-半胱氨酸反应的质量比为3：2，反应时磺酰氯基甜菜碱单体的浓度为2.5mg/mL，磺酰氯基甜菜碱单体与L-半胱氨酸反应温度为30℃，纳米马达聚合单体与交联剂的质量比为1：1，纳米马达聚合单体与引发剂的质量比为70：1，引发剂为偶氮二异庚腈，聚合单体、交联剂和引发剂反应温度为80℃，反应时间为2h。
实施例8
实施例8与实施例5制备方法相同，不同之处在于：磺酸基甜菜碱类两性离子单体与氯化亚砜的质量比为1：150，反应时磺酰氯基甜菜碱单体的浓度为10mg/mL，磺酰氯基甜菜碱单体与L-半胱氨酸反应温度为60℃，纳米马达聚合单体与交联剂的质量比为1：1，纳米马达聚合单体与引发剂的质量比为50：1，引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯，聚合单体、交联剂和引发剂反应温度为120℃，反应时间为1h。
实施例9
两性离子硫化氢纳米马达的粒径分布测定：
将实施例5中得到的两性离子基硫化氢纳米马达使用去离子水配置为1mg/mL的水溶液，使用纳米粒度仪测定其水合粒径分布。如图3所示，该方法制备的纳米马达水合半径为285nm左右，大于透射电镜下观测的粒径，这是因为其水合半径较大。该纳米马达的亲水性使其在水溶液环境中能够具有更好运动能力，同时亲水性质使其能够避免被人体内的免疫蛋白识别，因此拥有优异生物相容性。
实施例10
两性离子基硫化氢纳米马达在5*105cell/mL密度的细胞环境中的运动性能研究：
(1)称取实施例5制备的两性离子硫化氢纳米马达5mg，加入5mL去离子水，超声20min充分分散，得到1mg/mL均匀分散的纳米马达溶液；
(2)将乳腺癌细胞MCF-7以5*105cell/mL接种于14mm细胞培养皿中，培养液体积为1mL，置于37℃恒温培养箱内，待4h后细胞贴壁；
(3)取1mg/mL均匀分散的纳米马达溶液10μL，直接加入上述的贴壁细胞培养皿中，即刻使用光学显微镜在观测并记录纳米马达在胱硫醚β合成酶酶催化下在细胞环境中的运动状况。
(4)根据两性离子硫化氢纳米马达在细胞环境中的运动轨迹，如图4所示。计算出运动速度为3.01μm/s(图8)，并对均方位移进行抛物线拟合，如图5所示，结果呈现高度相关性，证明该纳米马达在细胞环境内的运动方式为自驱动。
实施例11
两性离子硫化氢纳米马达在2*105cell/mL密度的细胞环境中的运动性能研究：
(1)称取实施例5制备的两性离子硫化氢纳米马达5mg，加入5mL去离子水，超声20min充分分散，得到1mg/mL均匀分散的纳米马达溶液。
(2)将乳腺癌细胞MCF-7以2*105cell/mL接种于14mm细胞培养皿中，培养液体积为1mL，置于37℃恒温培养箱内，待4h后细胞贴壁。
(3)取1mg/mL均匀分散的纳米马达溶液10μL，直接加入上述的贴壁细胞培养皿中，即刻使用光学显微镜在观测并记录纳米马达在胱硫醚β合成酶酶催化下在细胞环境中的运动状况。
(4)根据两性离子基硫化氢纳米马达在细胞环境中的运动轨迹，如图6所示。计算出运动速度为2.24μm/s(图8)，并对均方位移进行抛物线拟合，如图7所示，呈现高度相关性，证明该纳米马达在细胞环境内的运动方式为自驱动。
实施例10和11在不同细胞密度下，由细胞产生的胱硫醚β合成酶浓度不同，这导致其催化产生硫化氢的量不同，且浓度越高，产生硫化氢越多，纳米马达运动速度越快。
实施例12
两性离子硫化氢纳米马达的硫化氢释放
(1)将实施例5制备的1mg两性离子硫化氢纳米马达分别加入8组同样接种于24孔板中的MCF-7细胞中。细胞接种密度为5*106cell/孔，培养液体积为1mL，细胞培育24h后加入纳米马达。
(2)8组细胞分别与两性离子硫化氢纳米马达共同孵育0.5h，1h，3h，6h，9h，16h，24h，36h。反应结束后以12000rpm离心10min，取上清液待用。
(3)将得到的上清液分别使用硫化氢试剂盒(Solarbio,BC2050)检测产生的硫化氢浓度。如图9所示，在实验设置的时间范围内，硫化氢的释放量持续增加，最后基本保持不变。36h内硫化氢的释放量达到2.82μM，并且在1-3h内硫化氢的释放速率最快，3h时释放量即达到总量的57.14％。
实施例13
两性离子硫化氢纳米马达的抗非特异性蛋白黏附性能测试
(1)使用去离子水配置浓度为1mg/mL的牛血清蛋白(BSA)溶液，取该溶液2mL，随后向其中加入实施例5中制备的两性离子硫化氢纳米马达2mg,超声5min充分分散，随后将混合溶液置于静音混合器内混合2h。
(2)使用纳米粒度仪分别测试1mg/mL牛血清蛋白溶液及牛血清蛋白与两性离子基硫化氢纳米马达混合溶液的粒径分布，并与两性离子硫化氢纳米马达粒径比较，结果如图10所示。在2h共混下，两性离子基硫化氢纳米马达与牛血清蛋白粒径峰依旧保持相对独立，说明两者未发生黏附作用，证明该两性离子硫化氢纳米马达具有优异的抗非特异性蛋白黏附性能。
实施例14
两性离子硫化氢纳米马达的还原型谷胱甘肽降解性能测试
使用去离子水配置浓度为2mg/mL的实施例5制备的两性离子硫化氢纳米马达水溶液，超声15min使纳米马达充分分散。取该溶液1mL置于比色皿中，向其中滴加1mL浓度为20μM或20mM的还原型谷胱甘肽水溶液并充分混合，在37℃下反应，每间隔10min使用紫外-可见分光光度计测定其在660nm处的吸光度，通过溶液相对浊度的变化记录其降解过程。
降解过程结果如图11所示。人体血液中还原型谷胱甘肽的含量为5μM，而肿瘤微环境中其含量为10μM。在10μM还原型谷胱甘肽的作用下，两性离子硫化氢纳米马达在2h内基本完成降解，而5μM还原型谷胱甘肽作用下，混合溶液浊度基本不发生变化。以上结果表明该纳米马达具有肿瘤微环境响应能力，在血液环境内能够长效循环，不发生降解，而进入肿瘤微环境后即可快速降解代谢，降低对机体的损害。该纳米马达的肿瘤微环境响应性降解性能使其具有负载抗癌药物并进行靶向释放的应用潜力。
Claims (10)
1.一种基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，其特征在于，所述纳米马达主要由磺酸基甜菜碱类两性离子单体与L-半胱氨酸反应，在引发剂引发下与交联剂聚合形成的纳米粒子；
所述基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达的制备方法，包括如下步骤：
（1）将磺酸基甜菜碱类两性离子单体在氯化亚砜中反应，分离纯化后得到磺酰氯基甜菜碱单体；
（2）将步骤（1）中得到的磺酰氯基甜菜碱单体溶解于二氯甲烷中，加入L-半胱氨酸，超声分散反应后分离纯化，得到纳米马达聚合单体；
（3）将步骤（2）反应得到的聚合单体溶解于乙腈中，加入交联剂和引发剂，反应后离心洗涤，冷冻干燥得到最终产物基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达。
2.根据权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，其特征在于，所述磺酸基甜菜碱类两性离子单体为链端各含有一个双键的磺酸基甜菜碱，其烷基链碳原子数目可为8-18个。
3.根据权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，其特征在于，所述交联剂为含有二硫键的双键交联剂。
4.根据权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，其特征在于，所述引发剂为油溶性偶氮类引发剂，包括偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈或者偶氮二异丁酸二甲酯。
5.根据权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达，其特征在于，所述纳米马达以L-半胱氨酸为燃料，以肿瘤细胞环境中的胱硫醚β合成酶催化L-半胱氨酸产生的硫化氢气体分子为动力源，推动纳米马达的运动；所述纳米马达的二硫键在还原型谷胱甘肽作用下断裂，纳米马达可降解为低分子量的聚合物片段。
6.一种权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将磺酸基甜菜碱类两性离子单体在氯化亚砜中反应，分离纯化后得到磺酰氯基甜菜碱单体；
（2）将步骤（1）中得到的磺酰氯基甜菜碱单体溶解于二氯甲烷中，加入L-半胱氨酸，超声分散反应后分离纯化，得到纳米马达聚合单体；
（3）将步骤（2）反应得到的聚合单体溶解于乙腈中，加入交联剂和引发剂，反应后离心洗涤，冷冻干燥得到最终产物基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述磺酸基甜菜碱类两性离子单体与氯化亚砜的质量比为1：100-1：200，室温反应过夜。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述磺酰氯基甜菜碱单体与L-半胱氨酸反应的质量比为1：1-3：2，反应时磺酰氯基甜菜碱单体的浓度为2.5-10 mg/mL，反应温度为30-60℃，过夜反应。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中纳米马达聚合单体与交联剂的质量比为1：1-7：1，纳米马达聚合单体与引发剂的质量比为35：1-70：1，反应时溶液的单体浓度为2.3 mg/mL-7 mg/mL，反应温度为80-120℃，反应时间为1-2 h。
10.一种权利要求1所述的基于两性离子的硫化氢驱动纳米马达在制备治疗炎症、癌症药物，以及细胞膜和肌肉组织的合成药物中的应用。
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