CN113788499A - 一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法与应用，涉及材料化学技术领域。本发明所述的手性氧化锰纳米粒子，将锰前驱体、酒石酸和还原剂在碱性条件下，反应得到所述手性氧化锰纳米粒子；所述酒石酸为L‑酒石酸或D‑酒石酸。本发明所述的手性氧化锰纳米粒子在300‑900nm具有手性光学活性，其制备方法简单，应用广泛，本发明所制备的氧化锰纳米粒子对于推动光学、生命科学、医学等领域的发展具有重要意义。

Description

一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及材料化学技术领域，尤其涉及一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法与应用。
背景技术
手性指的是一种不对称的构型，是一种分子和生物系统的自然属性。生物体内包含大量手性结构，这些手性结构影响着具有多种生理效应的不对称生化反应，在疾病治疗和药物生产中起着至关重要的作用。而当材料收缩到纳米尺度，即形成纳米材料后，具有高比表面积和电子限域等特性，在化学、催化、光学、电子、磁性等方面表现出独特性能。手性纳米结构与生物大分子在尺度、组成和形貌等方面均具有极高的相似性。因此，无机手性纳米结构可对生物体代谢过程进行调控，从而为认识生命体活动的内在规律、重大疾病的诊断与防治具有重要的意义和价值；无机手性纳米材料同时在药物传递、生物成像、疾病诊断、筛选和治疗具有广泛应用。
锰是人类所必需的微量元素之一，对人体健康有着至关重要的作用。过去的二十年里，锰基纳米材料由于其良好的物理化学性质，被广泛应用于生物成像、生物传感、药物输运和肿瘤治疗。磁场是一种非侵入性的能量场，并且其强度、频率灵活可调。
帕金森是第二大神经退行性疾病，其发病人数正呈逐年增加的态势，而帕金森病的形成和发展与α-SYN的错误折叠紧密相关。通过抑制α-SYN单体的聚集或者使其纤维解聚对于预防和治疗帕金森病都有积极作用。目前，可通过糖基化修饰等方法抑制α-SYN的聚集。然而这种方法在缓冲液体系中是可行的，还无法应用于活体的疾病治疗。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法与应用。
本发明的第一个目的是提供一种手性氧化锰纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：锰前驱体、酒石酸和还原剂在碱性条件下，反应得到所述手性氧化锰纳米粒子；所述酒石酸为L-酒石酸或D-酒石酸。
进一步地，所述锰前驱体为MnCl2或Mn(NO3)2。
进一步地，所述还原剂为NaBH4。
进一步地，所述碱性条件的pH为9-11；所述pH的调节剂为NaOH或KOH。
进一步地，所述锰前驱体、酒石酸和还原剂的摩尔比为5-250：20-100：264-1320。
进一步地，还包括从反应液中分离所述的手性氧化锰纳米粒子的步骤，具体包括：将反应液与异丙醇混合，混合后的溶液以7000-9000rpm离心8-12min，去掉上清，取沉淀重溶在纯水中，多次洗涤得到所述的手性氧化锰纳米粒子。
进一步地，反应液和异丙醇的体积比为1：4-8。
本发明的第二个目的是提供一种手性氧化锰纳米粒子，所述手性氧化锰纳米粒子为L-氧化锰纳米粒子或D-氧化锰纳米粒子。
本发明的第三个目的是提供一种所述手性氧化锰纳米粒子在抑制α-突触核蛋白单体聚集或α-突触核蛋白纤维解聚中的应用。
进一步地，所述应用磁场条件下效果更好，所述磁场强度为75-100G，磁场频率为50-100Hz。
进一步地，所述手性氧化锰纳米粒子的粒径为2-100nm。
进一步地，手性氧化锰纳米粒子的圆二色光谱信号为300-900nm。
进一步地，所述手性氧化锰纳米粒子为D-氧化锰纳米粒子；所述D-氧化锰纳米粒子的溶度≥0.2mg/mL。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的酒石酸分子中有两个羧基，带负电的羧基与α-SYN结构中的带正电区域存在强烈的静电作用，使酒石酸修饰得到的手性氧化锰与α-SYN单体及聚集体都有很强的亲和性。D-氧化锰纳米粒子与α-SYN单体及聚集体之间的亲和力强于L-氧化锰纳米粒子，这是由于蛋白质也是有手性的，当两个手性介质相互作用时，其作用效果往往取决于空间构象的匹配程度，材料表面的晶体结构等，因此不同手性的纳米材料会产生不同的作用效果，选择正确手性的纳米材料对于提高反应效率和疾病治愈速度有积极的影响。
(2)本发明所述的由酒石酸修饰得到的氧化锰纳米粒子在磁场条件下增强其与α-SYN单体及聚集体之间的相互作用，提供了一种高效，简便的治疗帕金森的手段。外加磁场对氧化锰纳米粒子产生磁力矩，使纳米材料破坏蛋白质二级结构的能力增强，同时，磁场是一种非侵入式的能量场，其强度与频率灵活可调。
(3)本发明所述的手性氧化锰纳米粒子在300-900nm具有手性光学活性，其制备方法简单，应用广泛，本发明所制备的氧化锰纳米粒子对于推动光学、生命科学、医学等领域的发展具有重要意义。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明实施例1的L-/D-氧化锰纳米粒子圆二色光谱图。
图2是本发明应用例1的L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的透射电镜图。
图3是本发明应用例1的L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的圆二色光谱图。
图4是本发明应用例1的L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的荧光光谱图。
图5是本发明应用例1的L-/D-氧化锰纳米粒子与α-SYN单体的亲和力测定。
图6是本发明应用例2的L-/D-氧化锰纳米粒子使纤维解聚的透射电镜图。
图7是本发明应用例2的L-/D-氧化锰纳米粒子使纤维解聚的圆二色光谱图。
图8是本发明应用例2的L-/D-氧化锰纳米粒子使纤维解聚的荧光光谱图。
图9是本发明应用例2的L-/D-氧化锰纳米粒子与α-SYN纤维的亲和力测定。
图10本发明应用对比例1的D-酪氨酸氧化锰纳米粒子在与α-SYN单体和聚集体相互作用后的电镜图。
图11本发明应用对比例1的D-酪氨酸氧化锰纳米粒子在与α-SYN单体和聚集体相互作用后的荧光光谱图。
图12本发明应用对比例2的D-青霉胺氧化锰纳米粒子在与α-SYN单体和聚集体相互作用后的电镜图。
图13本发明应用对比例2的D-青霉胺氧化锰纳米粒子在与α-SYN单体和聚集体相互作用后的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
一种手性氧化锰纳米粒子及其制备方法，具体步骤如下：
首先配置100mMMnCl2·4H2O、100mML-/D-酒石酸溶液和50mg/mL硼氢化钠溶，然后将100μLMnCl2·4H2O、200μLL-/D-酒石酸溶液和100μL硼氢化钠溶液分别加入10mL纯水里，然后在搅拌的状态下逐滴加入1MNaOH溶液至溶液的pH为10左右，反应10h，溶液呈浅棕色并保持稳定，停止搅拌。
将反应溶液和异丙醇以1：4的体积比混合，溶液变浑浊后8000rpm离心10min，去除上清，然后将沉淀溶于超纯水中，重复洗涤两次去除多余未反应的反应物得到所述L-/D-氧化锰纳米粒子。
应用例1
手性氧化锰纳米粒子在抑制α-SYN单体聚集中的应用，具体步骤如下：
40μMα-SYN单体在有、无磁场条件下，分别与0.2mg/mLL-氧化锰纳米粒子/D-氧化锰纳米粒子共同孵育72h，并通过圆二色光谱、荧光光谱表征α-SYN二级结构的变化，通过电镜图表征蛋白的聚集状况。圆二色光谱测定方法为：取反应结束后材料与蛋白的混合溶液进行圆二色光谱测试，扫描波长为190-260nm，扫描速度为1s/1nm，扫描温度为25℃。以相同浓度材料的圆二色信号为背景信号，在分析蛋白质二级结构变化时，扣除材料的信号。
荧光光谱测定方法为：取反应结束后材料与蛋白的混合溶液，向其中加入400μL20μM硫黄素T，2min之后进行荧光信号测试，激发波长为440nm，发射波长为480nm。
电镜表征过程为：取10μL反应结束后的溶液滴加至碳膜上，10min之后用滤纸吸取样品，再往碳膜上滴加10μL新鲜配置的10mM磷钨酸，5min之后用滤纸吸取磷钨酸，样品干燥后电镜观察，电镜加速电压为200kV。
应用例2
手性氧化锰纳米粒子在α-SYN纤维解聚中的应用，具体步骤如下：
40μMα-SYN纤维在有、无磁场条件下，分别与0.6mg/mLL-氧化锰纳米粒子/D-氧化锰纳米粒子共同孵育72h，并通过圆二色光谱、荧光光谱表征α-SYN二级结构的变化，通过电镜图表征蛋白的聚集状况。圆二色光谱测定方法为：取反应结束后材料与蛋白的混合溶液进行圆二色光谱测试，扫描波长为190-260nm，扫描速度为1s/1nm，扫描温度为25℃。以相同浓度材料的圆二色信号为背景信号，在分析蛋白质二级结构变化时，扣除材料的信号。
荧光光谱测定方法为：取反应结束后材料与蛋白的混合溶液，向其中加入400μL20μM硫黄素T，2min之后进行荧光信号测试，激发波长为440nm，发射波长为480nm。
电镜表征过程为：取10μL反应结束后的溶液滴加至碳膜上，10min之后用滤纸吸取样品，再往碳膜上滴加10μL新鲜配置的10mM磷钨酸，5min之后用滤纸吸取磷钨酸，样品干燥后电镜观察，电镜加速电压为200kV。
应用对比例1
将0.2mg/mL的由酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子与40μMα-SYN单体共同孵育72h，电镜图片表明α-SYN呈聚集状态；荧光光谱表明溶液中蛋白的荧光信号与α-SYN纤维一致。这说明由酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子无法抑制α-SYN单体形成聚集体。
将0.6mg/mL的由酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子与40μMα-SYN纤维共同孵育72h，电镜图片表明α-SYN仍呈纤维状态；荧光光谱表明溶液中蛋白的荧光信号与α-SYN纤维一致。这说明由酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子无法使α-SYN纤维解聚。
应用对比例2
将0.2mg/mL的由青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子与40μMα-SYN单体共同孵育72h，电镜图片表明α-SYN呈聚集状态；荧光光谱表明溶液中蛋白的荧光信号与α-SYN纤维一致。这说明由青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子无法抑制α-SYN单体形成聚集体。
将0.6mg/mL的由青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子与40μMα-SYN纤维共同孵育72h，电镜图片表明α-SYN仍呈纤维状态；荧光光谱表明溶液中蛋白的荧光信号与α-SYN纤维一致。这说明由青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子无法使α-SYN纤维解聚。
测试例1
通过圆二色光谱仪、透射电子显微镜、荧光光谱仪等仪器对实施例对应的实验结果进行表征和分析。
L-/D-氧化锰纳米粒子圆二色光谱如图1所示，L-/D-酒石酸合成的氧化锰纳米粒子的圆二色光谱图呈镜像对称，且信号在可见光波长范围内，说明在酒石酸诱导下，成功合成了手性氧化锰纳米粒子。
测试例2
对本发明应用例1磁场增强的手性氧化锰纳米粒子抑制α-SYN单体聚集进行圆二色光谱，荧光光谱检测和透射电子显微镜表征。
L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的透射电镜图如图2所示，通过电镜图能够直观地观察到磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子能够抑制单体聚集，L-氧化锰纳米粒子虽然也有抑制作用，但仍有少量聚集体形成。
L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的圆二色光谱图如图3所示，磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子与单体孵育之后，蛋白的圆二色信号与单体相似，但同样在磁场条件下，L-氧化锰纳米粒子与单体孵育之后的圆二色信号与聚集体相似，说明磁场条件与D-氧化锰纳米粒子能更有效地抑制聚集体形成。
L-/D-氧化锰纳米粒子抑制单体聚集的荧光光谱图如图4所示，L-/D-氧化锰纳米粒子都能抑制单体聚集，但是磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子与单体孵育之后的溶液对应的荧光信号最弱，说明磁场与D-氧化锰纳米粒子共同作用下，很好地抑制了β-折叠的形成，阻碍了α-SYN单体的聚集。
L-/D-氧化锰纳米粒子与α-SYN单体的亲和力测定如图5所示，D-氧化锰纳米粒子与α-SYN单体之间的亲和力是L-氧化锰纳米粒子与α-SYN单体之间亲和力的3.5倍，更强的亲和力使D-氧化锰纳米粒子能够与蛋白之间存在更强的相互作用。
测试例3
对本发明应用例2磁场增强的手性氧化锰纳米粒子使α-SYN纤维解聚进行圆二色光谱、荧光光谱检测和透射电子显微镜表征。
L-/D-氧化锰纳米粒子使α-SYN纤维解聚的透射电镜图如图6所示，通过电镜图能够直观地观察到磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子对纤维的解聚效果更强。
L-/D-氧化锰纳米粒子使α-SYN纤维解聚的圆二色光谱图如图7所示，磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子与α-SYN纤维孵育之后，纤维的圆二色信号发生明显改变，说明纤维的二级结构被破坏。
L-/D-氧化锰纳米粒子使α-SYN纤维解聚的荧光光谱图如图8所示，L-/D-氧化锰纳米粒子都有使α-SYN纤维解聚的作用，但是磁场条件下，D-氧化锰纳米粒子与纤维孵育之后的溶液对应的荧光信号最弱，说明在磁场与D-氧化锰纳米粒子共同作用下，破坏了蛋白质的二级结构，使其解聚。
L-/D-氧化锰纳米粒子与α-SYN纤维的亲和力测定如图9所示，D-氧化锰纳米粒子与α-SYN纤维之间的亲和力是L-氧化锰纳米粒子与α-SYN纤维之间亲和力的5.2倍，更强的亲和力使D-氧化锰纳米粒子能够与蛋白之间存在更强的相互作用。
测试例4
通过透射电子显微镜和荧光光谱仪对应用对比例1的实验结果进行表征和分析。由D-酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子分别与α-SYN单体和聚集体共同孵育之后的电镜图如图10所示，α-SYN以纤维的状态存在，说明由D-酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子既无法抑制单体聚集又无法使纤维解聚。由D-酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子分别与α-SYN单体和聚集体共同孵育之后的荧光光谱图如图11所示，由反应过后的溶液测得的信号与α-SYN纤维的信号一致，说明由D-酪氨酸为配体合成的氧化锰纳米粒子无法抑制单体形成聚集体的过程也无法使纤维解聚。
测试例5
通过透射电子显微镜和荧光光谱仪对应用对比例2的实验结果进行表征和分析。由D-青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子分别与α-SYN单体和聚集体共同孵育之后的电镜图如图12所示，α-SYN以纤维的状态存在，说明由D-青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子既无法抑制单体聚集又无法使纤维解聚。由D-青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子分别与α-SYN单体和聚集体共同孵育之后的荧光光谱图如图13所示，由反应过后的溶液测得的信号与α-SYN纤维的信号一致，说明由D-青霉胺为配体合成的氧化锰纳米粒子无法抑制单体形成聚集体的过程也无法使纤维解聚。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种手性氧化锰纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：锰前驱体、酒石酸和还原剂在碱性条件下，反应得到所述手性氧化锰纳米粒子；所述酒石酸为L-酒石酸或D-酒石酸。
2.根据权利要求1所述的手性氧化锰纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述锰前驱体为MnCl2或Mn(NO3)2；所述还原剂为NaBH4。
3.根据权利要求1所述的手性氧化锰纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述碱性条件的pH为9-11。
4.根据权利要求3所述的手性氧化锰纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述pH的调节剂为NaOH或KOH。
5.根据权利要求1所述的手性氧化锰纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述锰前驱体、酒石酸和还原剂的摩尔比为5-250：20-100：264-1320。
6.一种权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的手性氧化锰纳米粒子，其特征在于：所述手性氧化锰纳米粒子为L-氧化锰纳米粒子或D-氧化锰纳米粒子。
7.权利要求6所述的手性氧化锰纳米粒子在抑制α-突触核蛋白单体聚集或α-突触核蛋白纤维解聚中的应用。
8.根据权利要求7所述的手性氧化锰纳米粒子的应用，其特征在于：所述手性氧化锰纳米粒子的粒径为2-100nm。
9.根据权利要求7所述的手性氧化锰纳米粒子的应用，其特征在于：所述手性氧化锰纳米粒子的圆二色光谱信号为300-900nm。
10.根据权利要求7所述的手性氧化锰纳米粒子的应用，其特征在于：所述手性氧化锰纳米粒子为D-氧化锰纳米粒子；所述D-氧化锰纳米粒子的溶度≥0.2mg/mL。
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