CN114403125A - 一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 - Google Patents
一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114403125A CN114403125A CN202111363172.1A CN202111363172A CN114403125A CN 114403125 A CN114403125 A CN 114403125A CN 202111363172 A CN202111363172 A CN 202111363172A CN 114403125 A CN114403125 A CN 114403125A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- nano
- solution
- dopamine
- antifreeze agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 title claims abstract description 84
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000007798 antifreeze agent Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 19
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims abstract description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 97
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 84
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 17
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 11
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 10
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 8
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 8
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 4
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims description 4
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 abstract description 13
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 abstract description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 108010053481 Antifreeze Proteins Proteins 0.000 description 5
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005138 cryopreservation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000002577 cryoprotective agent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 210000002257 embryonic structure Anatomy 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 2
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 229910004042 HAuCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001016 Ostwald ripening Methods 0.000 description 1
- 229920000037 Polyproline Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003966 growth inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- -1 microrods Substances 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 108010004563 mussel adhesive protein Proteins 0.000 description 1
- 239000003988 mussel adhesive protein Substances 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical class N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010026466 polyproline Proteins 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0205—Chemical aspects
- A01N1/021—Preservation or perfusion media, liquids, solids or gases used in the preservation of cells, tissue, organs or bodily fluids
- A01N1/0221—Freeze-process protecting agents, i.e. substances protecting cells from effects of the physical process, e.g. cryoprotectants, osmolarity regulators like oncotic agents
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dentistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
本发明公开了一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂，包括作为刚性内核的微纳米粒子，在所述微纳米粒子表面包覆一层厚度可调的聚多巴胺涂层，形成在低粒子浓度下有效抑制冰晶的生长与重结晶的抗冻剂，抑制冰晶平均尺寸小于20μm，聚多巴胺涂层是由多巴胺溶液在碱性和氧气的条件下发生非共价键自组装和共价聚合并沉积在微纳米表面的一层聚合物薄膜。本发明提供了一种通用的低温抗冻剂的合成方法，即以微纳米材料作为内核，在其表面沉积一层含大量羟基的PDA涂层，该微纳米材料可以自由探索冰面以形成大量的氢键，使得微纳米粒子牢固的吸附在冰晶表面以达到高效的抗冻活性。
Description
技术领域
本专利申请涉及抗冻仿生纳米材料合成技术领域，特别是涉及一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法。
背景技术
冰的重结晶是一种奥斯特瓦尔德熟化过程，即小冰晶消失，大冰晶继续生长。在低温保存过程中，随着冰相/非冰相比例的增加，冰的重结晶会对细胞膜造成机械损伤以及引起渗透休克。天然的抗冻蛋白(AFP)在细胞的低温保存过程中发挥着重要的作用，但其稀有、制备困难及稳定性低等缺点限制了其广泛的应用。因此AFP的类似物或替代物的合成引起了广泛的关注。控制冰的重结晶以及揭示冰晶与抗冰材料之间的相互作用，无论是在基础研究还是在广泛的应用领域都具有重要意义。
新型低温保护剂的寻找和可能具有与AFP相似宏观性质的人工合成的冰晶生长抑制剂已经得到了大量的研究，如聚乙烯醇、聚脯氨酸、氮化碳量子点和氧化石墨烯等，但这些抗冰材料的合成不具有普适性。
纳米材料是开发理想低温保护剂的潜在候选材料。纳米材料可以作为基底，可以结合不同的分子并增强抗冻分子基团与冰晶的纳米尺度界面相互作用。DA是一种贻贝黏附蛋白的小分子模拟物，在碱性和氧气的条件下可以自聚合生成多羟基的、具有超强黏附性能的PDA涂层。PDA在基底材料表面呈现出一种致密的连续膜状态，它能够在多种基底材料表面实现黏附(包括有机和无机材料)，对基底几乎无选择性。为此，我们提出一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法，解决上述现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂，包括作为刚性内核的微纳米粒子，在所述微纳米粒子表面包覆一层聚多巴胺涂层，形成在低粒子浓度下有效抑制冰晶的生长与重结晶的抗冻剂，抑制冰晶平均尺寸小于20μm。
进一步的，所述聚多巴胺涂层是由多巴胺溶液在碱性和氧气的条件下发生非共价键自组装和共价聚合并沉积在微纳米表面的一层聚合物薄膜。
一种如上述所述的聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、分别配置多巴胺溶液和微纳米胶溶液；
步骤S2、将步骤S1制得的多巴胺溶液与微纳米胶溶液搅拌混合，多巴胺小分子在微纳米颗粒表面自聚合形成聚多巴胺涂层，得到表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子；
步骤S3、将步骤S2中得到的表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子经离心、洗涤进行纯化后，用醋酸纤维素模过滤去除聚集物，得到微纳米粒子抗冻剂。
进一步的，所述步骤S1中的多巴胺溶液是由多巴胺颗粒溶于10mM、pH为8.5的Tris缓冲溶液内配制而成，多巴胺溶液浓度为0.01-1mg/ml。
进一步的，所述步骤S1中微纳米胶溶液的制备方法为：将微纳米粒子经离心浓缩后分散于水相，形成微纳米胶溶液，浓度为0.1nM-6.0μM，配置完成的微纳米胶溶液用50-200mM NaOH溶液调节pH至8.0-8.5。
进一步的，所述微纳米胶溶液中的微纳米粒子为金、银、四氧化三铁、聚苯乙烯球、二氧化钛中的一种，微纳米粒子的形态为微米球、纳米球、微米棒、纳米棒、微米片、纳米片中的一种或多种，纳米粒子的粒径尺寸为5-1000nm。
进一步的，所述步骤S2中多巴胺溶液与微纳米胶溶液的体积比为1：10-10：1。
进一步的，所述步骤S2中的多巴胺溶液与微纳米胶溶液在室温条件下敞口进行搅拌，搅拌混合的转速为100-1000rpm，搅拌时间为1-24h。
进一步的，所述步骤S2中形成的聚多巴胺涂层的厚度为1-50nm。
进一步的，所述步骤S3中离心的转速为1000-15000rpm，离心时间5-30min，洗涤的次数为1-3次，洗涤溶剂为去离子水或PBS缓冲溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供了一种通用的低温抗冻剂的合成方法，即以微/纳米材料作为内核，在其表面沉积一层含大量羟基的PDA柔性涂层，该微/纳米材料可以自由探索冰面以形成大量的氢键，使得微/纳米粒子牢固的吸附在冰晶表面以达到高效的抗冻活性；
2.金、银、四氧化三铁和二氧化钛等为纳米颗粒简易通用的合成路线及形貌、尺寸均一可控；多巴胺来源广泛、价格低廉、生物相容性好、无毒且能够较好的沉积在各种有机、无机材料表面，在细胞、组织、胚胎等冷冻保存过程中具有广泛的应用；
3.与目前已报道的抗冻材料相比，该抗冻材料所需浓度更低，用量更少，仅在皮摩尔浓度下即可使冰晶的尺寸降低至20μm以内。
附图说明
图1为PDA包覆不同尺寸、不同形貌微纳米材料的原理示意图；
图2为PDA包覆GNP前后的UV-vis图谱示意图；
图3为PDA包覆GNP后的TEM照片示意图；
图4为(A)纯水、(B)GNP、(C)PDA及(D)GNP@PDA在冰晶重结晶过程中30min后冰晶尺寸的光学照片示意图；
图5为PDA包覆4种不同尺寸、不同形貌的微纳米材料后在不同浓度下的冰重结晶抑制活性示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1-5，本发明提供如下技术方案：
一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂，包括作为刚性内核的微纳米粒子，在所述微纳米粒子表面包覆一层聚多巴胺涂层，聚多巴胺涂层是由多巴胺溶液在碱性和氧气的条件下发生非共价键自组装和共价聚合并沉积在微纳米表面的一层聚合物薄膜，形成在低粒子浓度下有效抑制冰晶的生长与重结晶的抗冻剂，抑制冰晶平均尺寸小于20μm。
其制备方法包括如下步骤：
步骤S1、分别配置多巴胺溶液和微纳米胶溶液；
步骤S2、将步骤S1制得的多巴胺溶液与微纳米胶溶液搅拌混合，多巴胺小分子在微纳米颗粒表面自聚合形成聚多巴胺涂层，得到表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子；
步骤S3、将步骤S2中得到的表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子经离心、洗涤进行纯化后，用醋酸纤维素模过滤去除聚集物，得到微纳米粒子抗冻剂。
其中，步骤S1中的多巴胺溶液是由多巴胺颗粒溶于10mM、pH为8.5的Tris缓冲溶液内配制而成，多巴胺溶液浓度为0.06-0.6mM；微纳米胶溶液的制备方法为：将微纳米粒子经离心浓缩后分散于水相，形成微纳米胶溶液，浓度为0.1nM-6.0μM，配置完成的微纳米胶溶液用50-200mM NaOH溶液调节pH至8.0-8.5，微纳米胶溶液中的微纳米粒子为金、银、四氧化三铁、聚苯乙烯球、二氧化钛中的一种，微纳米粒子的形态为微米球、纳米球、微米棒、纳米棒、微米片、纳米片中的一种或多种，纳米粒子的粒径尺寸为5-1000nm，如图1所示为PDA包覆不同尺寸、不同形貌微纳米材料。
步骤S2中多巴胺溶液与微纳米胶溶液的体积比为1：10-10：1，多巴胺溶液与微纳米胶溶液在室温条件下敞口进行搅拌，搅拌混合的转速为100-1000rpm，搅拌时间为1-24h，聚合形成的聚多巴胺涂层的厚度为1-50nm，聚多巴胺涂层的厚度是通过调节多巴胺单体的浓度或反应时间实现聚多巴胺在微纳米颗粒表面的沉积厚度；步骤S3中离心的转速为1000-15000rpm，离心时间5-30min，洗涤的次数为1-3次，洗涤溶剂为去离子水或PBS缓冲溶液。
实施例1
以金纳米粒子，多巴胺为例制备微纳米粒子抗冻剂，金纳米粒子由HAuCl4经柠檬酸根还原法及盐酸羟胺还原法合成，其合成步骤为：
1、柠檬酸根还原法：在锥形瓶中加入98.9ml去离子水和1ml 3％柠檬酸钠，400rpm加热至沸腾，然后加入0.1ml、250mM HAuCl4，保持沸腾搅拌7min，冰浴冷却得到15nm金种子；
2、盐酸羟胺还原法：取15nm金种子10ml，加入9.8ml去离子水、100mM盐酸羟胺和1％柠檬酸钠0.2ml，400rpm搅拌5min，然后加入47.1μl、250mM HAuCl4继续搅拌1h得到40nm金颗粒；
3、制备金纳米胶溶液：40nm金颗粒经离心浓缩后分散于水相，形成金纳米胶溶液，然后加入100mM NaOH调节金纳米胶溶液至pH为8.0，其中，离心浓缩的工艺条件为：离心转速为400rpm，离心时间为20min。
配置浓度为0.3mM的多巴胺溶液，其中溶剂为Tris缓冲溶液(浓度为10mM、pH为8.5)，取1ml加入到1ml的金纳米胶溶液中，300rpm室温接触空气搅拌1h，然后4000rpm离心后去除上清液，加入去离子水洗涤重悬、离心，重复上述操作3次，最终加入去离子水配置成2nM、4nM、6nM和8nM的GNP@PDA微纳米抗冻剂。
以8nM的GNP@PDA微纳米抗冻剂，用UV-vis光谱仪测定金纳米颗粒包覆聚多巴胺涂层前后最大吸收峰的波长，如图2所示，加入聚多巴胺涂层后的微纳米粒子，由表面等离子共振影响，紫外吸收曲线向右移动了一些波数，说明聚多巴胺涂层成功包覆在金纳米粒子表面；用透射电子显微镜观察金纳米颗粒包覆聚多巴胺涂层的形貌，如图3所示。
实施例2
将103μL、1％氯金酸溶液加入10mL、0.1M十六烷基三甲基溴化铵溶液中混合均匀，再迅速加入现配的0.6mL、0.01M硼氢化钠溶液，在28℃水浴中搅拌3min，然后静置2h，合成12μL金种子；在10mL、0.1M十六烷基三甲基溴化铵溶液中依次加入125μL、0.008M硝酸银，0.1mL、2M硝酸和206μL、1％氯金酸溶液轻轻振动均匀，再加入60μL、0.1M抗坏血酸轻轻摇晃数秒后，溶液变成无色，最后加入12μL金种子，30℃水浴静置24h，经水洗两次，将抗坏血酸及部分十六烷基三甲基溴化铵洗去，经离心浓缩后分散于水相，然后加入100mM NaOH调节金纳米棒胶溶液至pH为8.0，得到长径比为43：11的金纳米棒胶溶液，离心浓缩的工艺条件为：离心转速为400rpm，离心时间为20min。
配置浓度为0.3mM的多巴胺溶液，其中溶剂为Tris缓冲溶液(浓度为10mM、pH为8.5)，取1ml加入到1ml的金纳米棒胶溶液中，300rpm室温接触空气搅拌1h，然后4000rpm离心后去除上清液，加入去离子水洗涤重悬、离心，重复上述操作3次，最终加入去离子水配置成1.3nM、2.5nM、5nM和10nM的GNR@PDA微纳米抗冻剂。
实施例3
取53mL苯乙烯和317mL去离子水加入到三口烧瓶中，400rpm搅拌并通氮气除氧30min，0.7158g过硫酸钾溶于30mL去离子水加入到三口烧瓶中，然后400rpm、70℃反应12h，最后用乙醇和去离子水洗涤3次除去未反应的苯乙烯单体和过硫酸钾，用去离子水重悬获得聚苯乙烯球悬浮液(PS，直径为1μm)，加入去离子水，配置成浓度为3.0μM的聚苯乙烯球溶液，冷冻干燥备用。
配置浓度为0.3mM的多巴胺溶液，其中溶剂为Tris缓冲溶液(浓度为10mM、pH为8.5)，取20ml加入到5ml、0.01g/ml的聚苯乙烯球悬浮液中，300rpm室温接触空气搅拌8h，然后4000rpm离心后去除上清液，加入去离子水洗涤重悬、离心，重复上述操作3次，最终加入去离子水配置成0.001nM、0.01nM、0.03nM和0.06nM的PS@PDA微纳米抗冻剂。
实施例4
配置0.6mMDA溶液，溶剂为Tris缓冲溶液(10mM、pH＝8.5)，取5mL加入到2mL、0.02mM的四氧化三铁(Fe3O4，直径150nm)溶液中，300rpm室温接触空气搅拌24h，加入去离子水洗涤重悬、离心，重复上述操作3次，最终加入去离子水配置成1.8nM、0.9nM、0.36nM和0.18nM的Fe3O4@PDA微纳米抗冻剂。
为体现本发明制得的纳米粒子抗冻剂的抗冻效果，作出如下实验。
其中出现的GNP表示为金纳米粒子，PDA表示为聚多巴胺，GNP@PDA表示为聚多巴胺包覆的金纳米粒子抗冻剂，GNR@PDA表示为聚多巴胺包覆的金纳米棒抗冻剂，PS@PDA表示为聚多巴胺包覆的聚苯乙烯球微纳米抗冻剂，Fe3O4@PDA表示为聚多巴胺包覆的四氧化三铁微纳米抗冻剂。
试验一：
分别取10μL由实施例1中的8nM的微纳米粒子抗冻剂以及纯水、8nM的纯GNP溶液和65mM的纯PDA溶液从1.5m高垂直滴在用液氮预冷的玻璃片上，瞬间形成厚度约10μm的圆形冰晶片；然后快速转移至-60℃的密闭的冷热台腔室内，以10℃/min的升温速率升至-8℃，最终维持30min后，用光学显微镜拍摄照片，如图4所示。
根据试验结果可知，纯水、8nM的纯GNP溶液和8nM的纯PDA溶液形成较大冰晶结构，大冰晶会对细胞造成损伤，刺破细胞壁造成细胞死亡，同时小冰晶生长成大冰晶的过程中，会降低体系中自由水的比例，从而体系的渗透压增加，造成细胞的渗透休克；而实施例1中的8nM的微纳米粒子抗冻剂在结晶过程中，并未生长成大冰晶，能够降低对细胞造成的损伤，有效提高抗冻活性。
试验二：
分别取10μL由实施例1-4中的不同浓度的微纳米粒子抗冻剂以及纯水、纯GNP溶液和纯PDA溶液从1.5m高垂直滴在用液氮预冷的玻璃片上，瞬间形成厚度约10μm的圆形冰晶片；然后快速转移至-60℃的密闭的冷热台腔室内，以10℃/min的升温速率升至-8℃，最终维持30min后，用Image J软件选取其中10个最大的冰晶尺寸算平均值与纯水及纯GNP溶液对比观察聚多巴胺涂层包覆的微纳米材料的抗冻活性，得出如图5所示的纯水、纯GNP溶液、纯PDA溶液及4种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂在冰晶重结晶过程中30min后冰晶的尺寸变化图。
根据试验结果可知，纯水、纯GNP溶液和纯PDA溶液在30min后的平均最大冰晶尺寸分别为172μm、161μm和87μm；而实施例1中8nM的GNP@PDA微纳米抗冻剂在30min后的平均最大冰晶尺寸仅为22μm，为纯水的12.8％，实施例2中10nM的GNR@PDA微纳米抗冻剂在30min后的平均最大冰晶尺寸仅为26μm，为纯水的15.1％，实施例3中0.06nM的PS@PDA微纳米抗冻剂在30min后的平均最大冰晶尺寸仅为18μm，为纯水的10.5％，实施例4中0.18nM的Fe3O4@PDA微纳米抗冻剂在30min后的平均最大冰晶尺寸仅为21μm，为纯水的12.2％，由此表明，本发明制备的微纳米粒子抗冻剂在低温保存过程中形成的冰晶尺寸较小，减少对细胞造成损伤，抗冻活性高。
本发明以微纳米粒子作为内核，在其表面沉积一层含大量羟基的PDA涂层，该PDA材料可以自由探索冰面以形成大量的氢键，使得微纳米粒子牢固的吸附在冰晶表面以达到高效的抗冻活性，可以在较低的浓度下有效抑制冰晶的生长和重结晶；另外，本发明原材料中的金、银、聚苯乙烯球、四氧化三铁等为纳米颗粒简易通用的合成路线及形貌、尺寸均一可控，多巴胺来源广泛、价格低廉、生物相容性好、无毒且能够较好的沉积在各种有机材料和无机材料表面，在细胞、组织、胚胎等冷冻保存过程中具有广泛的应用；与目前已报道的抗冻材料相比，该抗冻材料所需浓度更低，用量更少，仅在皮摩尔浓度下即可使冰晶的尺寸降低至20μm以内。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂，其特征在于，包括作为刚性内核的微纳米粒子，在所述微纳米粒子表面包覆一层聚多巴胺涂层，形成在低粒子浓度下有效抑制冰晶的生长与重结晶的抗冻剂，抑制冰晶平均尺寸小于20μm。
2.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂，其特征在于，所述聚多巴胺涂层是由多巴胺溶液在碱性和氧气的条件下发生非共价键自组装和共价聚合并沉积在微纳米表面的一层聚合物薄膜。
3.一种如权利要求1或2所述的聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、分别配置多巴胺溶液和微纳米胶溶液；
步骤S2、将步骤S1制得的多巴胺溶液与微纳米胶溶液搅拌混合，多巴胺小分子在微纳米颗粒表面自聚合形成聚多巴胺涂层，得到表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子；
步骤S3、将步骤S2中得到的表面包裹聚多巴胺涂层的微纳米粒子经离心、洗涤进行纯化后，用醋酸纤维素模过滤去除聚集物，得到微纳米粒子抗冻剂。
4.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的多巴胺溶液是由多巴胺颗粒溶于10mM、pH为8.5的Tris缓冲溶液内配制而成，多巴胺溶液浓度为0.01-1mg/ml。
5.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中微纳米胶溶液的制备方法为：将微纳米粒子经离心浓缩后分散于水相，形成微纳米胶溶液，浓度为0.1nM-6.0μM，配置完成的微纳米胶溶液用50-200mM NaOH溶液调节pH至8.0-8.5。
6.根据权利要求5所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述微纳米胶溶液中的微纳米粒子为金、银、四氧化三铁、聚苯乙烯球、二氧化钛中的一种，微纳米粒子的形态为微米球、纳米球、微米棒、纳米棒、微米片、纳米片中的一种或多种，纳米粒子的粒径尺寸为5-1000nm。
7.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中多巴胺溶液与微纳米胶溶液的体积比为1：10-10：1。
8.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的多巴胺溶液与微纳米胶溶液在室温条件下敞口进行搅拌，搅拌混合的转速为100-1000rpm，搅拌时间为1-24h。
9.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中形成的聚多巴胺涂层的厚度为1-50nm。
10.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中离心的转速为1000-15000rpm，离心时间5-30min，洗涤的次数为1-3次，洗涤溶剂为去离子水或PBS缓冲溶液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111363172.1A CN114403125B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111363172.1A CN114403125B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114403125A true CN114403125A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114403125B CN114403125B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=81265656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111363172.1A Active CN114403125B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114403125B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115067339A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-20 | 扬州工业职业技术学院 | 一种聚多巴胺-纳米纤维素复合抗菌材料 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120237605A1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | Messersmith Phillip B | Multifunctional Metal Nanoparticles Having A Polydopamine-Based Surface and Methods of Making and Using the Same |
| CN107602763A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-19 | 西南交通大学 | 一种具有抗冻/抗热性能的导电自粘附水凝胶的制备方法 |
| CN109182327A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-11 | 尤崇革 | 磁性纳米粒子在核酸提取中的应用及其制备方法 |
| US20200276126A1 (en) * | 2017-09-29 | 2020-09-03 | The United States Of America, As Repreesented By The Secretary, Department Of Health And Human Serv | Polydopamine-encapsulated nanodiamonds and methods |
| CN113150544A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 一种定向排列氮化硼@聚多巴胺@银杂化纳米片柔性热界面材料及其制备方法 |
| CN113331174A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-03 | 合肥工业大学 | 一种含小分子单层的纳米粒子抗冻剂及其制备方法 |
-
2021
- 2021-11-17 CN CN202111363172.1A patent/CN114403125B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120237605A1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | Messersmith Phillip B | Multifunctional Metal Nanoparticles Having A Polydopamine-Based Surface and Methods of Making and Using the Same |
| US20200276126A1 (en) * | 2017-09-29 | 2020-09-03 | The United States Of America, As Repreesented By The Secretary, Department Of Health And Human Serv | Polydopamine-encapsulated nanodiamonds and methods |
| CN107602763A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-19 | 西南交通大学 | 一种具有抗冻/抗热性能的导电自粘附水凝胶的制备方法 |
| CN109182327A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-11 | 尤崇革 | 磁性纳米粒子在核酸提取中的应用及其制备方法 |
| CN113150544A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 一种定向排列氮化硼@聚多巴胺@银杂化纳米片柔性热界面材料及其制备方法 |
| CN113331174A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-03 | 合肥工业大学 | 一种含小分子单层的纳米粒子抗冻剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 徐又一等: "多巴胺的自聚-附着行为与膜表面功能化", 《膜科学与技术》 * |
| 陈丽娟等: "聚多巴胺涂层的研究与应用进展", 《高分子通报》 * |
| 陶彩虹等: "基于聚多巴胺的表面改性方法研究现状", 《化学通报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115067339A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-20 | 扬州工业职业技术学院 | 一种聚多巴胺-纳米纤维素复合抗菌材料 |
| CN115067339B (zh) * | 2022-06-22 | 2023-07-04 | 扬州工业职业技术学院 | 一种聚多巴胺-纳米纤维素复合抗菌材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114403125B (zh) | 2023-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | A facile preparation method for new two-component supramolecular hydrogels and their performances in adsorption, catalysis, and stimuli-response | |
| Mayer et al. | Preparation of silver− latex composites | |
| CN108711480B (zh) | 一种具有核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米链及其制备方法 | |
| CN101205420B (zh) | 一种磁性无机纳米粒/有序介孔二氧化硅核壳微球及其制备方法 | |
| Maity et al. | In situ synthesis, characterization, and antimicrobial activity of silver nanoparticles using water soluble polymer | |
| Thirumalai Arasu et al. | Stable silver nanoparticle synthesizing methods and its applications | |
| Wang et al. | Synthesis of silica-coated ZnO nanocomposite: the resonance structure of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a coupling agent | |
| Hu et al. | Preparation of large micron-sized monodisperse polystyrene/silver core–shell microspheres with compact shell structure and their electrical conductive and catalytic properties | |
| CN103500622A (zh) | 磁性无机纳米粒/有序介孔二氧化硅核壳复合微球及其制备方法 | |
| Lü et al. | Wool keratin-stabilized silver nanoparticles | |
| CN114403125B (zh) | 一种聚多巴胺涂层包覆的微纳米粒子抗冻剂及其制备方法 | |
| CN108236932B (zh) | 一种超顺磁-等离子体复合微球及其制备方法 | |
| WO2013113328A1 (en) | A method for preparing polystyrene-stabilized nanoparticles and nanostructured substrate surfaces comprising the same as well as the nanostructured substrate surfaces as such and uses thereof | |
| Mitamura et al. | Functionalization of gold nanorods toward their applications | |
| Jang et al. | Facile synthesis of core–shell and Janus particles via 2-D dendritic growth of gold film | |
| KR101910378B1 (ko) | 플라즈몬 나노입자의 하이드로겔 콜로이드 결정 단층막 표면에 자기회합을 통한 2차원 하이브리드 나노패턴 구조체 | |
| Krichevski et al. | Growth of colloidal gold nanostars and nanowires induced by palladium doping | |
| Zhao | Hierarchical assemblies of polypeptoids for rational design of advanced functional nanomaterials | |
| Zheng et al. | Facile synthesis of magnetic resorcinol–formaldehyde (RF) coated carbon nanotubes for methylene blue removal | |
| Pacholski | Two-dimensional arrays of poly (N-isopropylacrylamide) microspheres: Formation, characterization and application | |
| Kumbhar et al. | Encapsulation of silver nanoparticles into polystyrene microspheres | |
| CN113331174B (zh) | 含小分子单层的纳米粒子抗冻剂及其制备方法 | |
| JP2003139951A (ja) | 光学異方性薄膜およびその製造方法 | |
| Chen et al. | A simple method of preparing Ag nanoparticles coated silica colloidal crystals and polymer-Ag nanoparticles composite macroporous films | |
| Zhou et al. | A novel shape-selective fabrication of nanostructured silver |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |