CN109569347A - 一种疏水性材料水相转移的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种疏水性材料水相转移的方法，包括以下步骤：A)将丝蛋白纳米纤维溶液加入疏水性材料的有机溶液中，充分混合，得到混合溶液；所述疏水性材料的有机溶液包括疏水性材料和有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种；B)将所述混合溶液进行高速离心，得到负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维；C)将所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中重悬，在水相中分散。本发明特定构象和纳米结构的丝蛋白纳米纤维载体同时具有亲疏水嵌段，疏水嵌段捕捉疏水材料，使其有效地负载在纳米纤维载体上，增加了疏水性分子在水相中的溶解度，因此其生物利用度提高。
Description
技术领域
本发明属于疏水材料技术领域，尤其涉及一种疏水性材料水相转移的方法。
背景技术
疏水性材料(如药物、维生素等)在生物医疗中占据着举足轻重的地位，然而其本身的难溶性导致了药物生物利用度降低等一系列问题，极大地阻碍了其在临床上的应用。目前研究者利用各种策略将疏水材料有效地转化为水相。其一是通过化学修饰来提高材料在水中的溶解性，但分子结构的改变通常会破坏活性。再者，一些两亲性的纳米载体***获得了越来越多的兴趣，这些载体同时具有亲疏水嵌端，在水溶液中自组装成胶束或囊泡，然后将疏水分子包覆，提高水相溶解度。然而，复杂的合成过程、低化学稳定性以及生物不相容性仍然是这些纳米载体在未来使用中的主要问题。因此，通过温和而简单的工艺开发生物相容、可生物降解的纳米载体，实现疏水材料的水相转移亟待研究者们的探索。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水性材料水相转移的方法，本发明中的方法提高了疏水分子在水中的溶解度，且能提高疏水性材料的载药量和包封率。
本发明提供一种疏水性材料水相转移的方法，包括以下步骤：
A)将丝蛋白纳米纤维溶液与疏水性材料的有机溶液充分混合，得到混合溶液；
所述丝蛋白纳米纤维的结晶度在40％以上，所述丝蛋白纳米纤维的直径为10～30nm，所述丝蛋白纳米纤维的长度为200nm～2μm；
所述疏水性材料的有机溶液包括疏水性材料和有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种；
B)将所述混合溶液进行高速离心，得到负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维；
C)将所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中进行重悬，使负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维在水相中分散。
优选的，所述疏水性材料为姜黄素、紫杉醇、维生素A、维生素E或苏丹红。
优选的，所述疏水性材料的有机溶液的浓度为1～10mmol/L。
优选的，所述丝蛋白纳米纤维溶液的质量浓度为0.1～3wt％。
优选的，所述丝蛋白纳米纤维溶液与所述疏水性材料的体积比为(1～5)：1。
优选的，所述步骤A)中混合的时间为1～24小时。
优选的，所述步骤B)中高速离心的速率为1000～20000rcf；
所述步骤B)中高速离心的时间为5～120min。
优选的，所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维和水的体积比为(10～50)：1。
优选的，所述丝蛋白纳米纤维为beta-sheet结晶结构。
本发明提供一种疏水性材料水相转移的方法，包括以下步骤：A)将丝蛋白纳米纤维溶液加入疏水性材料的有机溶液中，充分混合，得到混合溶液；所述丝蛋白纳米纤维的结晶度在40％以上，所述丝蛋白纳米纤维的直径为10～30nm，所述丝蛋白纳米纤维的长度为200nm～2μm；所述疏水性材料的有机溶液包括疏水性材料和有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种；B)将所述混合溶液进行高速离心，得到负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维；C)将所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中重悬，在水相中分散。本发明特定构象和纳米结构的丝蛋白纳米纤维载体同时具有亲疏水嵌段，疏水嵌段捕捉疏水材料，使其有效地负载在纳米纤维载体上，增加了疏水性分子在水相中的溶解度，因此其生物利用度提高。本发明的丝蛋白纳米纤维载体***无其他成分，因此其载药量高、低毒、安全性好，其粒径小且均匀，并且稳定性高。本发明通过混匀、离心的方法实现疏水材料的水相转移，简单易行，不需要复杂的操作和条件，室温下即可进行。本发明的方法具有普适性，对一系列疏水材料均适用，因此为其它疏水性分子的水相转移提供实验依据，可在生物医学以及药物制剂等领域取得广泛应用。实验结果表明，使用本发明中的方法将疏水材料在水相中分散，疏水性材料的载药量可达9.6％，包封率高达96％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1～4中姜黄素水相转移的示意图；
图2为本发明实施例3中所使用的丝蛋白纳米纤维以及负载上姜黄素药物的丝蛋白纳米纤维的宏观和微观图(原子力显微镜图片)；
图3为本发明实施例5中的姜黄素在水相转移前后的拉曼光谱；
图4为本发明实施例5中姜黄素药物水相转移后紫外稳定性的变化。
具体实施方式
本发明提供了一种疏水性材料水相转移的方法，包括以下步骤：
A)将丝蛋白纳米纤维溶液加入疏水性材料的有机溶液中，充分混合，得到混合溶液；
所述丝蛋白纳米纤维的结晶度在40％以上，所述丝蛋白纳米纤维的直径为10～30nm，所述丝蛋白纳米纤维的长度为200nm～2μm；
所述疏水性材料的有机溶液包括疏水性材料和有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种；
B)将所述混合溶液进行高速离心，得到负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维；
C)将所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中重悬，在水相中分散。
本发明优选先将疏水性材料溶于有机溶剂中，得到疏水性材料的有机溶液，然后在将丝蛋白纳米纤维溶液与所述疏水性材料的有机溶液充分混合，得到混合溶液。
在本发明中，所述疏水性材料可以是疏水性药物，如姜黄素、紫杉醇等，也可以是疏水性维生素，如维生素A、维生素E等，也可以是疏水性染料，如苏丹红(红油O)等。
所述有机溶剂优选为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜(DMSO)中的一种或几种，本发明中的疏水性材料在极性较高的二甲基亚砜中的溶解度较高，为了得到更高的转移至水相的疏水性材料浓度，按照常规思维应当优选DMSO作为疏水性材料的有机溶剂，但是，本发明的实验结果表明，以二甲基亚砜作为有机溶剂得到的载药率和包封率效果不佳，反而使用极性较差的乙醇等有机溶剂与本申请中的丝蛋白纳米纤维配合，能够高效的负载疏水性材料。
在本发明中，所述疏水性材料的有机溶液的浓度优选为1～10mmol/L，更优选为2～8mmol/L，最优选为3～7mmol/L，具体的，在本发明的实施例中，可以是1mmol/L或5mmol/L。
在本发明中，所述丝蛋白纳米纤维溶液包括丝蛋白纳米纤维和溶剂，所述丝蛋白纳米纤维为高结晶纳米纤维，为beta-sheet结晶结构，其结晶度为40％以上，丝蛋白纳米纤维的直径优选为10～30nm，更优选为15～25nm，最优选为20～22nm；所述丝蛋白纳米纤维的长度优选为100nm～3μm，更优选为500nm～2.5μm，最优选为1～2μm。
在本发明中，所述丝蛋白纳米纤维优选按照以下步骤制备：
将丝蛋白水溶液在40～60℃浓缩至浓度为6～12wt％的第一丝蛋白溶液；
将所述第一丝蛋白溶液在20～35℃浓缩至浓度为18～24wt％的第二丝蛋白溶液；
将所述的第二丝蛋白溶液加水稀释至浓度为0.1～2wt％的丝蛋白溶液，在50～70℃密封孵育，得到高结晶丝蛋白纳米纤维溶液。
所述溶剂优选为水，或与水混溶的水-有机溶剂混合溶剂。
所述丝蛋白纳米纤维溶液的质量浓度优选为0.1～3％，更优选为0.5～2.5％，最优选为1～2％。
在本发明中，所述丝蛋白纳米纤维溶液与所述疏水性材料的体积比为(1～5)：1，更优选为(1～4)：1，最优选为(1～2)：1，具体的，在本发明的实施例中，可以是1:1。
本发明优选将所述丝蛋白纳米纤维溶液与疏水性材料的有机溶液混合后，在旋转混合仪上进行充分的混合，所述混合的时间优选为1～24小时，更优选为6～24小时，最优选为12～24小时。
得带混合溶液后，本发明优选将所述混合溶液进行高速离心，得到沉淀，然后将所述沉淀与溶液分离，即为负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维。
在本发明中，所述高速离心的速率优选为1000～20000rcf，更优选为5000～15000rcf，最优选为10000rcf；所述高速离心的时间优选为5～120min，更优选为10～100min，最优选为30～50min。
完成上述高速离心之后，本发明将得到的负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中，进行重悬，然后进行多次离心以清洗残余的有机溶剂，得到分散在水相中的负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维。
在本发明中，优选采用纯水进行上述重悬，所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维和水的体积比为(10～50)：1，更优选为(20～40)：1，最优选为30:1；所述离心清洗的次数优选为1～20次。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过特定构象和纳米结构的丝蛋白的选择，使得高结晶丝蛋白具有高的负电荷而能够在水中均匀分散，同时丝蛋白的疏水性使得疏水分子可以负载于上，成功实现疏水分子的水相转移，提高了疏水材料的生物利用度；
(2)本发明的丝蛋白纳米纤维载体***无其他成分，因此其载药量高、低毒、安全性好，生物相容性高、其粒径小且均匀，并且稳定性高；
(3)本发明通过混匀、离心的方法实现疏水材料的水相转移，简单易行，不需要复杂的操作和条件，室温下即可进行；
(4)本发明的方法具有普适性，对一系列疏水材料均适用，因此为其它疏水性分子的水相转移提供实验依据，可在生物医学以及药物制剂等领域取得广泛应用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种疏水性材料水相转移的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将疏水药物姜黄素溶于DMSO中配成1mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行3次离心以清洗残留有机溶剂，最终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为1.4％，包封率为57.0％，并且能在水相分散。
实施例2
将疏水药物姜黄素溶于乙腈中配成1mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行3次离心以清洗残留有机溶剂，最终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为1.7％，包封率为66.7％，并且能在水相分散。
实施例3
将疏水药物姜黄素溶于乙醇中配成1mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行3次离心以清洗残留有机溶剂，最终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为2％，包封率为86.6％，并且能在水相分散。
实施例4
将疏水药物姜黄素溶于丙酮中配成1mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行3次离心以清洗残留有机溶剂，最终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为4.6％，包封率为92.5％，并且能在水相分散。
本发明对实施例1～4中在水中分散的负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维进行性能检测，结果如图1～2所示，图1为本发明实施例1～4中姜黄素水相转移的示意图；具体为丝蛋白纳米纤维与姜黄素的乙醇、乙腈、丙酮或二甲基亚砜溶液均匀混合(左)，离心后沉淀(中)在水中均匀分散(右)的宏观图，图中可以看到使用不同有机溶剂时，疏水药物姜黄素都能成功负载到丝蛋白纳米纤维上并在水相均匀分散；图2为本发明实施例3中所使用的丝蛋白纳米纤维以及负载上姜黄素药物的丝蛋白纳米纤维的宏观和微观图(原子力显微镜图片)，其中，SNF表示丝蛋白纳米纤维，CUR表示姜黄素，CUR@SNF表示负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维。图中可以看出，丝蛋白纳米纤维的直径为10～30nm，负载姜黄素药物后的纤维直径在50nm～300nm。
实施例5
将疏水药物姜黄素溶于乙醇中配成5mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行2次离心以清洗残留有机溶剂，终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为9.6％，包封率为96.2％，并且能在水相分散。
图3为本发明实施例5中的姜黄素在水相转移前后的拉曼光谱，由图3可知，复合物中同时出现丝蛋白与姜黄素的特征峰，进一步表明药物的成功加载；
图4为本发明实施例5中姜黄素水相转移后抑制乳腺癌细胞增殖的效果图，由图4可知，水相转移后的药物姜黄素仍然保持良好的抗癌活性。
实施例6
将疏水性维生素维E溶于乙醇中配成5mmol/L溶液，然后与2wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比1:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合24h；
将混匀的液体在10000rcf高速离心30min后得到沉淀，即为负载有维生素E的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行3次离心以清洗残留有机溶剂，最终得到负载有维生素E的丝蛋白纳米纤维，载药率为8.1％，包封率为81.3％，并且能在水相分散。
比较例1
将疏水药物姜黄素溶于乙醇中配成1mmol/L溶液，然后与0.01wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比0.5:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合0.5h；
将混匀的液体在800rcf高速离心2min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行1次离心以清洗残留有机溶剂，终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为0.01％，包封率为3.6％，并且能在水相分散。
比较例2
将疏水药物姜黄素溶于乙醇中配成1mmol/L溶液，然后与4wt％的丝蛋白纳米纤维按体积比8:1的比例混合，在旋转混合仪上充分混合0.8h；
将混匀的液体在900rcf高速离心3min后得到沉淀，即为负载有姜黄素的丝蛋白纳米纤维；
向得到的沉淀中加入纯水重悬，进行1次离心以清洗残留有机溶剂，终得到负载有疏水药物姜黄素的丝蛋白纳米纤维，载药率为0.4％，包封率为6.4％，并且能在水相分散。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种疏水性材料水相转移的方法，包括以下步骤：
A)将丝蛋白纳米纤维溶液与疏水性材料的有机溶液充分混合，得到混合溶液；
所述丝蛋白纳米纤维的结晶度在40％以上，所述丝蛋白纳米纤维的直径为10～30nm，所述丝蛋白纳米纤维的长度为200nm～2μm；
所述疏水性材料的有机溶液包括疏水性材料和有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、乙腈、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种；
B)将所述混合溶液进行高速离心，得到负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维；
C)将所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维加入水中进行重悬，使负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维在水相中分散。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水性材料为姜黄素、紫杉醇、维生素A、维生素E或苏丹红。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水性材料的有机溶液的浓度为1～10mmol/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述丝蛋白纳米纤维溶液的质量浓度为0.1～3wt％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述丝蛋白纳米纤维溶液与所述疏水性材料的体积比为(1～5)：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A)中混合的时间为1～24小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B)中高速离心的速率为1000～20000rcf；
所述步骤B)中高速离心的时间为5～120min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载有疏水性材料的丝蛋白纳米纤维和水的体积比为(10～50)：1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丝蛋白纳米纤维为beta-sheet结晶结构。
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