CN111087472A - 一种生物活性硅藻生物矿化硅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物活性海洋硅基多孔材料的制备技术，即一种生物活性生物矿化硅的的制备方法，以硅藻生物矿化硅、含儿茶酚基团化合物为原料，通过碱性自聚合法制备生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅，通过与活性蛋白分子混合，得到生物活性硅藻生物矿化硅，该硅基多孔材料具有良好的生物粘附能力，能够有效提高生物活性物质的负载效率。可用于食品加工、医用生物材料和药物载体，具有良好的研究和开发应用前景。

Description

一种生物活性硅藻生物矿化硅的制备方法

技术领域

本发明属于生物学领域的一种生物活性硅藻生物矿化硅的制备方法。

背景技术

硅藻，是一种单细胞光合藻类，海洋中硅藻种类在10万以上，硅藻具有二氧化硅组成的细胞壁，被称为硅藻壳，也被称为生物矿化硅。硅藻壳有高度有序的孔结构和分层孔隙组织，具有独特的机械性能、分子运输特性以及光学性能。是一类具高活性、可规模化培养且绿色环保的优质资源。目前硅藻生物矿化硅在光学，生物传感，微细加工，蛋白质分离和药物输送方面皆有应用。生物矿化硅的主要组成成分是二氧化硅，其化学性质较为稳定，因此对其进行化学改性存在着一定的困难，同时也难以使硅藻生物矿化硅负载如酶、抗体、功能多肽等具备生物活性的物质。目前对硅藻生物矿化硅的生物活性物质负载方式主要有两种：1.物理吸附，通过硅藻生物矿化硅表面的多孔结构对生物分子进行吸附。2.化学修饰，硅藻生物矿化硅表面含有硅醇基，可以与硅烷偶联剂反应，使硅藻生物矿化硅表面附有如羧基、氨基等化学基团后，再与生物分子进行化学结合。这两种方式均具有一定的缺点，物理吸附的生物分子结合力较弱，容易脱落；化学修饰方式由于硅藻生物矿化硅表面硅醇基含量较少，修饰难度高，因此表面化学改性程度较低，使生物分子的结合量有限。含有儿茶酚基团的化合物如贻贝粘附蛋白（mussel adhesive proteins，MAP）的主要组分多巴胺，可在碱性条件下可以发生自聚合，从而在材料表面形成聚多巴胺涂层。含有儿茶酚基团的化合物可以将自身转化为醌形式，醌形式的儿茶酚化合物通过Schiff碱取代或1,4- Micheal型加成对其他官能团具有高度反应性，包括硫醇，胺和其他儿茶酚 - 醌类。因此来源于贻贝的聚多巴胺等儿茶酚基化合物已经成为在各种基质上形成粘合剂层以锚定化合物或生物物质等的有机大分子。本发明通过在硅藻生物矿化硅表面构建聚儿茶酚涂层并进一步负载生物活性物质，可以增加生物活性物质在硅藻生物矿化硅表面的负载量，避免生物活性物质从硅藻生物矿化硅上脱落，可以构建大量具有各种生物活性的硅藻生物矿化硅，具有十分重要的理论意义和临床应用价值。

发明内容

本发明的目的是一种生物活性硅藻生物矿化硅制备方法，以弥补已有技术的不足。

本发明以硅藻生物矿化硅、含儿茶酚基团的化合物为原料，通过碱性自聚合法制备生物粘附性聚合物涂层生物矿化硅，通过与活性蛋白分子混合，得到生物活性硅藻生物矿化硅，具体步骤如下：

（1）生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅制备：将纯化后的硅藻生物矿化硅分散于弱碱性溶液中，溶液pH为7.0 ~ 9.0，加入含有儿茶酚基团的化合物溶液，其中含有儿茶酚基团的化合物的溶液浓度为0.05 % ~ 10 %（M/V）, 硅藻生物矿化硅与含有儿茶酚基团的化合物的质量比为0.1 ~ 1.2，10 ℃~ 50 ℃下搅拌反应0.5-16小时，用去离子水多次冲洗去除未反应的儿茶酚化合物，干燥后得到聚合物涂层硅藻生物矿化硅；

（2）生物活性硅藻生物矿化硅制备：将生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅均匀分散在溶液中，随后加入活性蛋白类因子溶液，其中每毫克生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅投入的活性蛋白类因子为0.1μM ~ 1000 mM。将混合物搅拌反应过夜。反应后混合物用去离子水多次冲洗后，冻干后得到生物活性硅藻生物矿化硅。

本发明具有操作简便、制备技术工艺简单以及制造成本低廉等优点，可以通过改变投料比及反应时间来调整儿茶酚的含量，进而改变对生物活性分子的负载能力，所形成的生物活性硅藻生物矿化硅外观完整，表面孔径结构清晰。本发明的重要意义在于形成的生物活性硅藻生物矿化硅可以增加生物活性物质在硅藻生物矿化硅表面的负载量，避免生物活性物质从硅藻生物矿化硅上脱落，可以构建大量具有各种生物活性的硅藻生物矿化硅，具有良好的开发应用潜力。

实施例1

称取纯化后的硅藻生物矿化硅30 mg分散于1 mL pH 8.5的NaOH溶液中。将10 mg盐酸多巴胺溶于3mL去离子水中后加入硅藻生物矿化硅的Tris-Hcl分散液中，在37 ℃下避光搅拌反应4小时。用去离子水充分洗涤，冻干制得聚多巴胺-硅藻生物矿化硅；称取10 mg 聚多巴胺-硅藻生物矿化硅分散在1.5 mL pH 7.4的PBS缓冲液中，加入0.1 mL 凝血酶溶液（酶活力为50 U），4 ℃下搅拌反应过夜，用去离子水充分洗涤，冻干制得凝血酶活性聚多巴胺-硅藻生物矿化硅。

实施例2

称取纯化后的硅藻生物矿化硅60 mg分散于1.5 mL pH 7.2的PBS溶液中。将5 mg左旋多巴胺溶于2.5 mL去离子水中后加入硅藻生物矿化硅的Tris-Hcl分散液中，在室温下避光搅拌反应14小时。用去离子水充分洗涤，冻干制得聚左旋多巴胺-硅藻生物矿化硅；称取20mg 聚左旋多巴胺-硅藻生物矿化硅分散在2.5 mL 生理盐水中，加入0.5 mL 浓度为0.5mg/ml的抗菌肽溶液，室温下下搅拌反应过夜，用去离子水充分洗涤，冻干制得抗菌肽活性聚左旋多巴胺-硅藻生物矿化硅。

实施例3

称取纯化后的硅藻生物矿化硅70 mg分散于1 mL pH 8.0的Tris-Hcl溶液中。将35 mg去甲肾上腺素溶于3 mL去离子水中后加入硅藻生物矿化硅的Tris-Hcl分散液中，在37 ℃下避光搅拌反应4小时。用去离子水充分洗涤，冻干制得聚去甲肾上腺素-硅藻生物矿化硅；称取10 mg 聚去甲肾上腺素-硅藻生物矿化硅分散在1.5 mL pH 7.4的PBS缓冲液中，加入0.02 mL Anti-EpCAM/CD326上皮细胞粘附分子抗体溶液，4 ℃下搅拌反应过夜，用去离子水充分洗涤，冻干制得具有抗体活性聚去甲肾上腺素-硅藻生物矿化硅。

Claims (3)

1.一种生物活性硅藻生物矿化硅的制备方法，其特征在于利用含有儿茶酚基团的化合物在硅藻生物矿化硅表面氧化交联形成聚合物涂层，与活性蛋白类因子溶液共混后，利用聚合物涂层中儿茶酚基团的生物粘附性对溶液中的活性蛋白类因子进行粘附固定化，得到生物活性硅藻生物矿化硅，具体步骤如下：

（1）生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅制备：将纯化后的硅藻生物矿化硅分散于弱碱性溶液中，溶液pH为7.0 ~ 9.0，加入含有儿茶酚基团的化合物溶液，其中含有儿茶酚基团的化合物的溶液浓度为0.05 % ~ 10 %（M/V）, 硅藻生物矿化硅与含有儿茶酚基团的化合物的质量比为0.1 ~ 1.2，10 ℃ ~ 50 ℃下搅拌反应0.5 ~ 16小时，用去离子水多次冲洗去除未反应的儿茶酚化合物，干燥后得到生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅；

（2）生物活性硅藻生物矿化硅制备：将生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅均匀分散在溶液中，随后加入活性蛋白类因子溶液，其中每毫克生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅投入的活性蛋白类因子为0.1μM ~ 1000 mM，将混合物搅拌反应过夜，反应后混合物用去离子水多次冲洗后，冻干后得到生物活性硅藻生物矿化硅。

2.根据权利要求1所述的生物活性硅藻生物矿化硅的制备方法，其特征是在生物粘附性涂层硅藻生物矿化硅的制备过程中，所用的硅藻生物矿化硅来源可以为中心硅藻纲或羽纹硅藻纲的硅藻和硅藻土；所用含有儿茶酚基团的化合物种类包括多巴胺、多巴胺盐酸盐、左旋多巴胺、去甲肾上腺素、3,4-二羟基苯丙酸、咖啡酸等；弱碱性溶液可以为NaOH溶液、磷酸盐缓冲液或Tris-Hcl缓冲液；生物活性硅藻生物矿化硅的制备中，反应所需的溶液可以为磷酸盐缓冲液、Tris-Hcl缓冲液、生理盐水、蒸馏水等；所使用的蛋白活性因子包括酶（凝血酶、淀粉酶、果胶酶等）、多肽、抗体等。

3.权利要求1所述的生物活性硅藻生物矿化硅的应用包括以下方面：

（1）水产动物或家畜的饵料添加剂；

（2）附加具有不同生物功能的蛋白活性因子，应用于食品加工、生物医药、化妆品、纺织加工、保健品等领域。