CN115414278A - 仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精细化学品技术领域，涉及一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：1）、制备PDA@PEG纳米粒子：将0.06‑0.1g聚多巴胺粒子溶于50ml的PH值为8.1‑8.2的三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐中，并加入0.08‑0.12g的巯基聚乙二醇，然后冰浴避光磁力搅拌24小时，得到PDA@PEG纳米粒子；2）、制备PF‑127水凝胶：取20‑30g的Pluronic F‑127颗粒，加入70‑80ml的4℃的磷酸盐缓冲生理盐水中，在4℃条件下敞口磁力搅拌24小时，得到PF‑127水凝胶；3）、混合搅拌：将85g的4℃的PF‑127水凝胶与15g PEG@PDA纳米粒子混合，在4℃条件下磁力搅拌24小时，得到仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂。该防护剂具有两亲性，紫外线吸收性能优异，稳定性良好，同时可以有效防止PDA@PEG纳米粒子渗透进入皮肤。
Description
技术领域
本发明属于精细化学品技术领域，涉及一种光热性日光性防护剂的制备方法与应用，尤其是一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法与应用。
背景技术
长期暴露在紫外线（UV）下将对人体皮肤造成伤害。UV光波长越长，穿透力越强而能量越少，故中波紫外线UVB（290-320nm）到达表皮基底层，长波紫外线UVA（320-400nm）可穿透表皮作用于真皮浅层，因此UV可导致包括表皮角化过度、棘层肥厚、真皮炎症细胞浸润、血管扩张、Langerhans 细胞缺失等。并可在细胞和分子水平导致应激蛋白过度表达、炎症因子分泌增加等病理改变，长期作用可诱发皮肤癌。
根据紫外线损伤机理和发病机制，目前主要措施为防止紫外线与皮肤直接相互作用，主要包括穿戴防晒服、使用遮阳伞及局部应用防晒霜。其中，使用防晒霜最为方便，如使用乳膏、喷雾、凝胶等进行涂抹。根据不同的抗紫外线作用机理，防晒剂可分为物理性防晒剂、化学性防晒剂和天然防晒剂。
目前使用频率较高的物理性防晒剂以氧化锌（ZnO）及二氧化钛(TiO2)为主，以反射或散射紫外线的方式发挥作用，但局部使用时较为油腻，延展性不佳，且ZnO与TiO2易在皮肤表面滞留，从而堵塞毛孔，影响皮肤及汗腺的分泌。同时，有研究表明，纳米二氧化钛在长期紫外线照射后会产生小分子物质，该物质可透过表皮，产生氧自由基（ROS），在损伤皮肤的同时可进一步降低其他防晒物质的防晒效能。
而对氨基苯甲酸及其衍生物、水杨酸酯及其衍生物、肉桂酸酯及其衍生物等化学防晒剂易被人体吸收而产生毒副作用，且遇光易降解，稳定性差。
近年来，黄酮类化合物、植物多酚等植物型防晒剂逐渐被开发出来，其具有良好的抗紫外线、清除氧自由基、修复皮肤损伤及延缓老化等作用。但是，常见的植物型防晒剂在高原高寒等恶劣的强紫外线地区的应用，具有一定的局限性。
聚多巴胺(PDA)是一种仿生纳米黑色素材料，可由多巴胺在碱性环境中自发聚合形成，具有光热转化、抗氧化、光保护、抑制免疫反应、载药、生物相容性等特点，是一种具有广阔发展前景的生物纳米材料。PDA可模拟天然黑素小体，被角质形成细胞摄取并在核周聚集，防止紫外线诱导的DNA损伤，显著降低胞内ROS水平，有效发挥光保护作用。研究发现，PDA在200-800nm具有单调宽带的UV-Vis吸收光谱，可发挥强有力的光保护作用。此外，黑色素能以非辐射的方式消散吸收超过99.9%的光，是一种高效的光保护剂。同时，PDA良好的黏附特性、组织相容性及低毒性也使其成为人体防晒护肤的主要材料。而且，PDA具有良好的光热转化效能，PDA的吸收光谱可覆盖整个可见光区，在紫外光区有最大吸收峰，可广泛吸收紫外光和近红外（NIR）光，将光辐射通过非辐射形式转化为热能，在高原高寒地区的寒冷性皮肤病的预防方面，具有潜在的应用前景。但是，纳米PDA具有聚集性，不利于长期保存，同时，在皮肤表面难以充分延展。
鉴于现有技术存在的上述缺陷，急需开发一种新型的光热性日光性防护剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法与应用，所述防护剂具有两亲性，紫外线吸收性能优异，稳定性良好，同时可以有效防止PDA@PEG纳米粒子渗透进入皮肤。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、制备PDA@PEG纳米粒子：将0.06-0.1g聚多巴胺粒子溶于50ml的PH值为8.1-8.2的三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐中，并加入0.08-0.12g的巯基聚乙二醇，然后冰浴避光磁力搅拌24小时，得到PDA@PEG纳米粒子；
2）、制备PF-127水凝胶：取20-30g的Pluronic F-127颗粒，加入70-80ml的4℃的磷酸盐缓冲生理盐水中，在4℃条件下敞口磁力搅拌24小时，得到PF-127水凝胶；
3）、混合搅拌：将85g的4℃的所述PF-127水凝胶与15g所述PEG@PDA纳米粒子混合，在4℃条件下磁力搅拌24小时，得到仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂。
优选地，在所述步骤1）之前，还包括0）、制备聚多巴胺粒子：将0.4-0.5g的盐酸多巴胺分散在8-10ml的水中从而得到多巴胺悬浮液，将上述多巴胺悬浮液加入至由2ml氨、90-100ml三蒸水和40-50ml乙醇组成的混合物中，磁力搅拌24h后离心分离，分离后用去离子水洗涤，洗涤后37℃烘干过夜，得到所述聚多巴胺粒子。
优选地，所述PDA@PEG纳米粒子的直径为50-150nm。
优选地，所述离心分离为在10000-13000rpm的转速下离心分离15min。
优选地，所述用去离子水洗涤为在10000-13000rpm转速下用去离子水离心洗涤。
优选地，所述步骤0）、1）、2）和3）中的磁力搅拌时转速为800-1200rpm。
此外，本发明还提供一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂，其特征在于，其采用上述制备方法制备而成。
优选地，所述PDA@PEG纳米粒子所占质量分数为5-15wt%。
优选地，所述PDA@PEG纳米粒子的直径为50-150nm。
最后，本发明还提供一种上述仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的应用。
与现有技术相比，本发明的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法与应用具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其采用的聚多巴胺（PDA）为天然芳香聚合物，紫外线防护效能优异，聚乙二醇（PEG）的修饰，增强了PDA的分散性，避免了纳米粒子聚合性强的特点，同时增强了PDA的稳定性，进一步降低了细胞毒性，实现了持久防晒。而且，纳米级的PDA@PEG纳米粒子充分分散后，散射效应增强，强化了紫外防护效果。
2、其采用的基质为Pluronic F-127，其具有双亲性，降低了PDA@PEG纳米粒子的皮肤渗透性，解决了传统防晒霜耐水性差的问题，提升了防晒霜使用效率和安全性，实现了安全、高效的防晒护肤，且制备条件温和，便于大量生产。
3、其采用的PDA的吸收光谱可覆盖整个可见光区，在紫外光区有最大吸收峰，可广泛吸收紫外光和近红外（NIR）光，将光辐射通过非辐射形式转化为热能，利用PDA@PEG纳米粒子的光热效应，使得该日光性防晒剂在寒冷性皮肤病的应用中具有潜在价值。
附图说明
图1为本发明的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法的流程示意图。
图2是PF-127水凝胶以及PDA@PEG纳米粒子与PF-127水凝胶混合后的外观图。
图3是涂抹了本发明的防护剂后的效果图。
图4是PDA@PEG纳米粒子的透射电镜图。
图5是PDA@PEG纳米粒子的粒径分析图。
图6是PDA@PEG纳米粒子的Mapping分析图。
图7是PDA@PEG纳米粒子的光热转换红外图。
图8为PBS、PDA及PDA@PEG纳米粒子的光热性日光防护剂在280-700nm的光谱图。
图9为使用体外检测法检测的PDA及PDA@PEG纳米粒子的SPF值。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
为解决现有技术的缺点及不足之处，本发明的主要目的在于提供一种使仿生纳米黑色素PDA@PEG纳米粒子均匀分散的光热性日光防护剂的制备方法。
图1示出了本发明的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法的流程示意图。如图1所示，本发明的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法包括以下步骤：
一、制备PDA@PEG纳米粒子。
纳米粒子表面蛋白冠的形成参与纳米粒子（NP）和生物***的相互作用。研究表明，表面蛋白取决于NP的表面性质。PDA的粘附性使PDA NP非常容易在水和生物介质中聚集，未经修饰的PDA NP表面吸附蛋白质，破坏NP胶体稳定性，在皮肤层分泌蛋白质的情况下容易聚集。
同时，PDA NP可以通过氢键、π-π堆积、金属配位和静电相互作用与其他配体相互作用，对PDA的表面修饰极为容易，不需要复杂的偶联反应或纯化步骤。聚乙二醇（PEG）修饰可通过减少蛋白质和小分子之间基于电荷的相互作用，最大限度地减少NP表面吸附蛋白类皮肤分泌物，保持胶体稳定性。PEG修饰还可以使NP具有良好的空间稳定性，亲水性乙二醇的重复增加其在缓冲液和血清中的溶解度，减少被网状内皮***的摄取，延长其体内循环时间，从而实现组织靶向性。同时，PEG价格便宜，用途广泛，对PDA纳米粒子修饰后进一步降低了PDA的细胞毒性。
因此，在本发明中，制备PDA@PEG纳米粒子具体为：将0.06-0.1g聚多巴胺粒子溶于50ml的PH值为8.1-8.2的三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐中，并加入0.08-0.12g的巯基聚乙二醇（PEG-SH），然后冰浴避光磁力搅拌24小时，得到PDA@PEG纳米粒子。
优选地，在进行磁力搅拌时转速为800-1200rpm。
通过该步骤制备的PDA@PEG纳米粒子具有高效的光吸收率和光热转化率，使得在高原高寒等环境恶劣的强紫外线地区，增强皮肤保湿性能的同时，预防寒冷性皮肤病的发生。
同时，多巴胺分子在水、乙醇和氨组成的溶液中在室温下会氧化和自聚合合成，并且许多参数会影响PDA的最终尺寸。在本发明中，通过调节氨和盐酸多巴胺的摩尔比来优化所需的尺寸，以确保获得纳米尺寸的聚多巴胺。
具体地，在制备聚多巴胺粒子时，将0.4-0.5g的盐酸多巴胺分散在8-10ml的水中从而得到多巴胺悬浮液，将上述多巴胺悬浮液加入至由2ml氨、90-100ml三蒸水和40-50ml乙醇组成的混合物中，磁力搅拌24h后离心分离，分离后用去离子水洗涤，洗涤后37℃烘干过夜，得到所述聚多巴胺粒子。
其中，所述离心分离为在10000-13000rpm的转速下离心分离15min。并且，所述用去离子水洗涤为在10000-13000rpm转速下用去离子水离心洗涤。
通过上述处理，使得制备的所述PDA@PEG纳米粒子的直径为50-150nm。
二、制备PF-127水凝胶。
Pluronic F-127，简称PF-127，是由聚氧乙烯和聚氧丙烯单元组成的物质，线性分子式为(C3H6O·C2H4O)x，是一种白色粉末状的固体，可用磷酸盐缓冲生理盐水（PBS）于4℃进行溶解。PF-127是一种生物相容性、无毒、热可逆的材料，可作为伤口敷料等在许多研究中得到了广泛的应用。在15-20%或更高浓度的水溶液中表现出独特的可逆热凝胶性能，可以安全地停留在创面上，这种特性为在4℃下呈液态，在室温或体温下呈半固态凝胶，为PDA@PEG纳米粒子附着在皮肤表面提供了可能，同时可使得PDA@PEG纳米粒子在其内充分溶解。
因此，在本发明中，制备PF-127水凝胶具体为：取20-30g的Pluronic F-127颗粒，加入70-80ml的4℃的磷酸盐缓冲生理盐水中，在4℃条件下敞口磁力搅拌24小时，得到PF-127水凝胶。该PF-127水凝胶在室温呈凝胶状态，具有亲水、亲脂性质，同时具有抗炎、抑菌的作用，可以作为防护剂的基质，制备防护剂。
其中，将Pluronic F-127添加到磷酸盐缓冲生理盐水（PBS）中可以降低细胞和蛋白质与基于PDMS（聚二甲基硅氧烷）的微流体装置的非特异性粘附。
三、混合搅拌。
将上述制备的PDA@PEG纳米粒子和PF-127水凝胶按比例均匀混合在一起。
具体地，将85g的4℃的所述PF-127水凝胶与15g所述PEG@PDA纳米粒子混合，在4℃条件下磁力搅拌24小时，得到仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂。
在本发明中，所述仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂中PEG@PDA纳米粒子的质量分数为5-15wt%。
优选地，本发明中所有磁力搅拌时的转速均为800-1200rpm。
为了证明本发明的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的效果，本发明中进行了多种实验和分析。其中，
图2示出了PF-127水凝胶以及PDA@PEG纳米粒子与PF-127水凝胶混合后的外观图。从图2可以看出，PDA@PEG纳米粒子可以充分溶解于PF-127水凝胶中，具有良好的分散性。
图3示出了涂抹了本发明的防护剂后的效果图。从图3可以看出，涂抹于皮肤后未见明显皮肤颜色改变，说明其不会对皮肤造成不雅影响。
图4是PDA@PEG纳米粒子的透射电镜图。图5是PDA@PEG纳米粒子的粒径分析图。从图4和5可以看出，PDA@PEG纳米粒子的分子分散性良好，并且粒径均一，粒径为50-150nm。
图6是PDA@PEG纳米粒子的Mapping分析图。从图6可以看出， PDA@PEG纳米粒子主要由C、N、O组成，无其他化学添加成分。
图7是PDA@PEG纳米粒子的光热转换红外图。其中，1、2、3分别为基质（PF-127水凝胶）、含10wt%的PDA@PEG纳米粒子的日光性防护剂和含20wt%的PDA@PEG纳米粒子的日光性防护剂，涂抹于人体小臂皮肤内测，置于模拟日光下照射，红外线相机记录温度变化。5分钟后，涂含有PDA@PEG纳米粒子的日光性防护剂的表皮温度稳定提升，维持在37℃左右，表明其防护效果好。
图8为PBS、PDA及仿生纳米黑色素PDA@PEG的光热性日光防护剂在280-700nm光谱图。从图8可以看出，在极小剂量即0.1wt%PDA及PDA@PEG掺量下，紫外线吸收率明显提升，同时PDA@PEG纳米粒子的吸收效率明显优于PDA。
图9为使用体外检测法（Sayre et al.,1979）检测PDA及PDA@PEG的SPF值。其中，使用异丙醇溶解PDA及PDA@PEG纳米粒子，紫外分光光度计检测290-320nm处吸光度，计算1wt%、2wt%、5wt%、10wt%、15wt%PDA及PDA@PEG纳米粒子的SPF值。从图9可以看出，5wt%的掺量下，其SPF值即可达到30以上，且PDA@PEG纳米粒子的UVB防护效率明显优于PDA。
通过以上分析可知，由于所述PPF-127水凝胶是一种生物相容性、无毒、热可逆的材料，可作为伤口敷料等在许多研究中得到了广泛的应用，可以安全地停留在创面上，在室温或体温下呈半固态凝胶，可使得PDA@PEG纳米粒子在其内充分溶解，为PDA@PEG纳米粒子附着在皮肤表面提供了可能，而聚多巴胺为人体抗紫外黑色素的主要成分，两种物质充分混合，PF-127水凝胶的热可逆性以及聚乙二醇（PEG）对PDA@的修饰均可致两者的充分混合，避免了加热搅拌等普通混匀方式引起的变性损伤。PDA@PEG纳米粒子的充分分散将会进一步提升紫外线防护能力，这与充分分散后对紫外线散射效应增强有关，同时避免了涂抹后颜色不均及堵塞毛孔等情况发生。
同时，PF-127水凝胶的双亲性，使得该日光性防护剂可以紧密结合在皮肤表面，降低了PDA@PEG纳米粒子的皮肤渗透性的同时，提升了使用效率。
而且，该光热性日光防护剂制备工艺绿色环保，采用仿生纳米黑色素作为核心成分，产品安全高效，也解决了传统防晒霜耐水性差、易渗透、产生自由基损伤皮肤、堵塞毛孔等一系列问题，具有广阔的应用前景。
最后需要说明的是，本发明中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商的原料、试剂等，均为可以通过市售购买，获得的常规产品。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、制备PDA@PEG纳米粒子：将0.06-0.1g聚多巴胺粒子溶于50ml的PH值为8.1-8.2的三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐中，并加入0.08-0.12g的巯基聚乙二醇，然后冰浴避光磁力搅拌24小时，得到PDA@PEG纳米粒子；
2）、制备PF-127水凝胶：取20-30g的Pluronic F-127颗粒，加入70-80ml的4℃的磷酸盐缓冲生理盐水中，在4℃条件下敞口磁力搅拌24小时，得到PF-127水凝胶；
3）、混合搅拌：将85g的4℃的所述PF-127水凝胶与15g所述PEG@PDA纳米粒子混合，在4℃条件下磁力搅拌24小时，得到仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂。
2.根据权利要求1所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤1）之前，还包括0）、制备聚多巴胺粒子：将0.4-0.5g的盐酸多巴胺分散在8-10ml的水中从而得到多巴胺悬浮液，将上述多巴胺悬浮液加入至由2ml氨、90-100ml三蒸水和40-50ml乙醇组成的混合物中，磁力搅拌24h后离心分离，分离后用去离子水洗涤，洗涤后37℃烘干过夜，得到所述聚多巴胺粒子。
3.根据权利要求2所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，所述PDA@PEG纳米粒子的直径为50-150nm。
4.根据权利要求2所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，所述离心分离为在10000-13000rpm的转速下离心分离15min。
5.根据权利要求2所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，所述用去离子水洗涤为在10000-13000rpm转速下用去离子水离心洗涤。
6.根据权利要求2所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的制备方法，其特征在于，所述步骤0）、1）、2）和3）中的磁力搅拌时转速为800-1200rpm。
7.一种仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂，其特征在于，其采用权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备而成。
8.根据权利要求7所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂，其特征在于，所述PDA@PEG纳米粒子所占质量分数为5-15wt%。
9.根据权利要求8所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂，其特征在于，所述PDA@PEG纳米粒子的直径为50-150nm。
10.一种权利要求7-9中任一项所述的仿生纳米黑色素光热性日光性防护剂的应用。
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