一种合成黑色素的方法
阅读说明：本技术 一种合成黑色素的方法 (Method for synthesizing melanin ) 是由 刘燕 邵志芳 陈真 郭荣 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：一种合成黑色素的方法,涉及纳米生物技术领域,本发明以氯金酸作为金属前驱体,硼氢化钠为还原剂,四羧基苯基铁卟啉作为修饰剂合成四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子,再将其与多巴胺溶液混合反应取得黑色素。本发明以四羧基苯基铁卟啉为修饰剂和稳定剂制得铁卟啉-金纳米颗粒复合纳米酶,该纳米酶具有高效的类氧化酶活性,在人工黑色素的合成中有望成为替代天然酪氨酸酶的一种新的选择。(The invention discloses a method for synthesizing melanin, which relates to the technical field of nano biology. The invention takes tetracarboxyphenyl ferriporphyrin as a modifier and a stabilizer to prepare the ferriporphyrin-gold nanoparticle composite nanoenzyme, the nanoenzyme has high-efficiency oxidase-like activity, and is expected to become a new choice for replacing natural tyrosinase in the synthesis of artificial melanin.)
技术领域
本发明涉及纳米生物技术领域，具体涉及合成黑色素的技术方法。
背景技术
自2007年阎锡蕴课题组发现Fe3O4纳米颗粒具有类过氧化物酶催化活性后，纳米酶的概念被引入并扩展为具有特定类酶催化活性的纳米材料。其克服了天然酶提纯复杂、价格昂贵、易失活等缺点，且具有稳定性好、催化活性高、易于制备和保存等优势，在生物传感、环境污染治理、抗菌试剂、细胞保护和疾病诊断治疗等众多领域有着良好的应用前景。
黑色素是生物体内一类具有复杂结构、非均质的类多酚聚合体，人体皮肤的黑色素程度即取决于黑色素细胞，皮肤和毛囊的黑色素细胞内酪氨酸酶系统功能的衰退甚至丧失会引起皮肤色素的减少或丧失，从而导致相关疾病，如白癜风。而黑色素的过量表达和集聚，又易导致黄褐斑、老年斑和妊娠斑。同时基于其具有的防止紫外线辐射的功能，黑色素可被用于日用品化学，亦可用作生物抗氧化剂或者作为生物半导体材料。近年来，还发现黑色素在体外对艾滋病病毒有显著的抑制作用，有望成为新的抗艾药物。然而目前黑色素集中在以酪氨酸酶为催化剂的天然酶法合成和以过氧化物及过氧酸为氧化剂的化学法合成，而基于纳米酶人工合成黑色素的研究尚未发现。因此，为克服天然酶法的高成本和化学法的繁冗复杂，开发一种安全有效的纳米酶人工合成黑色素的方法具有重要意义，这项工作将为纳米酶作为酪氨酸酶的低成本替代品在黑色素合成应用和后期黑色素导致的疾病治疗研究方面奠定基础。
众所周知，纳米金由于稳定的化学性质，优良的催化活性和良好的生物相容性等优点，在光电催化、生物传感、纳米医学等领域都有着广泛应用。目前大部分研究工作集中在表面功能化，特别是合成具有特异性高效催化活性的金纳米材料，然而大部分研究结果合成步骤复杂且催化性能单一。基于纳米酶的催化性能与其组成、结构和表面微环境等因素密切相关，通过调控纳米金的表面性质可以进一步发挥其在生物医学中的潜在作用。
发明内容
为了克服天然酶法的高成本和化学法的繁冗复杂，本发明的目的是提供一种安全有效的基于纳米酶合成黑色素的方法。
本发明包括以下步骤：
1）将0℃硼氢化钠水溶液滴加到氯金酸水溶液中，在15～35℃条件下进行还原反应，取得金溶胶；
2）将金溶胶与四羧基苯基铁卟啉水溶液混合，经搅拌反应，得到四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子；
3）将四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子、多巴胺溶液和pH值为 7.4的磷酸缓冲液混合形成混合物，将该混合物经37℃温育反应得到黑色素。
在步骤3）中需要在pH值为7.4的磷酸缓冲液中温育，目的是模拟人体pH值环境。
本发明以氯金酸作为金属前驱体，硼氢化钠为还原剂，四羧基苯基铁卟啉作为修饰剂合成四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子，再将其与多巴胺溶液混合反应取得黑色素。本发明以四羧基苯基铁卟啉为修饰剂和稳定剂制得铁卟啉-金纳米颗粒复合纳米酶，该纳米酶具有高效的类氧化酶活性，在人工黑色素的合成中有望成为替代天然酪氨酸酶的一种新的选择。
本发明具有如下优点：
（1）本发明制备的铁卟啉-金纳米颗粒复合纳米酶具有高效的氧化酶活性，安全性高、稳定性好，可催化氧化多巴胺人工合成黑色素。
（2）合成方法简单、可控、易操作，能够批量生产。
（3）反应条件温和，常温常压即可，安全无污染，环境友好，设备投资少成本低，重现性好。
（4）人工可控合成所得黑色素突破了体内合成的局限性，首次实现了将纳米酶应用于体外黑色素合成，为纳米酶作为酪氨酸酶的低成本替代品在黑色素合成应用和后期黑色素导致的疾病治疗研究方面奠定基础。
进一步地，为了保证生成稳定且粒径均一的小尺寸金纳米颗粒，本发明所述步骤1）中，氯金酸与硼氢化钠的投料摩尔比为1∶2～3。
为了保证反应生成稳定且粒径均一的小尺寸金纳米颗粒，所述步骤1）中，所述还原反应在1200～1500 r/min磁力搅拌下进行。
所述步骤1）中，所述氯金酸水溶液的浓度为0.5 mM。
所述步骤1）中，所述硼氢化钠水溶液的浓度为10 mM，以保证反应生成稳定且粒径均一的小尺寸金纳米颗粒，可保证复合纳米酶的类多酚氧化酶性能较强。
所述步骤2）中，金溶胶与四羧基苯基铁卟啉的投料摩尔比为100∶1～2，可以保证反应生成复合纳米酶具有较高的活性，
所述步骤2）中，所述搅拌反应在1200～1500 r/min条件下进行，以保证反应生成稳定的复合纳米酶。
所述步骤3）中，由四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子、多巴胺溶液和pH值为7.4的磷酸缓冲液混合形成的混合物中，所述多巴胺浓度为0.5～5 mM，采用该浓度可以对生成的黑色素尺寸进行把调控，并且，在多巴胺浓度为5 mM的条件下生成的黑色素颗粒尺寸已经足够大了。
附图说明
图1是实施例1制备的复合纳米粒子的TEM图。
图2为实施例4制备的黑色素的SEM图。
图3为实施例5制备的黑色素的SEM图。
图4为实施例6制备的黑色素的SEM图。
具体实施方式
一、制备四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子：
实施例1：
1）在温度为25℃，磁力搅拌的条件下，将6 mL 10 mM新鲜配制冰水浴的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到50 mL 0.5 mM氯金酸水溶液与100微升10毫摩尔氢氧化钠混合液中，继续搅拌15 min，搅拌速度为1500 r/min，得到金溶胶。
2）将1 mL 5 µM四羧基苯基铁卟啉水溶液缓慢滴加到1mL金溶胶中，1500 r/min持续搅拌反应1 h，制备得到四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子，4℃储存备用。
金纳米粒子微观结构和尺寸分布分别如图1所示。
实施例2：
1）在温度为15℃，磁力搅拌的条件下，将6 mL 10 mM新鲜配制冰水浴的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到50 mL 0.5 mM氯金酸水溶液与100微升10 mM氢氧化钠混合液中，继续搅拌15 min，搅拌速度为1300 r/min，得到金溶胶。
2）将1 mL 5 µM四羧基苯基铁卟啉水溶液缓慢滴加到1mL金溶胶中，1300 r/min持续搅拌反应1 h，制备得到四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子，4℃储存备用。
实施例3：
1）在温度为25℃，磁力搅拌的条件下，将7 mL 10 mM新鲜配制冰水浴的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到50 mL 0.5 mM氯金酸水溶液与100微升10 mM氢氧化钠混合液中，继续搅拌15 min，搅拌速度为1300 r/min，得到金溶胶。
2）将1 mL 5 µM四羧基苯基铁卟啉水溶液缓慢滴加到1mL金溶胶中，1300 r/min持续搅拌反应1 h，制备得到四羧基苯基铁卟啉修饰的金纳米粒子，4℃储存备用。
二、合成黑色素：
实施例4：
在pH值为7.4的磷酸缓冲液中加入150 µL 10 mM多巴胺溶液，然后加入150 μL实施例1中所制备的金纳米粒子，最终反应溶液体积为3 mL，在37℃条件下反应6 h制备得到人工黑色素。
实施例5：
在pH 值为7.4的磷酸缓冲液中加入300 µL 10 mM多巴胺溶液，然后加入150 μL实施例1中所制备的金纳米粒子，最终反应溶液体积为3 mL，在37℃条件下反应6 h制备得到人工黑色素。
实施例6：
在pH值为7.4的磷酸缓冲液中加入1500 µL 10 mM多巴胺溶液，然后加入150 μL实施例1中所制备的金纳米粒子，最终反应溶液体积为3 mL，在37℃条件下温育6 h制备得到人工黑色素。
图2～4是实施例4～6所制备的黑色素的SEM图，由图可见，随着多巴胺浓度增加，黑色素纳米颗粒的粒径发生增加，表明通过多巴胺浓度改变对制备粒径可控的黑色素。
经试验证明，以上实施例2、3制备的复合纳米粒子与实施例1制备的复合纳米粒子类似，同样可用于合成尺寸可以控的黑色素纳米颗粒。
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