氨基酸、多肽、蛋白质辅助原位制备金纳米粒子的研究

摘要

由于容易合成、化学稳定性好、具有独特的光学性质等优点，人们广泛地研究金纳米粒子在生物医学领域的应用。近些年来，科学家们越来越关注金纳米粒子的生物安全性问题。然而到目前为止，纳米粒子的稳定性、尺寸、组成、表面化学等理化参数以及对生物环境中化合物的吸附等与纳米粒子生物毒性的关系仍然不清楚。选择合适的试剂以及方法制备具有生物相容性的金纳米粒子具有十分重要的意义。
　　氨基酸、多肽、蛋白具有来源广泛、价格低廉、生物相容性好等优点，并且它们本身含有丰富的官能团，适合于制备和修饰金纳米粒子。本论文利用氨基酸、多肽、蛋白在绿色、温和的条件下原位还原制备金纳米粒子，并考察所得到的金纳米粒子的生物相容性。论文主要包括以下几个部分的工作:
　　1.我们在pH10条件下通过紫外辐照氨基酸（天冬氨酸、甘氨酸、亮氨酸、赖氨酸或丝氨酸）与四氯金酸的混合溶液制备了具有不同氨基酸表面的金纳米粒子(Au@AA: Au@Asp、Au@Gly、Au@Leu、Au@Lys和Au@Ser)。我们发现紫外辐照是一个可控、有效的还原制备金纳米粒子的方法，该方法不需要其他化学试剂，也不需要分离纯化。其中，氨基酸通过氨基吸附在金纳米粒子表面而羧基朝外稳定金纳米粒子。在pH7.4条件下，各种金纳米粒子的流体力学直径在15-47 nm的范围内;而在含有10％胎牛血清的细胞培养基中孵育48 h后，各种金纳米粒子具有相近的流体力学直径(62-73 nm)。通过对蛋白自身荧光淬灭的表征，我们发现牛血清白蛋白(BSA)与人血清白蛋白(HSA)能够通过特殊作用吸附到Au@AA表面，继而减少金纳米粒子在细胞培养基中的聚集，并且减少金纳米粒子的细胞摄入。我们的实验结果表明金纳米粒子的细胞摄入与细胞毒性没有直接的相关性。具有两亲性表面的Au@Leu和Au@Lys比其他金纳米粒子具有更好的生物相容性。
　　2.我们发展了一个绿色、简单的方法制备负载有金纳米粒子的蛋白-多糖纳米凝胶。我们利用溶菌酶-葡聚糖纳米凝胶同时作为还原剂和稳定剂制备了具有良好生物相容性的负载有金纳米粒子的溶菌酶-葡聚糖(Au@Lyso-Dex)纳米凝胶。溶菌酶-葡聚糖纳米凝胶的尺寸在200 nm左右，具有以溶菌酶为核葡聚糖为壳的结构。在pH4条件下，氯金酸根离子通过静电吸引和配位作用与溶菌酶结合。在紫外辐照下，溶菌酶中芳香族氨基酸产生的活性自由基以及水合电子原位还原氯金酸根离子形成8nm左右的金纳米粒子，并且金纳米粒子被包裹在纳米凝胶中。所得到的Au@Lyso-Dex纳米凝胶具有良好的生物相容性和长期稳定性。通过物理扩散的方法Au@Lyso-Dex纳米凝胶能够有效包埋抗肿瘤药物阿霉素，并且包埋了阿霉素的纳米凝胶(Dox/Au@Lyso-Dex)具有与自由阿霉素相同的体外抗肿瘤效果。Dox/Au@Lyso-Dex纳米凝胶还可以作为细胞造影剂，同时观察金纳米粒子和阿霉素在亚细胞层面的分布情况。Dox/Au@Lyso-Dex纳米凝胶在同步实现药物输送和生物成像方面具有潜在的应用价值。
　　3.我们利用制各级反相高效液相色谱-电喷雾质谱联用技术(RP-HPLC/ESI-MS)制备了低成本的酪蛋白酶解多肽。我们利用胰蛋白酶对酪蛋白进行了充分的降解，采用分析级RP-HPLC/ESI-MS分析了酶解产物各组分的组成，并且通过改变流动相的梯度洗脱程序优化了分析级色谱条件。我们将优化的分析级色谱条件直接放大到制备级RP-HPLC中，在程序控制下通过紫外吸收信号结合ESI-MS信号共同引导实现了多肽的全自动化分离和收集，得到了多个纯的多肽片段。整个过程方便快捷。除此之外，我们还考察了流动相的pH值、柱上样量等因素对该体系制备级分离的影响，并对一次分离中分辨率不好的亲水性多肽混合物进行了二次分离，得到了多个不同的纯多肽片段。
　　4.我们研究了YR10多肽(氨基酸序列YLGYLEQLLR)原位制备金纳米粒子以及其自组装的行为。承接上一章的工作，我们从酪蛋白酶解多肽中选取了具有两亲性的YR10多肽，首先研究了它在酸性溶液中的自组装行为，发现在pH2条件下YR10多肽能够自组装形成直径10nm左右、长度为几个微米的纳米纤维，该纤维具有β-折叠结构，并且是由多根更小的纤维组成。我们利用YR10多肽在不同pH条件下制备金纳米粒子，发现在中性或碱性条件下，通过加热或紫外辐照都可以制备粒径小于10nm的金纳米粒子。在酸性和室温条件下，YR10多肽在原位制备金纳米粒子的同时发生了组装，形成了直径400 nm左右的球状组装体，这些球状组装体含有许多10nm左右的金纳米粒子。我们发现升高温度能够减小球状组装体的尺寸。我们通过TEM、光散射、ζ-电位以及紫外可见光谱对体系随时间的变化进行了跟踪，发现YR10多肽与四氯金酸混合后可能经历了一个先组装形成球状组装体，然后四氯金酸被原位还原形成金纳米粒子的过程。

目录

摘要

第一章 前言

1．1．金纳米粒子的合成

1．1．1．柠檬酸钠合成法

1．1．2．Brust-Schiffrin法

1．1．3．Schmid法

1．1．4．晶种生长法

1．1．5．表面活性剂与胶束法

1．1．6．天然分子

1．1．7．其他合成法

1．2．金纳米粒子的表面修饰

1．2．1．常用的表面稳定剂

1．2．2．表面修饰策略

1．3．金纳米粒子与细胞的作用及其毒性

1．3．1．血浆蛋白在金纳米粒子表面的吸附

1．3．2．影响金纳米粒子细胞摄入及其毒性的因素

1．3．3．研究中需要注意的问题

1．4．课题的提出

参考文献

第二章 具有不同氨基酸表面的金纳米粒子对白蛋白的吸附、细胞的摄入以及细胞毒性的影响

2．1．引言

2．2．实验部分

2．2．1．原料与试剂

2．2．2．具有氨基酸表面的金纳米粒子(Au@AA)制备

2．2．3．Au@AA对白蛋白的吸附(Au@AA／albumin)

2．2．4．Au@AA和Au@AA／albumin的表征

2．2．5．细胞实验

2．3．结果与讨论

2．3．1．Au@AA的制备与表征

2．3．2．Au@AA制备条件的影响

2．3．3．Au@AA对血清蛋白的吸附

2．3．4．Au@AA或Au@AA／albumin在细胞培养基中的稳定性

2．3．5．Au@AA的细胞毒性

2．3．6．KB细胞对Au@AA、Au@AA／albumin的摄入

2．4．本章小结

参考文献

第三章 原位制备负载有金纳米粒子的溶菌酶-葡聚糖纳米凝胶及其在生物成像和药物输送方面的应用

3．1．引言

3．2．实验部分

3．2．1．原料与试剂

3．2．2．负载金纳米粒子的溶菌酶-葡聚糖(Au@Lyso-Dex)纳米凝胶的制备

3．2．3．Au@Lyso-Dex纳米凝胶对盐酸阿霉素的包埋

3．2．4．盐酸阿霉素的体外释放

3．2．5．细胞实验

3．2．6．仪器表征测试

3．3．结果与讨论

3．3．1．Au@Lyso-Dex纳米凝胶的原位制备和表征

3．3．2．溶菌酶-葡聚糖纳米凝胶还原制备金纳米粒子的影响因素

3．3．3．Au@Lyso-Dex纳米凝胶在生理条件下的长期稳定性

3．3．4．Au@Lyso-Dex纳米凝胶的形成机理探讨

3．3．5．Au@Lyso-Dex纳米凝胶的细胞毒性

3．3．6．Au@Lyso-Dex纳米凝胶对阿霉素的包埋和输送

3．3．7．Dox／Au@Lyso-Dex纳米凝胶的细胞成像

3．4．本章小结

参考文献

第四章 酪蛋白酶解产物多肽的分离与纯化

4．1．引言

4．2．实验部分

4．2．1．原料与试剂

4．2．2．酪蛋白水解

4．2．3．TCA分级沉淀法对酪蛋白水解产物的粗分离

4．2．4．仪器条件

4．3．结果与讨论

4．3．1．酪蛋白酶解产物的分析

4．3．2．RP-HPLC对酪蛋白酶解产物的一次性分离纯化

4．3．3．二次分离纯化制备亲水性多肽组分

4．3．4．柱上样量对一次性分离制备的影响

4．3．5．预先粗分离对分离纯化的影响

4．3．6．流动相酸碱性对分离制备的影响

4．4．本章小结

参考文献

第五章 酪蛋白降解多肽制备金纳米粒子的自组装研究

5．1．引言

5．2．实验部分

5．2．1．原料与试剂

5．2．2．YR10多肽纤维样品的制备

5．2．3．YR10多肽对金纳米粒子的制备

5．2．4．仪器条件

5．3．结果与讨论

5．3．1．YR10组装体的形貌与结构

5．3．2．YR10多肽原位制备金纳米粒子

5．4．本章小结

参考文献

全文总结

作者简介

致谢

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