納米尺寸的黑色素顆粒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納米尺寸的黑色素顆粒及黑色素顆粒的制備方法，所述制備方法的特征在于，通過同時(shí)或依次進(jìn)行下列步驟(1)和(2)生成黑色素，步驟(1)：在含有多巴胺·H+X-的水溶液(其中，H+X-是酸)中添加堿(base)，進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，以及步驟(2)：使多巴胺在空氣中氧化的同時(shí)進(jìn)行聚合反應(yīng)(polymerization)。并且在添加所述堿時(shí)，通過將多巴胺·H+X-(a)和堿(b)的摩爾比例調(diào)節(jié)至a：b＝1:0.1～1，生成納米尺寸的黑色素顆粒。根據(jù)本發(fā)明的制備方法可以在短時(shí)間內(nèi)制備納米尺寸的黑色素顆粒。而且，根據(jù)本發(fā)明制得的納米尺寸的黑色素顆粒，與天然的黑色素或現(xiàn)有合成的黑色素不同，在溶劑中的分散性良好，從而可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
【專利說明】納米尺寸的黑色素顆粒及其制備方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年10月22日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080047906.9、發(fā)明名稱為“納
米尺寸的黑色素顆粒及其制備方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種在溶劑中具有良好的分散性的納米尺寸的黑色素顆粒、其制備方法及用于制備黑色素顆粒的中間體。
【背景技術(shù)】
[0003]黑色素是在植物、動(dòng)物、原生生物等各種生物的各種部位存在的生物高分子(bio-polymer),分為深棕色的真黑素(Eumelanin)和黃紅色的褐黑素(phe omelanin)。真黑素源自 L-3.4-二羥基苯丙氨酸(3，4-dihydroxy-L-phenylalanine, L-D0PA)或 2-(3,4- 二羥基苯基)乙胺[2- (3, 4-dihydroxyphenyl) ethylamine, do pamine (多巴胺)]。存在含硫醇基(-SH)物質(zhì)，例如半胱氨酸(cysteine)、谷胱甘肽(glutathione)等的條件下，所述褐黑素源自L-DOPA或多巴胺(dopami ne)。眾所周知，真黑素作為在哺乳動(dòng)物中主要存在的黑色素，是含 吲哚單元(i ndole units)的、結(jié)構(gòu)不均勻的生物高分子。兒茶酚胺(catecholamine)氧化，引起鄰醌(o-quinones)中的胺基(amine group)部分發(fā)生分子內(nèi)插入(intramolecular addition),從而形成吲哚單兀(indole units)。
[0004]單純作為色素，黑色素不僅可以阻擋超過一定量的紫外線，還具有多種生物學(xué)功能，因此，人們正積極地進(jìn)行對(duì)黑色素本身、其制備方法及其應(yīng)用領(lǐng)域的研究。
[0005]目前已知的黑色素的生物學(xué)功能有多種，包括吸收大面積電磁輻射(electromagnetic radiation)的光保護(hù)(photoprotection)功能，例如:光敏作用(photosensitization)、金屬離子螯合(metal ion chelation)、抗生作用(antibiotic)、體溫調(diào)節(jié)(thermoregulation)、自由基淬火(free radical quenching)等。這種黑色素用于光電池(photovoltaic cell)、傳感器(sensor)、光電及能源存儲(chǔ)(optoelectric andenergy storage)、光敏及光保護(hù)材料(photoactive and photoprotective materials)、抗氧化物質(zhì)、生物醫(yī)學(xué)(biomedical)、化妝品等各種應(yīng)用領(lǐng)域中。
[0006]這種黑色素可以從現(xiàn)有的自然界中獲得，也可以通過包括酶促反應(yīng)或氧化反應(yīng)的人工合成方法獲得。
[0007]具體地，黑色素可以從生物體內(nèi)獲得。在生物體中，酪氨酸(tyrosine)是氨基酸的一種，通過酪氨酸酶(tyrosinase)被氧化，轉(zhuǎn)換成二羥基苯丙氨酸(dihydroxyphenylalanine)后,二羥基苯丙氨酸通過一系列的氧化過程轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?。但?至于從自然界獲得的黑色素，不僅由于不易溶解于水等溶劑中而難以在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用，而且生成的黑色素的量不穩(wěn)定，另外，目前尚缺乏常規(guī)化的獲得在生物體內(nèi)生成的天然的黑色素的工藝。此外，至于用人工合成方法獲得的黑色素，由于黑色素為不規(guī)則形狀的物質(zhì)，獲得過程需要較長(zhǎng)時(shí)間，不僅不溶解于水等溶劑中，而且在溶劑中也不能很好地分散，從而在各種領(lǐng)域的應(yīng)用中具有局限性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0009]通過現(xiàn)有技術(shù)不能合成可以在水等溶劑中分散的納米尺寸的顆粒狀態(tài)的黑色素，即便是天然黑色素，在溶劑中也不能分散。
[0010]本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):含有多巴胺.H+X_的水溶液(其中，H+X_是酸)和堿(base)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 多巴胺，在氧化多巴胺的同時(shí)使其發(fā)生聚合反應(yīng)(polymerization),從而制備黑色素；在添加所述堿時(shí)，調(diào)節(jié)多巴胺H+X^和堿的摩爾比例，可以制備具有一定形狀的顆粒狀態(tài)的黑色素，而且，可以將顆粒尺寸調(diào)節(jié)為納米尺寸。本發(fā)明以此為基礎(chǔ)。
[0011]此外，本發(fā)明的目的在于通過利用標(biāo)準(zhǔn)還原電勢(shì)約1.4~2的氧化劑，使多吧(3, 4-dihydroxyphenylalanine, D0PA)進(jìn)行聚合反應(yīng),制備黑色素顆粒。
[0012]而且，本發(fā)明的目的在于通過調(diào)節(jié)影響反應(yīng)速度的各種合成條件，精確調(diào)節(jié)黑色素顆粒的尺寸和形狀。
[0013]解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0014]本發(fā)明提供一種黑色素顆粒的制備方法及根據(jù)所述方法制得的納米尺寸的黑色素顆粒，其特征在于，通過同時(shí)或依次進(jìn)行下列步驟⑴和⑵生成黑色素，步驟⑴:向含有多巴胺.H+X_的水溶液(其中，H+X_是酸)中添加堿(base)，進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)；以及步驟(2):使多巴胺在空氣中氧化的同時(shí)進(jìn)行聚合反應(yīng)(polymerization)。并且在添加所述堿時(shí)，通過將多巴胺*H+X_(a)和堿(b)的摩爾比例調(diào)節(jié)至a:b = 1:0.1~I,生成納米尺寸的黑色素顆粒。
[0015]此外，本發(fā)明提供一種制備黑色素顆粒方法及根據(jù)所述方法制得的黑色素顆粒。該方法為:在標(biāo)準(zhǔn)還原電勢(shì)約1.4~2的氧化劑下，聚合反應(yīng)多吧(DOPA)，從而制備黑色素顆粒。
[0016]此外，本發(fā)明提供一種納米尺寸的黑色素顆粒。
[0017]此外，本發(fā)明提供一種用于制備黑色素顆粒的中間體，具體為:在將多巴胺《H+X^a)和堿(b)的摩爾比例調(diào)節(jié)至a:b = 1: (0.1~I)的狀態(tài)下，向含多巴胺.Η+Χ—的水溶液(其中，H+X-是酸)中加入堿(base)，進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)后，冷凍干燥，從而制得用于制備黑色素顆粒的中間體。
[0018]有益.效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明的制備方法可以在短時(shí)間內(nèi)制備納米尺寸的黑色素顆粒。
[0020]而且，根據(jù)本發(fā)明制得的納米尺寸的黑色素顆粒，與天然的黑色素或現(xiàn)有合成的黑色素不同，在溶劑中的分散性良好，從而可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是實(shí)施例1中制得的黑色素顆粒和烏賊墨的TEM照片及SEM照片，(a)和(C)分別是烏賊墨和實(shí)施例1中制得的黑色素顆粒的TEM照片，(b)和(d)分別是烏賊墨和實(shí)施例I中制得的黑色素顆粒的SEM照片；
[0022]圖2是示出在實(shí)施例1中獲得的黑色素顆粒在水中具有優(yōu)異的分散性的圖片；[0023]圖3至圖6分別示出在實(shí)施例1中獲得的黑色素顆粒的CP/MAS13C固態(tài)NMR、FT_IR、EPR及UV-VIS的波譜；
[0024]圖7是在實(shí)施例1中制備黑色素顆粒的過程的概略圖；
[0025]圖8示出根據(jù)實(shí)施例2至實(shí)施例4制備黑色素顆粒時(shí)，隨著含多巴胺.H+Cr的水溶液和堿的混合比例的變化，反應(yīng)時(shí)間及含多巴胺.H+Cr的水溶液的pH的變化示意圖；
[0026]圖9至圖14分別是實(shí)施例2、4至8中制備的黑色素顆粒的TEM照片；
[0027]圖15的(a)至(C)分別示出在實(shí)施例1、10及11中制備的黑色素顆粒的TEM照片;
[0028]圖16示出在實(shí)施例1中制備的黑色素顆粒與金屬反應(yīng)時(shí)是否保持黑色素顆粒的分散性的圖片；
[0029]圖17 (a)是多巴胺.H+C1_的1H-NMlU氫核磁共振)的波譜示意圖，圖17 (b)是用于制備在實(shí)施例12中制得的黑色素顆粒的中間體(反應(yīng)產(chǎn)物)的1H-NMR的波譜；
[0030]圖18是示出在堿性條件下(pH為8~11)利用mPEG_Nu對(duì)黑色素顆粒進(jìn)行表面處理時(shí)發(fā)生1，4-加成反應(yīng)的概略圖；
[0031]圖19是示出根據(jù)實(shí)施例13至15經(jīng)表面處理后的黑色素顆粒在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中的分散過程的概略圖；
[0032]圖20至圖22 分別是在實(shí)施例13至實(shí)施例15中獲得的經(jīng)表面處理后的黑色素顆粒的TEM照片；
[0033]圖23是在實(shí)施例13至實(shí)施例15中獲得的經(jīng)表面處理后的黑色素顆粒、在實(shí)施例1獲得的黑色素顆粒及mPEG-SH的FT-1R的波譜示意圖；
[0034]圖24(a)是示出將在實(shí)施例1中獲得的黑色素顆粒(未進(jìn)行表面處理)分別分散在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)及胎牛血清(FBS)中的示意圖，圖24(b)是示出在實(shí)施例13中獲得的黑色素顆粒分別分散在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)及胎牛血清(FBS)中的示意圖；
[0035]圖25是示出根據(jù)在實(shí)施例1中獲得的黑色素顆粒和在實(shí)施例13獲得的黑色素顆粒的添加量的DPPH自由基去除能力的示意圖；
[0036]圖26是示出根據(jù)在實(shí)施例1~實(shí)施例8中分別獲得的不同尺寸的黑色素顆粒和作為對(duì)照組的抗壞血酸的添加量的DPPH自由基去除能力的示意圖；
[0037]圖27是示出根據(jù)實(shí)施例1的黑色素顆粒的添加量的ESR(electrom spinresonance，電子自旋共振)信號(hào)強(qiáng)度變化的示意圖，其中，EN指的是真黑素納米顆粒；
[0038]圖28是示出根據(jù)實(shí)施例13的經(jīng)表面處理后的黑色素顆粒的添加量的ESR(electrom spin resonance)信號(hào)強(qiáng)度變化的示意圖，其中，PEN指的是由mPEG-SH表面處理的黑色素顆粒；
[0039]圖29是測(cè)量在實(shí)施例1中制得的黑色素顆粒有無毒性的示意圖；
[0040]圖30是在實(shí)施例16中獲得的黑色素顆粒的SEM照片；
[0041]圖31是在實(shí)施例17中獲得的黑色素顆粒的SEM照片；
[0042]圖32是使DOPA相對(duì)于氧化劑KMnO4的含量變?yōu)?.leq、0.3eq及0.5eq而獲得的黑色素顆粒的SEM照片；
[0043]圖33是使DOPA相對(duì)于氧化劑NaIO4的含量變?yōu)?.leq、0.5eq及2eq而獲得的黑色素顆粒的SEM照片?！揪唧w實(shí)施方式】
[0044]下文將詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0045]在本發(fā)明中，納米尺寸的黑色素顆粒指的是平均粒徑是納米級(jí)的非常小的黑色素顆粒。
[0046]參照多巴胺(dopamine)氧化形成黑色素(melanin)的機(jī)理，多巴胺分子(dopamine molecule)失去兩個(gè)氫原子變成醌型(qunone type)的步驟是速率確定步驟(rate determining step),隨后的環(huán)化步驟由于在能量方面有利而進(jìn)行得非?？臁Ｓ绊懣傮w的反應(yīng)速度的因素為PH和反應(yīng)溫度、[氧氣]、[多巴胺]等。
[0047]本發(fā)明人通過如圖7所示的實(shí)驗(yàn)，用堿多巴胺.H+X~使其自氧化(oxidat1n)的過程中，不僅可以通過調(diào)節(jié)多巴胺.?ΤΧ_相對(duì)于堿的量，制備黑色素顆粒，而且可以通過改變多巴胺.H+X_的濃度、及/或多巴胺.H+X_和堿的中和反應(yīng)溫度，控制黑色素顆粒的尺寸。此外，可以通過調(diào)節(jié)影響多巴胺氧化反應(yīng)速度的因素，調(diào)節(jié)黑色素顆粒(melaninparticle)的大小。
[0048]具體地，在通過多巴胺*^_和堿的中和反應(yīng)生成黑色素顆粒時(shí)，隨著多巴胺.Η+Χ_與堿的摩爾比的變化，黑色素顆粒的尺寸發(fā)生改變(參照?qǐng)D9及10)。而且，隨著堿的量的增加，顆粒(particle)的尺寸變小,但是，當(dāng)堿含量超過多巴胺(dopamine)的摩爾數(shù)后，則沒有形成規(guī)則形狀的顆粒(particle)。隨著多巴胺.Η+Χ_的濃度增加，黑色素顆粒的尺寸增加(參照?qǐng)D11及12)，并且隨著反應(yīng)溫度的增加，黑色素顆粒的尺寸減小(參照?qǐng)D13及14)。可以通過調(diào)整上述條件，調(diào)節(jié)黑色素顆粒的尺寸。當(dāng)合成尺寸為400nm以下，優(yōu)選為10nm以下時(shí)，由于能夠以納米顆粒的形狀分散于中性水中，所以，有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各種領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
[0049]以下將描述生成黑色素顆粒時(shí)同時(shí)或依次進(jìn)行的各步驟。
[0050]步驟(1):向含多巴胺.H+X_的水溶液中加入堿(base)，進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)
[0051]本發(fā)明的特征在于，向含多巴胺.H+X_的水溶液中加入堿，進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)時(shí)，通過將所述多巴胺.H+X_(a)和堿(b)的摩爾比例調(diào)節(jié)為a:b = 1:0.1~I，調(diào)節(jié)黑色素顆粒的尺寸和形狀。
[0052]所述含多巴胺.H+X-的水溶液中包含多巴胺.
【權(quán)利要求】
1.一種黑色素顆粒的制備方法，其特征在于: 在存在標(biāo)準(zhǔn)還原電勢(shì)為1.4以上的氧化劑的條件下，使多巴(3，4-二羥基苯丙氨酸，DOPA)進(jìn)行聚合反應(yīng)，以制備所述黑色素顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的黑色素顆粒的制備方法，其特征在于: 所述氧化劑選自高錳酸鉀、高碘酸鉀及高碘酸鈉。
3.如權(quán)利要求1所述的黑色素顆粒的制備方法，其特征在于，還包括步驟: 利用在高分子端部含硫醇基的烷氧基聚乙二醇對(duì)生成的黑色素顆粒進(jìn)行表面處理， 其中，所述烷氧基聚乙二醇的烷氧基的碳原子數(shù)為I~50。
4.如權(quán)利要求3所述的黑色素顆粒的制備方法，其特征在于，所述表面處理步驟包括: 步驟(1):向黑色素顆粒分散在水中獲得的分散溶液中加入可以使所述分散溶液的PH從6~8變?yōu)?.5~11.5的堿；以及 步驟(2):加入在端部含硫醇基的烷氧基聚乙二醇，其中，烷氧基聚乙二醇的烷氧基的碳原子數(shù)為I~50。
5.一種通過如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的制備方法制備的納米尺寸的黑色素顆粒。
6.如權(quán)利要求5所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述黑色素顆粒的尺寸在30nm至400nm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述黑色素顆粒為球形。
8.如權(quán)利要求5所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述黑色素顆粒被分散在水中。
9.如權(quán)利要求5所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述黑色素顆粒被在端部含硫醇基的烷氧基聚乙二醇進(jìn)行表面處理過，其中，所述烷氧基聚乙二醇的烷氧基的碳原子數(shù)為I~50。
10.如權(quán)利要求9所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述表面處理過的黑色素顆粒被分散在選自磷酸鹽緩沖溶液、及胎牛血清中的生物溶液中。
11.如權(quán)利要求5所述的黑色素顆粒，其特征在于: 所述黑色素顆粒用作金屬清除劑、抗氧化物質(zhì)、金屬檢測(cè)部件、造影劑、光反應(yīng)物質(zhì)、光保護(hù)物質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C08J7/12GK104017202SQ201410191440
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2009年10月23日
【發(fā)明者】李振圭, 朱國(guó)淵 申請(qǐng)人:首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)