山杏核壳黑色素纳米颗粒的制备及性能研究

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天然黑色素涉及多种生物学功能,广泛存在于动植物及微生物界,但大多不溶于水和常见有机溶剂,这在很大程度上限制了黑色素在生物及医学等领域的应用。纳米化天然产物可通过减小粒径,达到增强其水溶性、稳定性及生物利用度等目的,同时还可产生表面效应、小尺寸效应等新型特性,从而扩展其应用范围。因此,纳米化技术可以在减小黑色素粒径的同时,改善其水溶性。本论文以废弃物—山杏核壳为原料,基于黑色素溶于碱而在酸中沉淀的性质,首先通过单因素实验与响应面法优化山杏核壳黑色素的提取工艺条件,然后进行纯化,并对其结构与性质进行研究;其次以山杏核壳黑色素为原料,制备山杏核壳黑色素纳米颗粒,对其结构进行初步分析,并研究纳米颗粒的金属离子螯合性、光热转换性、载药释药性;最后对山杏核壳黑色素纳米颗粒进行体外安全性评价,为黑色素纳米颗粒的制备及应用提供了必要的科学和技术基础,同时为山杏核壳这一废弃物的高值化利用提供新方向。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)采用碱溶酸沉—超声辅助法提取山杏核壳黑色素,通过单因素实验结合响应面分析法优化提取工艺,得到的最优工艺条件为:料液比1:10(g/mL),氢氧化钠浓度1.5 mol/L,酸沉pH值为1,超声提取时间35 min,此时提取率为4.68%。紫外-可见光谱表征结果显示,山杏核壳黑色素的光密度对数值与波长的线性曲线斜率为-0.00186,符合黑色素的典型特征;红外光谱表征结果显示,山杏核壳黑色素含有羟基、羧基、氨基、烷基和苯环等官能团;扫描电镜表征结果显示,其粒径范围在15μm之间,呈块状的立方体结构。性质测定结果显示:山杏核壳黑色素不溶于水和多种有机溶剂,仅溶于碱性溶液和二甲基亚砜;山杏核壳黑色素具有清除DPPH自由基、OH自由基、ABTS自由基能力,清除能力低于VC,IC50值分别为46.21μg/mL、143.49μg/mL、4.48μg/mL;在pH=7.4的条件下,山杏核壳黑色素对铁、铜、锌离子的最大螯合率分别是29.21%、6.49%、2.26%,最大螯合量分别为1.80 mmol/g、0.48 mmol/g、0.17 mmol/g。(2)根据山杏核壳黑色素在不同溶剂中溶解度的不同,通过超声法制备纳米颗粒,并利用甲氧基-聚乙二醇-氨基(mPEG2000-NH2)对其进行修饰,获得粒径约1520 nm的颗粒,且具有良好水溶性和分散稳定性。紫外-可见光谱表征结果显示:山杏核壳黑色素纳米颗粒的紫外-可见光谱图仍具有山杏核壳黑色素的显著特征,其光密度对数值与波长的线性曲线斜率为-0.002,仍符合黑色素的典型特征。红外光谱表征结果显示:该方法制备的纳米颗粒仍保留有山杏核壳黑色素的关键官能团。(3)以山杏核壳黑色素纳米颗粒为研究对象,分别研究其金属离子螯合性、光热转换性及载药释药性。结果表明:在生理pH条件下(pH=7.4),山杏核壳黑色素纳米颗粒同样通过酚羟基、儿茶酚基和醌胺基与铁、铜、锌离子进行螯合,与黑色素相比具有更高的螯合率,螯合率分别是48.51%、10.10%、4.54%;山杏核壳黑色素纳米颗粒具有良好的光热转换能力和优异的光热稳定性,当浓度为1 mg/mL时,其近红外光热转换效率达28.57%;山杏核壳黑色素纳米颗粒对阿霉素(DOX)的最大载药率为61.54%(w/w),无任何刺激的条件下,药物释放率仅11.90%,其可通过pH和活性氧(ROS)刺激响应释放药物,当降低pH或有ROS存在时,48 h内DOX的累积释放率分别达到40.83%、21.92%。(4)以山杏核壳黑色素纳米颗粒为研究对象,评价其体外安全性。结果显示:过氧化氢溶液可使山杏核壳黑色素纳米颗粒溶液褪色,说明该纳米颗粒可被降解;在5400μg/mL浓度范围内,山杏核壳黑色素纳米颗粒不会使红细胞破裂,溶血率均低于5%,符合生物材料溶血实验的要求,表明该材料具有良好的生物相容性;在0.78400μg/mL浓度范围内,山杏核壳黑色素纳米颗粒对乳腺癌细胞(MCF-7)无显著细胞毒性。
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