类淀粉样蛋白介导的微/纳米颗粒表面工程及其防伪应用

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youxiangzhuce126
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材料设计和应用的进展高度依赖于颗粒表面工程策略的发展。然而现有微纳米颗粒表面改性体系面临这些缺点涂层显棕黑色、涂层稳定性差和沉积条件、工艺复杂、缺乏普适性、成本和生物相容性等缺点。我们提出了类淀粉样蛋白组装介导的对具有不同材质、大小、形状、结构的微/纳米颗粒和活性微/纳米颗粒的表面修饰和功能化。微/纳米颗粒通过在含有独特的类淀粉样溶菌酶相转变缓冲液中的简单一步孵育,颗粒表面会迅速形成一层牢固的蛋白质涂层。该相转变溶菌酶(PTL)纳米涂层与微/纳米颗粒表面间通过各种化学键的强烈键合作用使得该涂层能够抵御苛刻条件下的机械和化学剥落,同时该涂层表面丰富的官能团支持一系列后续的表面化学衍生化。同时该PTL涂层可以实现对酵母细胞的表面与功能化。PTL涂层通过包覆聚集诱导发光(AIE)分子可以成功制备具有良好的光学透明性、粘附性、生物相容性、机械和化学稳定性的荧光蛋白质涂层,该涂层可作为一种通用的防伪涂层直接应用在各种生活用品、食品、片剂、胶囊、珍惜物品以及动植物。这种用于微/纳米颗粒和活细胞的新型表面工程技术的建立,可能会为化学家提供各种各样的工具,这些工具可能会推动从生物医学到生命科学、能源、环境和催化应用的各种应用。研究工作简要如下:(1)基于类淀粉样蛋白组装介导的对具有不同材质、大小、形状、结构的微/纳米颗粒的一步表面改性和功能化通过简单的一步组装过程在各种材质、大小、形状的微/纳米颗粒表面构筑一层致密的溶菌酶纳米涂层。该涂层具有非常良好的机械和化学稳定性,可以抵御各种有机溶剂、酸碱试剂、超声等的处理。同时能够发生类淀粉样组装的蛋白,如牛血清蛋白、α-乳白蛋白、胰岛素等,均可以在微/纳米颗粒表面构筑出一层蛋白质涂层。该颗粒表面改性操作过程简便,普适性强,同时所制备的蛋白质涂层不仅具有具有良好的生物相容性,而且本身含有丰富的官能团,可以为颗粒后续的各种功能化处理提供丰富的反应位点。PTL涂层表面的氨基可以通过接枝引发剂进行原子转移自由基聚合,从而可以为颗粒表面接枝各种功能化聚合物,例如通过接枝带季铵盐的聚合物可以赋予微/纳米颗粒抗菌功能;PTL涂层表面的羧基可以通过鳌合Ca2+离子在模拟体液中进行仿生矿化,增强微/纳米颗粒的强度;PTL涂层表面带有正电可以通过吸附PdCl42-进行无电沉积赋予不导电微/纳米颗粒导电功能。进一步的通过高温灼烧去除模板得到三维自支撑的金属胶囊;通过在模板颗粒CaC03表面涂覆一层相转变溶菌酶薄膜,在进一步将其通过EDTA或酸刻蚀,可以得到三维自支撑的蛋白质胶囊。该胶囊将会在药物的包载及可控释放,酶的固定等领域具有广泛的应用前景;最后通过简单的工艺调整实现Janus颗粒的制备。(Ⅱ)基于类淀粉样蛋白组装介导的活细胞的表面修饰和功能化该颗粒表面改性策略不仅适用于各种微/纳米颗粒,同时还能够实现对酵母细胞的改性及功能化。通过和微/纳米颗粒表面改性同样的方法,我们可以实现在酵母细胞表面黏附一层牢固的溶菌酶薄膜。该涂层基本不会影响酵母细胞的生物活性。实验证明相转变溶菌酶涂层可以让小分子营养物质通过,而有毒的大分子无法通过该涂层。因此该涂层将会为酵母细胞提供一层保护壳,使其避免外界有毒物质,如溶细胞酶的侵蚀。通过该涂层对酵母细胞的改性,以及其表面丰富的官能团,通过戊二醛交联我们可以将酵母细胞固定在基材上,实现对酵母细胞的固定。进一步通过在酵母细胞表面涂覆一层接枝引发剂的相转变溶菌酶涂层,我们可以实现对及酵母细胞的原子转移自由基聚合。这种用于微/纳米颗粒和活细胞的新型表面工程技术的建立,可能会为化学家提供各种各样的工具,这些工具可能会推动从生物医学到生命科学、能源、环境和催化应用的各种应用。(Ⅲ)基于类淀粉样蛋白组装对AIE聚集体的粘附制备蛋白质基防伪涂层该工作基于聚集诱导发光制备了荧光的超薄溶菌酶纳米薄膜以及其作为一种通用防伪涂层的应用。通过简单的一步自组装,可以得到超薄的蛋白质荧光薄膜,该薄膜具有良好的稳定性,可以抵御各种有机溶剂的刻蚀,3M胶带的撕拉,200℃的高温,以及光漂白。同时该薄膜与基材之间的牢固的界面粘附性,优异的无固有颜色的光学透明度,以及在各种基体表面良好的稳定性,提供了一种独特的超薄光滑的隐形涂层。我们进一步证明了该薄膜具有良好的生物相容性。基于此,我们提供了一种非常简单、方便、有效同时具有广泛的普适性的防伪策略,适用于各种商品,如微/纳米粒子、一般商品、药品、水果、食品、贵重商品、植物和动物等。该方法制备过程短暂且简单易于操作,同时成本低廉、绿色环保,可用于快速高效的制备蛋白质超薄荧光薄膜同时应用于市场上广泛的防伪需求,具有广泛的普适性,易实现大规模工业应用。该策略有望解决日益严峻的防伪问题。
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