基于酪蛋白納米粒子制備及其應用的研究.pdf

1、由兩親性共聚物組成的膠束已經(jīng)被開發(fā)用作水相體系中的疏水藥物載體。用合成高分子作為構建藥物載體的材料一直是研究的重點。相比合成高分子而言,天然高分子具有許多獨特的性質,它們既可以包埋疏水藥物,又可以包埋親水藥物,所以天然高分子也可以是構建藥物載體的好材料。更值得一提的是,天然高分子有較高的安全性。用天然高分子通過簡便易行的綠色化學方法構建藥物載體,可以有效地避免合成化學試劑和有機溶劑的使用,這對載體在生物醫(yī)藥工業(yè)中的應用非常有利。

2、　　 酪蛋白(casein)是牛奶中的主要組成成分,它是一組蛋白的磷酸鹽,由四種成分組成:αs1-,αs2-,β-和κ-酪蛋白,這四種成分在牛奶中的質量比約為3:0.8:3:1,它們的分子量在19000-25000Da范圍內(nèi)。這四種酪蛋白都是兩親性的蛋白質,沒有確定的結構。在食品工業(yè)中,酪蛋白在多個方面具有應用價值,比如乳化,與水的結合,與油脂的結合,以及質構等。這些優(yōu)點使得酪蛋白可以作為理想的基材來構造納米載體,用于藥物輸送系統(tǒng)。<

3、br>　　 Maillard反應是一種天然無毒的反應,它在食品的運輸、烹飪和儲存過程中都有可能發(fā)生。Maillard反應的化學原理已被廣泛地研究過,今天我們已經(jīng)知道這個反應的本質是通過多糖的還原性端羥基與蛋白的氨基(包括端氨基和賴氨酸的氨基)之間的反應將蛋白和多糖連接在一起。Maillard反應產(chǎn)物在許多領域都有廣泛的應用,但用于藥物包埋的卻很少。
　　 本論文的工作主要集中在制備基于酪蛋白的納米粒子并對其應用性進行研究。我們

4、主要制備了兩種納米粒子。一種是通過Maillard反應制備酪蛋白.葡聚糖接枝共聚物,并通過調節(jié)pH值使共聚物自組裝形成膠束粒子。該粒子具有疏水性內(nèi)核,我們用β-胡蘿卜素作為模型化合物研究了該粒子對疏水化合物的包埋以及釋放性質。另外,由于Maillard反應提高了β-酪蛋白在酸性。pH范圍內(nèi)的溶解性,我們也研究了β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物作為酸性體系乳化劑的性能。另一種粒子是利用球狀蛋白的凝膠化性質制備的β-酪蛋白-葡聚糖/溶菌酶納米粒

5、子。該粒子核的親水性較強,我們用芘的電荷衍生物以及氯金酸作為模型化合物研究了該粒子對極性化合物的包埋行為。論文中所有的納米粒子的制備都只使用了酸和堿以及乙醇,沒有其它化學試劑和溶劑,是一種綠色化學的方法。具體來說,本論文包括了以下五個部分的工作:
　　 第一部分是Maillard反應制備酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物及其膠束化行為的研究。我們利用Maillard反應中的Amadori重排制備了兩種天然大分子-酪蛋白和葡聚糖的接枝共聚物

6、。所制備的酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物具有pH敏感的可逆性質:在pH值接近酪蛋白等電點時形成以酪蛋白為核,葡聚糖為殼的膠束:在pH值偏離酪蛋白等電點時,膠束會解離。共聚物形成膠束的驅動力是酪蛋白在等電點時由于凈電荷為零發(fā)生聚集,而共價接枝的葡聚糖阻止了宏觀沉淀的形成導致納米粒子的生成。酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物的膠束具有球狀外貌,膠束的尺寸取決于共聚物的接枝度,以及所用葡聚糖的分子量等。該膠束具有較強的疏水性,可以包埋芘這樣的疏水化合物。

7、r>　　 第二部分是Maillard反應制備β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物及其乳化性質的研究。我們利用Maillard反應中的Amadori重排反應制備了β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物。當介質pH值處于4.0-5.0范圍內(nèi),即接近β-酪蛋白的等電點時,β-酪蛋白溶解度降低,β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物可形成膠束。原子力顯微鏡顯示該膠束具有球形外貌。共聚物的接枝度和葡聚糖側鏈的長度共同決定了共聚物膠束的尺寸及其可穩(wěn)定存在的時間。高接枝度的共

8、聚物親水性較強,以單分子狀態(tài)存在于溶液中,在pH4.6和8.0都顯示出較強的乳化能力。
　　 第三部分是對酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物和β-胡蘿卜素在疏水力誘導下的協(xié)同組裝行為研究。酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物在pH7.0的水溶液中以單分子狀態(tài)存在,而β-胡蘿卜素難溶于水。我們通過透析法或者蒸發(fā)法,將共聚物/β-胡蘿卜素混合液的水/乙醇混合溶劑替換成純水。在此過程中,酪蛋白和β-胡蘿卜素通過疏水相互作用形成的復合物的溶解度降低,同時葡聚

9、糖的溶解度上升,最終形成以酪蛋白和β-胡蘿卜素復合物為核,葡聚糖為殼的納米粒子。在納米粒子的自組裝過程中,酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物也同時實現(xiàn)了對β-胡蘿卜素的包埋。酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物/β-胡蘿卜素納米粒子具有球形外貌,在pH7.0時水合直徑約為200nm。該納米粒子的水溶液具有很高的穩(wěn)定性,可耐稀釋,pH值變化和離子強度變化,可以長時間儲存。該納米粒子也可在干粉狀態(tài)下保存。包埋在納米粒子中的β-胡蘿卜素可通過胃蛋白酶或胰蛋白酶的水

10、解得到釋放。包埋可以提高β-胡蘿卜素的抗氧化性,釋放后的β-胡蘿卜素的反應活性不變。納米粒子的這些性質使酪蛋白.葡聚糖接枝共聚物可以成為輸送低穩(wěn)定性的疏水性營養(yǎng)物質和藥物的載體。
　　 第四部分是β-酪蛋白和溶菌酶的自組裝行為的研究。我們用兩種蛋白,線狀的β-酪蛋白和球狀的溶菌酶,制備了β-酪蛋白/溶菌酶納米粒子。當β-酪蛋白和溶菌酶摩爾比為0.4時,兩種蛋白在pH3.0-12.0范圍內(nèi)可形成多分散性的β-酪蛋白/溶菌酶靜電復合

11、物膠束。在80°C加熱處理復合物膠束溶液后,溶菌酶產(chǎn)生凝膠化而β-酪蛋白被陷在凝膠中并阻止了凝膠的宏觀聚集,從而形成β-酪蛋白/溶菌酶納米粒子。該納米粒子具有球形外貌,它的粒徑受到制備條件,諸如pH值以及β-酪蛋白與溶菌酶的摩爾比等的影響。在pH10.0制備的納米粒子表面有較多的β-酪蛋白分子,而在pH5.0制備的納米粒子表面有較多的溶菌酶分子。該納米粒子具有兩性,當pH值低于或高于其零電位點時分別帶凈正電荷或凈負電荷。納米粒子在pH5

12、.0和10.0溶液中可穩(wěn)定存在,并且疏水性相對較強。納米粒子表面的凈電荷在水溶液中起到穩(wěn)定納米粒子的作用。
　　 第五部分是β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物和溶菌酶的自組裝行為及其包埋性質的研究。我們通過Maillard反應將葡聚糖接枝到β-酪蛋白上,然后利用β-酪蛋白與溶菌酶的靜電相互作用以及溶菌酶的凝膠化性質,制備了表面帶有葡聚糖殼層的納米粒子。納米粒子的尺寸受到β-酪蛋白-葡聚糖接枝共聚物接枝度的影響,而納米粒子的組裝效率受到