一種表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米新材料領域。更具體地，涉及一種表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]納米復合材料是一類新型的納米材料，既具有納米材料的小尺寸效應、高比表面積、多種多樣的形貌特征和組裝形式等優(yōu)點，又可以復合其他無機、有機、高分子和生物功能材料的特殊性能，在工業(yè)高效催化，生物醫(yī)用工程等新型功能材料領域得到了廣泛的發(fā)展。因此開發(fā)新型的一維納米線復合材料在生物催化、生物成像、腫瘤靶向探針和納米藥物載體方面具有十分巨大的潛在應用價值。
[0003]聚多巴胺是通過多巴胺在堿性環(huán)境下氧化聚合形成的，是一種新型的有機高分子粘附材料，可以均勻的包覆在基材表面，并且在材料表面可以進一步功能化修飾含有氨基或巰基的分子。而現(xiàn)有的技術主要是在無機的金屬、金屬氧化物、陶瓷、疏水性的高分子材料和碳材料表面進行聚多巴胺的包覆和功能化修飾。例如美國專利US 2008/0149566中提出的在多種無機和高分子材料表面的聚多巴胺包覆；中國專利CN 102813963和CN102000658是在生物醫(yī)用的無機、金屬、金屬合金和高分子材料表面用聚多巴胺功能化修飾具有生物活性的分子；中國專利CN 104258909是在磁性Fe304納米顆粒表面用聚多巴胺負載金納米顆粒；中國專利CN 104666251是在生物可降解的高分子納米顆粒表面用聚多巴胺負載疏水性藥物；中國專利CN 103920152和CN 104549159是在多壁碳納米管和磁性銀納米線為代表的一維無機納米材料表面包覆聚多巴胺。但這些技術方法都沒有涉及到在親水性的蛋白質表面或由蛋白質組裝的病毒類生物納米顆粒表面進行聚多巴胺的包覆和進一步的功能化修飾。
[0004]煙草花葉病毒是一種感染煙草及其他茄科類的植物病毒，由2130個病毒外殼蛋白組裝形成300nm長，直徑ISnm的納米管狀結構，具有粒度均一的單分散特性，是一種理想的構筑一維納米材料的生物模板。以煙草花葉病毒為模板，通過病毒納米顆粒頭尾組裝的方式形成一維有序的納米線結構，并在外表面包覆導電性的聚苯胺、聚吡咯和聚苯乙烯磺酸鈉高分子材料，制備具有導電功能的一維納米線復合材料已經有文獻報道(例如 Z.Niu, M.Bruckman, et al.Study and characterizat1n of tobacco mosaicvirus head-to-taiI assembly assisted by aniline polymerizat1n[J].Chem.Commun., 2006, 28:3019 ；Z.Niuj et al.Assembly of tobacco mosaic virus into fibrousand macroscopic bundled arrays mediated by surface aniline polymerizat1n[J].Langmuirj 2007, 23:6719 ；Z.Niuj et al.B1logical templated synthesis ofwater-soluble conductive polymeric nanowires[J].Nano letters，2007，7:3729) 0 但現(xiàn)有的方法所使用的包覆材料都是導電性的高分子，不具有生物相容性，無法在生物醫(yī)學領域得到應用。
[0005]此外，以煙草花葉病毒為模板和載體，在其表面負載金納米顆粒和功能化修飾分子的方法雖然已經實現(xiàn)(例如中國專利CN 103706800是通過分子生物學的方法表達得到六組氨酸修飾的煙草花葉病毒外殼蛋白，再加入還原劑實現(xiàn)的金納米顆粒在煙草花葉病毒表面的負載；中國專利CN 102578695是通過靜電相互吸引，在還原劑的作用下以化學沉積的方法在煙草花葉病毒表面負載金納米顆粒的；中國專利CN 103613647是通過分子生物學的方法表達得到半胱氨酸突變的煙草花葉病毒外殼蛋白，然后將熒光分子和抗癌藥物修飾到半胱氨酸突變的蛋白表面制備了納米藥物載體)，但這些方法都存在操作步驟復雜，制備周期長，需要分子生物學的方法修改基因序列并表達蛋白，需要另外加入還原劑還原得到金納米顆粒等問題和缺陷。
[0006]迄今為止，使用具有生物相容性的聚多巴胺進行包覆，以煙草花葉病毒為模板組裝形成的一維納米線復合材料的制備方法還沒有報道過；同時在這種煙草花葉病毒納米線表面，利用聚多巴胺自身的還原性和反應性，無需額外的還原劑和分子生物學方法，就可以進一步方便高效地負載金納米顆粒和功能化修飾具有生物活性分子的方法也未見報道。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料的制備方法。該制備方法操作步驟簡單，制備周期短，使用具有生物相容性的聚多巴胺進行包覆，以煙草花葉病毒為模板組裝形成的一維納米線復合材料；同時在這種煙草花葉病毒納米線表面，利用聚多巴胺自身的還原性和反應性，無需額外的還原劑和分子生物學方法，就可以進一步方便高效地負載金納米顆粒和功能化修飾具有生物活性分子。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0009]—種表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料的制備方法，包括如下制備步驟:先進行表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線的組裝，再利用所得納米線表面上包覆的聚多巴胺進行功能化修飾，得到表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料。
[0010]優(yōu)選地，所述表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線的組裝是指在酸性緩沖溶液中加入多巴胺鹽酸鹽和氧化劑，通過原位氧化聚合的方法在煙草花葉病毒表面生成聚多巴胺包覆層的同時，以煙草花葉病毒為模板通過頭尾相連的方式組裝形成一維的納米線，并且聚多巴胺包覆層固定并維持形成的一維納米線結構，具體包括如下步驟:
[0011]I)將煙草花葉病毒均勻分散到酸性緩沖溶液中，形成反應溶液，并攪拌；
[0012]2)向步驟I)所得反應溶液中加入多巴胺鹽酸鹽和氧化劑，充分攪拌反應后，加入10mM的堿性溶液調節(jié)pH值為7.4?8.5后繼續(xù)反應0.5?2小時；
[0013]3)將步驟2)所得反應溶液離心，取上層清液，經過透析、冷凍干燥后得到表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線。
[0014]優(yōu)選地，步驟I)中，所述反應溶液的質量濃度為0.1?2.0mg/mL，所述攪拌時間為0.5?4小時；步驟2)中，所述攪拌反應是指在4?35°C條件下充分攪拌反應2?8小時；步驟3)中，所述離心的轉速為5000?lOOOOrpm，離心時間為5?lOmin，所述透析是指用截留分子量為10?100萬道爾頓的透析袋在純水中透析24?48小時。
[0015]優(yōu)選地，步驟I)中，所述酸性緩沖溶液為乙酸鈉緩沖溶液，檸檬酸鈉緩沖溶液或磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中一種；所述酸性緩沖溶液的pH值為4.5?6.8，摩爾濃度為50?10mM0
[0016]優(yōu)選地，步驟2)中，所述氧化劑為過硫酸銨，過氧化氫或氧氣中的一種；所述堿性溶液為氫氧化鈉水溶液或三羥甲基氨基甲烷水溶液(Tris水溶液)；所述多巴胺鹽酸鹽和煙草花葉病毒的質量比為0.2:1?2:1，多巴胺鹽酸鹽和氧化劑的摩爾濃度比為1:2?1:4ο
[0017]優(yōu)選地，步驟3)中，所述表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線，其直徑為18?40nm，長度為300nm?20 μ m，聚多巴胺包覆層的厚度為I?10nm。
[0018]優(yōu)選地，所述利用所得納米線表面上包覆的聚多巴胺進行功能化修飾，是指以表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線為模板，在堿性緩沖溶液中，聚多巴胺包覆層吸附和還原含有金離子的溶液，從而實現(xiàn)金納米顆粒在一維納米線表面的生長；或者聚多巴胺包覆層與含有氨基或巰基的具有生物活性的分子進行反應，從而實現(xiàn)功能分子在一維納米線表面的修飾，最終得到所述的表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料，具體包括如下步驟:
[0019]a.將表面包覆聚多巴胺的煙草花葉病毒納米線均勻分散到堿性緩沖溶液中，形成反應溶液，并攪拌；
[0020]b.向步驟a所述反應溶液中加入含有金離子的溶液，或者加入含有氨基或巰基的具有生物活性的分子，反應完全后，經過透析、冷凍干燥，得到表面功能化的煙草花葉病毒納米線復合材料。
[0021]優(yōu)選地，步驟a中，所述反應溶液的質量濃度為0.1?2.0mg/mL,所述攪拌時間為0.5?2小時；步驟b中，所述反應完全是指在在4°C條件下反應2?24小時，所述透析是指用截留分子量為10?100萬道爾頓的透析袋在純水中透析24?48小時。
[0022]優(yōu)選地，步驟a中，所述堿性緩沖溶液為三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液(Tris-HCl緩沖液)，磷酸鹽緩沖溶液(PBS)或碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液中的一種；所述堿性緩沖溶液pH值為7.8?8.5，摩爾濃度為10?lOOmM。
[0023]優(yōu)選地，步驟b中，所述含有金離子的溶液為氯金酸水溶液，其質量濃度為0.01?10mg/mL;所述含有氨基或巰基的具有生物活性的分子為抗癌藥物鹽酸阿霉素(DOX)或腫瘤靶向分子環(huán)狀精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽(cRGD環(huán)狀多肽)，所述含有氨基或巰基的具