[发明专利]水溶性富勒烯纳米材料及其制备方法与抗氧化应用

说明书

本发明公开了一种水溶性富勒烯纳米材料。该水溶性富勒烯材料是富勒烯C₆₀‑聚多巴胺‑谷胱甘肽的复合物，它是富勒烯直接和多巴胺碱性水溶液混合反应后得到表面附着聚多巴胺交联复合层的富勒烯改性材料，与带有巯基的水溶性多肽谷胱甘肽发生迈克尔加成得到的水溶性产物。本发明还公开了上述水溶性富勒烯纳米材料的制备方法及抗氧化应用。本发明的水溶性富勒烯纳米材料具有良好的生物相容性，物理和化学稳定性好，制备条件温和可控，作为一种体内自由基的清除剂和抗氧化剂，在生物医学和化妆品应用领域展现出极高的潜在价值。

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种水溶性富勒烯纳米材料及其制备方法与抗氧化应用。

背景技术

富勒烯是一种新型富碳纳米材料，它是由不同数目的碳原子组成的具有封闭结构的原子团簇，由于其独特的结构和物理化学性质，在生物医学领域有非常广阔的应用前景。具有I_h对称性的C₆₀分子是富勒烯家族的突出代表，它由12个五元环和20个六元环组成的三十二面体结构，有30个共轭双键，提供了制备不同化学或生物化合物的机会，被誉为药物设计中的“化学针插”(Chemical pin cushion)。由于富勒烯为非极性分子，而生物体系的生命活动几乎都处于水环境中，这意味着水溶性富勒烯衍生物的生物学效应研究将成为极具有潜力的领域和方向。目前较多的制备方法是通过化学反应在富勒烯碳笼上修饰多个强极性基团如-OH、-COOH和-NH₂等来增强其亲水性，但化学合成过程复杂，易引入有机试剂，且化学修饰会破坏富勒烯碳笼的π-π共轭体系，降低其生物活性。因此，探索简单绿色并尽可能保持碳笼结构完整性的水溶化合成方法是改造功能富勒烯纳米材料的重要步骤。

富勒烯分子结构中含有30个双键，大量的双键可以与自由基反应，被称为“吸收自由基的海绵”。利用这一点合成的富勒烯衍生物能够用于清除生物体内的自由基，起到抗氧化的作用。

多巴胺(DA)是一种生物神经递质，在碱性条件下，它能在溶解氧的作用下发生氧化-交联反应，在各种固体材料表面形成具有类似于贻贝黏附蛋白的结构和超强黏附性能的聚多巴胺(PDA)薄层，该方法对材料的本体性能无影响，对材料的尺寸和和外形均无限制，使用范围极广。此外，多巴胺的聚合物PDA有良好的生物相容性，含有丰富的邻苯二酚基团，碱性环境下，这些基团很容易被氧化成醌式结构，从而与含有巯基(-SH)、氨基(-NH₂)的亲水或疏水有机分子发生迈克尔加成和席夫碱反应，可以进一步引入功能分子，为材料表面的二次修饰和功能化提供了理想的平台。整个改性过程在水溶液中完成，反应条件温和，避免了使用有机溶剂对环境造成的污染，且对材料表面的改性一步到位，操作步骤简单，反应条件与改性过程易于控制。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种水溶性好，具有良好的生物相容性的水溶性富勒烯纳米材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种反应条件绿色温和，简单可控的水溶性富勒烯纳米材料的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述水溶性富勒烯纳米材料的应用，清除羟基自由基·OH而实现对人体表皮细胞HEK-α的抗氧化保护作用。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供的水溶性富勒烯纳米材料是一种富勒烯-聚多巴胺-谷胱甘肽复合物，它是由原始富勒烯直接和多巴胺碱性水溶液混合反应，得到表面附着聚多巴胺交联复合层的富勒烯改性材料，然后再和带有巯基的水溶性多肽谷胱甘肽(GSH)发生迈克尔加成，最终得到的水溶性产物。

所述富勒烯为通式是C_2m的由碳原子组成的笼状结构的富勒烯，其中30≤m≤60，可选的，包括富勒烯C₆₀、富勒烯C₇₀、富勒烯C₇₆、富勒烯C₇₈、富勒烯C₈₂、富勒烯C₈₄中的任意一种。