一种抗氧化酶纳米胶囊及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抗氧化酶纳米胶囊及其制备方法与应用，特别涉及一种抗氧化酶纳米胶囊及其制备方法与在清除卷烟烟气自由基中的应用。
【背景技术】
[0002]众所周知，吸烟有害健康。随着近年来有关吸烟和健康的研宄发现，每支卷烟在燃烧时产生约IXlO16个自由基，这些自由基是引起各种疾病的重要原因。烟气中的自由基是含有未成对电子的原子、分子或原子团，易与其他物质发生氧化还原等反应而形成稳定的物质。大多数自由基的性质极为活泼，具有很高的反应活性，参与大量的化学反应。烟气中自由基的直接毒性会产生DNA损伤、生物膜氧化损伤和神经损伤等病理生物学作用；其间接毒性是可在体内激活和产生大量活性更高、毒性更大的其他自由基，如超氧自由基和羟基自由基，从而最终导致细胞的损伤和疾病的发生。据报道多种癌症、肺气肿、呼吸道疾病和心血管疾病均与之有关。为了减少烟气中自由基对吸烟者的危害，烟草行业对烟草自由基的研宄主要侧重于自由基的降低，在国内外烟草界已有很多研宄者做了这方面的工作。然而由于烟气温度很高(50?60°C )且通过卷烟滤嘴的时间很短，这就使得自由基清除剂必须同时满足热稳定性好以及反应速率快等特性。
[0003]近年来，在去除卷烟烟气中自由基的研宄上取得了一些进展。目前主要的清除方式是在滤嘴或烟丝中添加抗氧化剂，包括天然植物提取物和矿物质等。但是这些抗氧化剂反应速率低，并且长期放置后对自由基的清除效果会受到影响。因此，寻找新型、廉价、稳定、高效、缓释的活性物质用于清除卷烟烟气中的气相自由基是非常必要的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种抗氧化酶纳米胶囊及其制备方法与应用，该抗氧化酶纳米胶囊具有表面官能性、环境稳定性和高效催化性，可有效清除卷烟烟气中的自由基。
[0005]本发明提供的抗氧化酶纳米胶囊的制备方法，包括如下步骤:
[0006](I)抗氧化酶的表面修饰:将N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺在有机溶剂中形成的溶液滴加到抗氧化酶的磷酸缓冲溶液中，经丙烯酰化完成所述抗氧化酶的表面修饰；
[0007](2)原位自由基聚合:在惰性气氛下，将单体、交联剂和引发剂加入到经表面修饰的抗氧化酶溶液中，经原位自由基聚合得到所述抗氧化酶纳米胶囊；
[0008]所述单体为丙烯酰胺或烷基丙烯酰胺。
[0009]此外，为了进一步减轻烟气中自由基对人体的损伤，将上述抗氧化酶纳米胶囊制成气雾剂，可以起到协同清除烟气自由基的作用。本发明进一步提供了抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法，包括如下步骤:
[0010](I)抗氧化酶的表面修饰:将N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺在有机溶剂中形成的溶液滴加到抗氧化酶的磷酸缓冲溶液中，经丙烯酰化完成所述抗氧化酶的表面修饰；
[0011](2)原位自由基聚合:在惰性气氛下，将单体、交联剂和引发剂加入到经表面修饰的抗氧化酶溶液中，经原位自由基聚合得到抗氧化酶纳米胶囊；
[0012]所述单体为具有双键的可聚合基团的有机物，所述可聚合基团为乙烯基、丙烯酰基、丙烯酰氨基、烷基丙烯酰基、烷基丙烯酰氨基、甲基丙烯酰基和甲基丙烯酰氨基中的任一种；
[0013](3)将所述抗氧化酶纳米胶囊与抛射剂混合后装入耐压容器中即得抗氧化酶纳米胶囊气雾剂；
[0014]所述抛射剂的质量占所述抗氧化酶纳米胶囊和所述抛射剂总质量的6%?8%,具体可为6%或8% ;所述抛射剂为氢氟烷烃类、碳氢化合物类和二甲醚中的任一种。
[0015]上述抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法中，所述单体可为中性的、中性亲水的、疏水的、带正电荷的或带负电荷的。
[0016]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法中，步骤(I)中，所述抗氧化酶表面的氨基与所述N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺发生丙烯酰化，在酶的表面修饰上乙烯基团；步骤(2)中，通过原位自由基聚合，在经过表面修饰的抗氧化酶的外层形成一层聚合物，形成核壳结构的纳米胶囊。所述抗氧化酶与外层的聚合物通过共价键连接，可有效防止酶分子热伸展变性而导致解离，并且在较高的温度下，包裹在外层的高分子聚合物可以有效的保护酶的活性中心，抑制了酶蛋白分子的自降反应，可增强包埋的抗氧化酶的耐热性。
[0017]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法，步骤(I)中，所述抗氧化酶与所述N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺的质量比可为1:1?20:1，具体可为1:1或20:I ;
[0018]所述抗氧化酶在所述磷酸缓冲溶液中的浓度可为0.2?60mg/mL，具体可为0.26mg/mL ?52mg/mL、0.26mg/mL ?26mg/mL、26mg/mL ?52mg/mL ;所述憐酸缓冲溶液为磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液，pH值可为7，浓度可为I?200mM，具体可为I?100mM、100 ?200mM、ImM, 10mM 或 200mM ；
[0019]所述抗氧化酶为过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶中的至少一种。抗氧化酶能够高效催化氧化还原反应，是目前已知几乎所有好氧生物体内最重要的抗氧化屏障。其中过氧化氢酶在有过氧化物的条件下，能迅速催化降解烟气中的氮氧化物，破坏气相自由基的反应链，从而降低烟气中气相自由基的含量；并且其蛋白质分子中的血红素基团能特异性吸附CO、NO等小分子有害气体，可有效清除卷烟气相自由基；
[0020]所述N-丙稀酰氧琥泊酰亚胺的浓度为0.3?35mg/mL，具体可为3.3?33.3mg/mL、3.3mg/mL ?16.6mg/mL、16.6mg/mL ?33.3mg/mL、3.3mg/mL、16.6mg/mL 或 33.3mg/mL ；所述有机溶剂为二甲基亚砜。
[0021]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法，步骤(I)中，所述丙烯酰化的温度为10?50°C，具体可在10?30°C、30?50°C、10°C、30°C或50°C下进行；所述丙烯酰化的时间为I?5h，具体可为2小时；
[0022]所述丙烯酰化之后还包括将反应后的混合溶液进行透析的步骤；
[0023]所述透析采用截留分子为3500的透析袋，在所述磷酸缓冲溶液中进行，具体可在4°C下透析过夜。
[0024]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法，步骤(2)中，所述惰性气氛具体可为氩气气氛；
[0025]具有两个或更多个可聚合基团的化合物均可作为交联剂，一般而言，可以使用任何交联化合物，只要该交联剂上的可聚合基团能够与表面修饰过的抗氧化酶以及聚合单体单元发生聚合反应，形成交联的共聚物，具体可为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、双甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、1，1，1-三(丙烯酰氧甲基)丙烷和2，2，2-三(丙烯酰氧甲基)乙醇中至少一种；
[0026]所述引发剂为过硫酸铵和/或四甲基乙二胺，具体为过硫酸铵和四甲基乙二胺形成的氧化还原体系。
[0027]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法，步骤(2)中，所述原位自由基聚合之前，还包括将所述透析之后的酶溶液稀释至0.1?20mg/mL的步骤，具体可稀释至 0.1 ?10mg/mL、10 ?20mg/mL、0.lmg/mL、10mg/mL 或 20mg/mL ；
[0028]所述原位自由基聚合的温度可为20?60°C，具体可为30°C ;所述原位自由基聚合的时间可为I?5h，具体可为2小时；
[0029]所述原位自由基聚合之后还包括所述透析的步骤。
[0030]上述抗氧化酶纳米胶囊气雾剂的制备方法的制备方法，步骤(3)中，所述抛射剂为氢氟烷烃类(HFC)、碳氢化合物类和二甲醚中的任一种，所述氢氟烷烃类(HFC)为氟利昂的一种，是一种常用抛射剂；所述碳氢化合物类即烷烃类，常用的有丙烷、正丁烷或异丁烷。
[0031]本发明进一步提供了上述方法制备的抗氧化酶纳米胶囊或上述方法制备的抗氧化酶纳米胶囊气雾剂。
[0032]上述抗氧化酶纳米胶囊或抗氧化酶纳米胶囊气雾剂可应用于清除卷烟烟气自由基。
[0033]将上述抗氧化酶纳米胶囊应用于清除卷烟烟气，具体可通过制备抗氧化酶/醋酸纤维素纳米复合物，从而将所述抗氧化酶纳米胶囊固定在卷烟烟嘴上。
[0034]上述抗氧化酶纳米胶囊气雾剂可协同清除烟气自由基，预防或缓解吸烟后肺部疾病的发生，例如癌症、肺气肿、呼吸道疾病和心血管疾病。
[0035]本发明进一步提供了一种利用上述抗氧化酶纳米胶囊制备抗氧化酶/醋酸纤维素纳米复合物的方法，包括如下步骤:
[0036]将醋酸纤维素置于1-(3- 二甲氨基丙基)-3_乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基丁二酰亚胺和所述抗氧化酶纳米胶囊的混合水溶液中，经反应得到所述抗氧化酶/醋酸纤维素纳米复合物。
[0037]上述抗氧化酶/醋酸纤维素纳米复合物的制备方法中，通过EDC (1- (3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)-NHS (N-羟基丁二酰亚胺)活化将醋酸纤维素膜上的羧基和抗氧化酶纳米胶囊表面富余的氨基通过共价键连接起来，使得抗氧化酶纳米胶囊不易从纤维素上脱落，最终将所述抗氧化酶纳米胶囊固定在所述卷烟滤嘴上。此种固定方式不但不会破坏酶的二级结构而保持酶的活性，而且相比物理吸附，共价键作用力更强，使得清除剂不易从烟嘴上脱落。
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