一种用于静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系及其制备方法与流程

本发明涉及纳米技术领域，具体涉及一种用于静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系及其制备方法。

背景技术：

静脉高效给氧一直是人们面临的一个重要挑战。窒息性心脏骤停常出现于患有严重或长期缺氧的病人，当血液中的氧气过低时，心脏停止跳动，氧气停止输送到生命器官。如果不能迅速恢复血氧水平，几分钟内就会导致器官损伤和死亡。目前抢救窒息性心脏骤停患者主要通过吸氧、插管或机械通气等治疗手段。然而，当这些治疗手段无法快速提高患者血液中氧气含量时，可能直接威胁到患者生命健康，导致该病死亡率较高。

静脉给氧是一种快速提高血液中氧气含量的有效方法，可使患者快速脱离危险。但由于氧气在血液中溶解度低，无法直接将氧气注射到静脉中。研究者通过高速剪切含有表面活性剂分子的水溶液，制备得到微气泡分散液，然后通过体外静脉注射将微气泡分散液注射到血液中，以达到快速给氧的效果。然而由表面活性剂分子稳定的微气泡分散体系不稳定，易发生微气泡的聚并，并且在ostwaldripening效应的作用下，气体会逐渐从直径较小的微气泡往直径较大的微气泡转移，最终导致微气泡的直径越来越大。因此制备生物相容、稳定分散的微气泡体系，实现静脉高效给氧仍是一项亟待解决的问题。

本发明采用生物相容的多巴胺为材料，制备了一种用于静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系。该微气泡分散体系在水中具有良好的分散性和稳定性，可实现氧气的快速高效递送，在静脉高效给氧领域具有重要应用价值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明公开了一种用于静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系及其制备方法。该方法通过氧气氧化多巴胺，并在聚合过程中使聚多巴胺纳米颗粒附着在氧气微气泡的界面，形成一层致密的聚多巴胺颗粒壳层。制备的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡体系，具有优异的生物相容性，可实现氧气的快速高效递送，在静脉高效给氧领域具有重要应用价值。

为实现上述目的，本发明提供如下解决方案：

本发明静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系及其制备方法包括以下步骤：

(1)将多巴胺、壳聚糖季铵盐和聚赖氨酸溶于去离子水中，然后加入tris缓冲溶液调节混合溶液ph值，使该混合溶液呈碱性；

(2)向步骤(1)所得溶液中通入氧气，并用高速分散均质机将氧气剪切成微气泡。多巴胺在碱性条件下氧化自聚形成聚多巴胺纳米颗粒，并附着在微气泡界面，形成一层致密的聚多巴胺颗粒壳层。随后关闭高速分散均质机，继续通入氧气至溶液呈棕黑色；

(3)向步骤(2)所得溶液中加入戊二醛溶液，并用高速分散均质机充分混合，然后搅拌，使其固化附着在微气泡界面的聚多巴胺颗粒壳层；

(4)将步骤(3)中所得聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散溶液稀释，并通过过滤、洗涤去除多余的未吸附在微气泡界面的聚多巴胺纳米颗粒和其他试剂，最后得到在水中稳定分散的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡分散体系。

优选的，所述步骤(1)中，多巴胺的浓度为10-40mg/ml，聚赖氨酸的浓度为1-40mg/ml，壳聚糖季铵盐的浓度为20-400mg/ml；所述聚赖氨酸与所述盐酸多巴胺的质量比为0.25-1；所述壳聚糖与所述盐酸多巴胺的质量比为2-10。

优选的，所述步骤(1)中，所述加入tris缓冲溶液调节混合溶液ph值，使该混合溶液为碱性，是向该混合溶液中加入tris-hcl使该混合溶液的ph值调节至7.5-9.0。

优选的，所述步骤(2)中，通入氧气的流速为0.5-2l/min，高速分散均质机的转速为10000rpm-14000rpm，均质时间为3-6min；继续通入氧气至溶液呈棕黑色的时间为1-5min。

优选的，所述步骤(3)中，戊二醛溶液的体积分数为2％-6.5％，戊二醛溶液的用量为1ml-5ml；高速分散均质机的转速为10000rpm-14000rpm，均质时间为1-4min；所述搅拌是在20℃-40℃下进行的搅拌时间为30min-2h。

优选的，所述步骤(4)中，滤纸的孔径为1um-11um。

本发明还公开了所述方法制备得到的聚多巴胺颗粒稳定的氧气微气泡分散体系，所述的微气泡分散体系具有优异的生物相容性，可长时间稳定载氧，在极度缺氧溶液中可实现快速、高效地释放氧气，为缺氧组织供氧，在静脉高效给氧领域具有重要应用价值。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提出一种用于静脉高效给氧的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系及其制备方法，该方法解决了传统表面活性剂分子稳定的微气泡分散体系存在载氧量低、体系不稳定、从而难以实现静脉给氧等问题。

(2)本发明所用方法，实验过程中不会有有害物质产生，所制得的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡具有良好的生物相容性，对人体无毒无刺激，可应用于生物医学领域。

(3)本发明所制得的微气泡界面覆盖着相对致密的聚多巴胺纳米颗粒壳层，能很好地防止气泡融合，使微气泡可以长时间稳定载氧。

(4)本发明所制得的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡可以在极度缺氧溶液中有效地控制包裹在其内的氧气的快速释放，为实现静脉高效给氧提供基础。

附图说明

图1为制备聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散体系的装置示意图；

图2为本发明实施例1中聚多巴胺纳米颗粒在氧气-水界面附着交联的方案示意图；

图3a为本发明实施例1中步骤(3)中得到的聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散溶液的光学图像；

图3b为本发明实施例1中步骤(4)中得到的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡分散液的光学图像；

图4为本发明实施例1中聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散液的电位测定；

图5为本发明实施例2中聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡形态随时间变化的光学图像；

图6a为本发明实施例2中聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡的扫描电镜图；

图6b为本发明实施例2中聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡发生坍塌时的扫描电镜图；

图7为本发明实施例3中聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡在体外释放氧气的时间-强度曲线。

具体实施方式

下面举实施例说明本发明，但本发明并不限于下述的实施例。

实施例1：制备聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡分散体系

参照附图1中的装置，采用本发明的方法制备聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡分散体系，具体步骤如下：

(1)将20mg多巴胺，5mg聚赖氨酸和120mg壳聚糖季铵盐溶于10ml去离子水中，然后加入1ml的ph＝8.5的tris盐缓冲溶液调节混合溶液ph值，使该混合溶液为碱性。

(2)向步骤(1)所得溶液中以1l/min的流速通入氧气，调节高速分散均质机转速为12000rpm，用均质机将氧气剪切成微气泡。多巴胺在碱性条件下氧化自聚形成聚多巴胺纳米颗粒，并附着在微气泡界面，形成一层致密的聚多巴胺颗粒壳层。(如附图2所示)，均质5min后关闭高速分散均质机，继续通入氧气2min至溶液呈棕黑色。

(3)向步骤(2)所得溶液中加入1ml的4％戊二醛溶液，并用高速分散均质机在12000rpm下均质3min，然后在室温下以1000rpm搅拌30min，固化附着在微气泡界面的聚多巴胺颗粒壳层,得到聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散溶液，如附图3a所示。

(4)将步骤(3)中所得聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡分散溶液用去离子水稀释5倍，然后用孔径为2.5um的滤纸和玻璃漏斗对稀释后的溶液进行过滤，去除多余的未吸附在微气泡界面的聚多巴胺纳米颗粒和其他试剂，然后将留在滤纸上的微气泡用去离子水洗涤，再次过滤，最后用去离子水将微气泡冲入玻璃瓶中储存，得到在水中稳定分散的聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡分散液,如附图3b所示。微气泡表面带有+62.5mv的正电荷，证明微气泡表面存在聚多巴胺壳层。

实施例2：聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡形态随时间的变化。

将聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡在水中的分散液于室温下静置储存。通过光学显微镜定期观察水中微气泡形态的变化，如附图5所示。通过扫描电子显微镜观察聚多巴胺颗粒稳定的微气泡的表面形态，如附图6a所示，其微气泡界面存在致密的纳米尺寸的聚多巴胺颗粒。静置储存一周后，部分聚多巴胺纳米颗粒稳定的微气泡的形态发生皱缩甚至坍塌，导致包裹在聚多巴胺纳米颗粒壳层中的氧气释放出来，如附图6b所示。

实施例3：聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡体外释放氧气速率

(1)20℃室温条件下，用纯n2将生理盐水溶解氧浓度降低为0mg/l，制成极度缺氧溶液。在聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡制备成功后的6h后，将1ml载氧微泡分散液注入密闭的10ml的极度缺氧溶液中，采用溶解氧测定仪检测溶液中溶解氧变化情况，连续观察约30min载氧微泡在极度缺氧生理盐水中释放o2的情况，如附图7所示。聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡在极度缺氧生理盐水中能够有效释放o2，1ml载氧微泡分散液在800s内使溶液溶解氧量增加至～5.5mg/ml，基本恢复到水中的饱和氧气含量范围内。

(2)20℃室温条件下，用纯n2将生理盐水溶解氧浓度降低为0mg/l，制成极度缺氧溶液。在聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡制备成功后的6h后，将2ml载氧微泡分散液注入密闭的10ml的极度缺氧溶液中，采用溶解氧测定仪检测溶液中溶解氧变化情况，连续观察约30min载氧微泡在极度缺氧生理盐水中释放o2的情况，如附图7所示。聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡在极度缺氧生理盐水中能够有效释放o2，2ml载氧微泡分散液在500s内使溶液溶解氧量增加至～5.5mg/ml，基本恢复到水中的饱和氧气含量范围内。

(3)20℃室温条件下，用纯n2将生理盐水溶解氧浓度降低为0mg/l，制成极度缺氧溶液。在聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡制备成功后的6h后，将3ml载氧微泡分散液注入密闭的10ml的极度缺氧溶液中，采用溶解氧测定仪检测溶液中溶解氧变化情况，连续观察约30min载氧微泡在极度缺氧生理盐水中释放o2的情况，如附图7所示。聚多巴胺纳米颗粒稳定的氧气微气泡在极度缺氧生理盐水中能够有效释放o2，3ml载氧微泡分散液在200s内使溶液溶解氧量增加至～5.5mg/ml，基本恢复到水中的饱和氧气含量范围内。