一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人及其制备方法与流程

本发明属于游动纳米机器人，具体涉及一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人及其制备方法。

背景技术：

1、游动纳米机器人是指在流体中能够将周围环境中的化学能或光、电、磁等能量转化为自身机械运动的纳米系统。游动纳米机器人的大小通常在微纳米尺度，处于低雷诺数区，由于粘滞效应的存在导致游动纳米机器人无法维持宏观物体运动的惯性力，游动纳米机器人需要克服粘滞阻力和布朗运动，使其驱动和运动控制面临挑战。通过可持续转化(输入)能量，可以在低雷诺数环境下发生有效位移。游动纳米机器人与其他微纳米尺度上只做布朗运动的胶体粒子不同，它可以通过持续转化周围环境的能量，打破对称性，打破时间反演性，在低雷诺数下产生有效位移。目前游动纳米机器人经过化学修饰后可用于药物靶向运输，肿瘤治疗等生物医学领域；现在游动纳米机器人在生物体相容的环境中应用的要求越来越高。构建具有生物相容性的小尺度游动纳米机器人，可以更好地应用于医学治疗。

技术实现思路

1、到目前为止，游动纳米机器人经过数十年的发展，在已有报道的用于驱动游动纳米机器人的各种燃料中，使用最多的燃料是过氧化氢。水、酸、碱、尿素、葡萄糖也可作为化学燃料，这些燃料具有生物相容性好、毒性低的优点。酶驱动的游动纳米机器人因尺寸小、运动灵活、驱动机理明确等特点，使其在药物靶向运输、生物传感等领域具有良好的应用前景。

2、本发明开发了一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人。本发明方法将介孔二氧化硅球进行不对称修饰，通过金属真空溅射的物理气相沉积技术在介孔二氧化硅的表面一侧沉积金属金，从而形成阴阳型介孔硅-金纳米颗粒，在介孔二氧化硅球的金侧接枝葡萄糖氧化酶和聚乙二醇后，可在葡萄糖溶液中进行自驱动运动。本发明的马达的优点在于利用溶胶-凝胶的方法制备尺度较小的介孔二氧化硅球，单侧修饰金属金之后，构建阴阳型介孔硅-金纳米颗粒。在金侧修饰葡萄糖氧化酶和聚乙二醇后，使其具备一定的生物相容性，该游动纳米机器人可以在葡萄糖溶液中进行自推进运动。

3、为了解决上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

4、本发明的目的在于提供一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人的制备方法，所述制备方法是按照以下步骤进行的：

5、步骤一、将介孔二氧化硅球分散于去离子水中，超声分散至均匀，然后滴加在亲水基底上，待自然铺展成单层粒子后，烘干；

6、步骤二、然后利用真空溅射物理气相沉积技术，将金属沉积在介孔二氧化硅球表面的一侧，再使用去离子水将亲水基底上的粒子冲洗下来，离心，得到msn@au阴阳介孔硅-金属纳米颗粒；

7、步骤三、将步骤二制备的msn@au阴阳介孔硅-金纳米颗粒分散于体积浓度90％～100％的乙醇溶液中，加入巯基聚乙二醇和巯基丙酸，振荡至少30min，离心水洗至少3次，得到msn@au-cooh-peg颗粒；

8、步骤四、将msn@au-cooh-peg颗粒分散于pbs缓冲液中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺，反应至少30min，离心至少15min后分散于pbs缓冲液中，再加入葡萄糖氧化酶反应至少30min，离心至少15min，即得到葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人。

9、进一步地限定，步骤一中，所述介孔二氧化硅球是通过下述步骤制备的：

10、步骤1、将200mg～250mg十六烷基三甲基溴化铵，50mg～80mg氢氧化钠和100ml～120ml去离子水混合，加热至80℃后，逐滴加入1ml～2ml原硅酸四乙酯，滴加完毕后加热2h，然后在转速为7000r/min～8000r/min的条件下，离心水洗3次，80℃烘干得到白色固体粉末；

11、步骤2、将步骤1获得的粉末放置于石英舟中并置于管式炉中，在空气气氛下，升温速率为1℃/min～2℃/min，将温度升温至500℃～550℃，然后在煅烧温度为500℃～550℃的条件下，煅烧4h～5h，最后洗涤、离心及干燥，得到介孔二氧化硅球。

12、进一步地限定，步骤二中金属为金，沉积厚度为为10nm～20nm。

13、进一步地限定，步骤二中，真空溅射参数：电流20ma～30ma，溅射时间为1min～2min。

14、进一步地限定，步骤三中，巯基聚乙二醇在反应体系中的浓度为0.2mg/ml～0.5mg/ml和巯基丙酸在反应体系中的浓度为0.2mg/ml～0.5mg/ml。

15、进一步地限定，步骤三中，在转速为7000r/min～8000r/min的条件下，离心15min～20min。

16、进一步地限定，步骤三中，乙醇溶液的体积浓度为90％～100％，介孔二氧化硅球分散液浓度为0.2mg/ml～1mg/ml。

17、进一步地限，步骤四中，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺在反应体系中的浓度为0.01m～0.02m，n-羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为0.05m～0.01m。

18、进一步地限定，步骤四中，葡萄糖氧化酶在反应体系中的浓度为1mg/ml～2mg/ml。

19、上述方法制备的葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明制备方法操作简单，所制备的游动纳米机器人尺度小且具备较好的化学稳定性和分散性，通过负载葡萄糖氧化酶将周围环境中的葡萄糖转化为驱动力，该游动纳米机器人部分修饰聚乙二醇，可有效避免生物粘附，在生物体环境中应用时可满足应用场景需求，可在主动给药，生物传感等领域具有良好的应用前景。

22、本发明通过真空溅射的物理气相沉积法制备游动纳米机器人，在胶体颗粒表面的一侧沉积金属，引入不对称性，制备成一定功能的游动纳米机器人。再根据不同应用场景的需求，对游动纳米机器人进行不同的化学修饰后，使其具有不同的运动特性。

23、本发明在金侧修饰聚乙二醇和葡萄糖氧化酶，可利用生物体内的葡萄糖进行化学驱动，可更好地应用在生物医学领域。

24、本发明制备一种具有良好的稳定性和生物相容性并且可以在葡萄糖溶液中运动的游动纳米机器人，对于推进游动纳米机器人在生物医学环境中的实际应用具有重要的意义。

25、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：

1.一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人及其制备方法，其特征在于所述制备方法是按照以下步骤进行的：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述介孔二氧化硅球是通过下述步骤制备的：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中金属为金，沉积厚度为为10nm～20nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，真空溅射参数：电流20ma～30ma，溅射时间为1min～2min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，巯基聚乙二醇在反应体系中的浓度为0.2mg/ml～0.5mg/ml和巯基丙酸在反应体系中的浓度为0.2mg/ml～0.5mg/ml。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，在转速为7000r/min～8000r/min的条件下，离心15min～20min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，乙醇溶液的体积浓度为90％～100％，介孔二氧化硅球分散液浓度为0.2mg/ml～1mg/ml。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺在反应体系中的浓度为0.01m～0.02m，n-羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为0.05m～0.01m。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，葡萄糖氧化酶在反应体系中的浓度为1mg/ml～2mg/ml。

10.一种权利要求1-9任意一项方法制备的葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人。

技术总结
本发明公开了一种葡萄糖氧化酶驱动游动纳米机器人及其制备方法，属于游动纳米机器人技术领域。本发明构建具有生物相容性的小尺度游动纳米机器人。本发明利用溶胶‑凝胶的方法制备尺度较小的介孔二氧化硅球，单侧修饰金属金之后，构建阴阳型介孔硅‑金纳米颗粒。在金侧修饰葡萄糖氧化酶和聚乙二醇后，使其具备一定的生物相容性，该游动纳米机器人可以在葡萄糖溶液中进行自推进运动。本发明有效避免生物粘附，在生物体环境中应用时可满足应用场景需求，可在主动给药，生物传感等领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：贺强,林显坤,杨帅,柯昌成
受保护的技术使用者：国科温州研究院（温州生物材料与工程研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15