Pickering Emulsion Templated Proteinaceous Microsphere with Bio-Stimuli Responsiveness

Weijie Jiang ,  Hang Jiang ,  Wei Liu ,  Xin Guan ,  Yunxing Li ,  Cheng Yang ,  To Ngai

Citation:  Weijie Jiang, Hang Jiang, Wei Liu, Xin Guan, Yunxing Li, Cheng Yang, To Ngai. Pickering Emulsion Templated Proteinaceous Microsphere with Bio-Stimuli Responsiveness[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(12): 230104. doi: 10.3866/PKU.WHXB202301041 shu

Pickering乳液模板构建生物刺激响应性蛋白质微球

    通讯作者: 蒋航, hangjiang@jiangnan.edu.cn
    李云兴, yunxingli@jiangnan.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22202084

    江苏省自然科学基金 BK20221059

    中央高校基本科研计划 JUSRP122017

摘要: 生物刺激响应性微球可用于封装活性物,并在生理条件刺激下触发释放活性物,在制药,化妆品,食品和农业等领域备受关注。然而大多数微球材料基于合成聚合物,合成过程中涉及的有机溶剂或交联剂残留易产生安全性与生物相容性隐患。因此,本工作以Pickering双重乳液为模板,探索一种简单、可持续地构建生物刺激响应性蛋白质微球的方法。具体地说,本文采用Stöber法合成了粒径约为100 nm的二氧化硅颗粒,并用二氯二甲基硅烷对其进行疏水改性。随后,Pickering双重乳液模板由疏水二氧化硅纳米颗粒稳定,玉米醇溶蛋白溶解在中间相。同时,乙醇的移除过程促使蛋白质析出并构成微球骨架。我们先通过染色法,分别用罗丹明B标记乙醇水相和芘标记油相,通过激光共聚焦(CLSM)证明了多重乳液的结构。并通过扫描电子显微镜(SEM)详细表征了蛋白微球和疏水二氧化硅颗粒的形貌,我们发现Pickering乳液模板制备的微球具有良好的球形度和均一性,且二氧化硅颗粒在微球表面均匀排列,其中疏水二氧化硅颗粒除了充当乳化剂外,还能提高蛋白微球的机械强度和单分散性。紧接着,我们以FITC标记的葡聚糖作为封装模型,通过CLSM证明了FITC-葡聚糖在蛋白微球中均匀分散且对微球结构没有影响。之后我们考察了蛋白微球的pH耐受性,通过光学显微镜发现,蛋白微球在pH 3–11条件下结构保持良好,只有在pH大于11的情况下才会分解释放,证明其具有良好的耐受性。最后,我们探索了蛋白微球的生物刺激响应行为,由于玉米醇溶蛋白含有大量的硫氨基酸,可形成分子内和分子间二硫键,而二硫键可以被谷胱甘肽(GSH)还原,且蛋白质本身具有酶解特性,因此该蛋白微球同时具有GSH和酶响应性,用荧光分光光度计测量了蛋白微球在不同GSH和酶浓度下FITC-葡聚糖的释放量,且由CLSM和SEM进一步验证了微球的分解行为。综上,Pickering乳液模板的良好稳定性和可调控性使蛋白质微球具有结构可控性。此外,结果显示该蛋白质微球对活性物有良好的保护与包封效果,且对蛋白酶和谷胱甘肽表现出非凡的生物刺激响应性。

English

    1. [1]

      Kiser, P. F.; Wilson, G.; Needham, D. Nature 1998, 394, 459. doi: 10.1038/28822

    2. [2]

      Caldorera-Moore, M. E.; Liechty, W. B.; Peppas, N. A. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 1061. doi: 10.1021/ar2001777

    3. [3]

      Kureha, T.; Aoki, D.; Hiroshige, S.; Iijima, K.; Aoki, D.; Takata, T.; Suzuki, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15393. doi: 10.1002/anie.201709633

    4. [4]

      Zhao, C.; Tian, S.; Liu, Q.; Xiu, K.; Lei, I.; Wang, Z.; Ma, P. X. Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (21). doi: 10.1002/adfm.202000776

    5. [5]

      Ruan, L.; Su, M.; Qin, X.; Ruan, Q.; Lang, W.; Wu, M.; Chen, Y.; Lv, Q. Mater. Today Bio 2022, 16, 100394. doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100394

    6. [6]

      Rosenblum, D.; Joshi, N.; Tao, W.; Karp, J. M.; Peer, D. Nat. Commun. 2018, 9, 1410. doi: 10.1038/s41467-018-03705-y

    7. [7]

      Lu, Y.; Aimetti, A. A.; Langer, R.; Gu, Z. Nat. Rev. Mater. 2016, 2, 16075. doi: 10.1038/natrevmats.2016.75

    8. [8]

      Wu, C.; Schwibbert, K.; Achazi, K.; Landsberger, P.; Gorbushina, A.; Haag, R. Biomacromolecules 2017, 18, 210. doi: 10.1021/acs.biomac.6b01527

    9. [9]

      Huang, X.; Patil, A. J.; Li, M.; Mann, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9225. doi: 10.1021/ja504213m

    10. [10]

      Li, J.; Zhang, L.; Liu, Y.; Wen, J.; Wu, D.; Xu, D.; Segura, T.; Jin, J.; Lu, Y.; Wang, H. Chem. Commun. 2016, 52, 13608. doi: 10.1039/c6cc05099a

    11. [11]

      Sun, Z.; Zhao, Q.; Haag, R.; Wu, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8410. doi: 10.1002/anie.202013737

    12. [12]

      Ju, S.; Shin, G.; Lee, M.; Koo, J. M.; Jeon, H.; Ok, Y. S.; Hwang, D. S.; Hwang, S. Y.; Oh, D. X.; Park, J. Green Chem. 2021, 23, 6953. doi: 10.1039/d1gc01588e

    13. [13]

      Jo, Y. K.; Lee, D. Small 2020, 16 (Suppl. 9), 1903736. doi: 10.1002/smll.201903736

    14. [14]

      王义洲, 刘晔宏, 徐首红, 刘洪来. 物理化学学报, 2019, 35, 876. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901019Wang, Y.; Liu, Y.; Xu, S.; Liu, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 876. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901019

    15. [15]

      廖雨瑶, 范震, 杜建忠. 物理化学学报, 2021, 37, 1912053. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053Liao, Y.; Fan, Z.; Du, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 1912053. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053

    16. [16]

      Stoppel, W. L.; Ghezzi, C. E.; McNamara, S. L.; Black, L. D., Ⅲ; Kaplan, D. L. Ann. Biomed. Eng. 2015, 43, 657. doi: 10.1007/s10439-014-1206-2

    17. [17]

      Li, Y.; Maciel, D.; Rodrigues, J.; Shi, X.; Tomás, H. Chem. Rev. 2015, 115, 8564. doi: 10.1021/cr500131f

    18. [18]

      Sun, M.; Yin, W.; Chen, J.; Wang, W.; Guo, T.; Meng, T. Green Chem. 2021, 23, 740. doi: 10.1039/d0gc02999h

    19. [19]

      Yang, X.; Wang, Y.; Bai, R.; Ma, H.; Wang, W.; Sun, H.; Dong, Y.; Qu, F.; Tang, Q.; Guo, T.; et al. Green Chem. 2019, 21, 2229. doi: 10.1039/c8gc03573c

    20. [20]

      Patel, A. R.; Remijn, C.; Cabero, A. -i. M.; Heussen, P. C. M.; ten Hoorn, J. W. M. S.; Velikov, K. P. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 4710. doi: 10.1002/adfm.201300320

    21. [21]

      Reddy, N.; Yang, Y. Trends Biotechnol. 2011, 29, 490. doi: 10.1016/j.tibtech.2011.05.003

    22. [22]

      Lawton, J. W. Cereal Chem. 2002, 79, 1. doi: 10.1094/CCHEM.2002.79.1.1

    23. [23]

      Argos, P.; Pedersen, K.; Marks, M. D.; Larkins, B. A. J. Biol. Chem. 1982, 257, 9984. doi: 10.1016/s0021-9258(18)33974-7

    24. [24]

      Giteru, S. G.; Ali, M. A.; Oey, I. Food Hydrocolloids 2021, 120, 106948. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.106948

    25. [25]

      Dong, S.; Wang, J. -M.; Cheng, L. -M.; Lu, Y. -L.; Li, S. -H.; Chen, Y. J. Agric. Food Chem. 2017, 65, 7352. doi: 10.1021/acs.jafc.7b02205

    26. [26]

      Manickam, D. S.; Li, J.; Putt, D. A.; Zhou, Q. H.; Wu, C.; Lash, L. H.; Oupicky, D. J. Control. Release 2010, 141, 77. doi: 10.1016/j.jconrel.2009.08.022

    27. [27]

      Zhang, M.; Liu, J.; Kuang, Y.; Li, Q.; Chen, H.; Ye, H.; Guo, L.; Xu, Y.; Chen, X.; Li, C.; et al. J. Mater. Chem. B 2016, 4, 3387. doi: 10.1039/c5tb02548f

    28. [28]

      Zhang, P.; Wu, J.; Xiao, F.; Zhao, D.; Luan, Y. Med. Res. Rev. 2018, 38, 1485. doi: 10.1002/med.21485

    29. [29]

      Su, L.; Li, R.; Khan, S.; Clanton, R.; Zhang, F.; Li, Y. N.; Song, Y.; Wang, H.; Fan, J.; Hernandez, S.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 1438. doi: 10.1021/jacs.7b11462

    30. [30]

      Ding, Y.; Kang, Y.; Zhang, X. Chem. Commun. 2015, 51, 996. doi: 10.1039/c4cc05878j

    31. [31]

      de la Rica, R.; Aili, D.; Stevens, M. M. Adv. Drug Delivery Rev. 2012, 64, 967. doi: 10.1016/j.addr.2012.01.002

    32. [32]

      Luo, Y.; Wang, Q. J Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 40696. doi: 10.1002/app.40696

    33. [33]

      Zhang, Y.; Cui, L.; Li, F.; Shi, N.; Li, C.; Yu, X.; Chen, Y.; Kong, W. Int. J. Pharm. 2016, 513, 191. doi: 10.1016/j.ijpharm.2016.09.023

    34. [34]

      Jiang, H.; Hu, X.; Li, Y.; Ngai, T. Mater. Chem. Front. 2021, 5, 3897. doi: 10.1039/d0qm01010c

    35. [35]

      Jiang, H.; Hu, X.; Li, Y.; Yang, C.; Ngai, T. Chem. Sci. 2021, 12, 12463. doi: 10.1039/d1sc03693a

    36. [36]

      Jiang, H.; Hu, X.; Jiang, W.; Guan, X.; Li, Y.; Ngai, T. Langmuir 2022, 38, 12273. doi: 10.1021/acs.langmuir.2c01904

    37. [37]

      Stöber, W.; Fink, A.; Bohn, E. J. Colloid Interface Sci. 1968, 26, 62. doi: 10.1016/0021-9797(68)90272-5

    38. [38]

      Binks, B. P.; Fletcher, P. D. I.; Thompson, M. A.; Elliott, R. P. Langmuir 2013, 29, 5723. doi: 10.1021/la4008697

    39. [39]

      孙冠卿, 易宗霖, 魏涛. 物理化学学报, 2020, 36, 1910005. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910005Sun, G.; Yi, Z.; Ngai, T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1910005. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910005

    40. [40]

      邹后兵, Ettelaie, R., 闫帅, 薛楠, 杨恒权. 物理化学学报, 2020, 36, 1910006. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910006Zou, H.; Ettelaie, R.; Yan, S.; Xue, N.; Yang, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1910006. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910006

    41. [41]

      Jiang, H.; Sheng, Y.; Ngai, T. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2020, 49, 1. doi: 10.1016/j.cocis.2020.04.010

    42. [42]

      Huang, D.; Sun, M.; Bu, Y.; Luo, F.; Lin, C.; Lin, Z.; Weng, Z.; Yang, F.; Wu, D. J. Mater. Chem. B 2019, 7, 2330. doi: 10.1039/c8tb02928h

    43. [43]

      Vian, A.; Amstad, E. Soft Matter 2019, 15, 1290. doi: 10.1039/c8sm02047g

    44. [44]

      Webber, M. J.; Appel, E. A.; Meijer, E. W.; Langer, R. Nat. Mater. 2016, 15, 13. doi: 10.1038/nmat4474

    45. [45]

      Zhou, Y.; Song, J.; Wang, L.; Xue, X.; Liu, X.; Xie, H.; Huang, X. Biomacromolecules 2017, 18, 2446. doi: 10.1021/acs.biomac.7b00598

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  14
  • 文章访问数:  4424
  • HTML全文浏览量:  284
文章相关
  • 发布日期:  2023-12-15
  • 收稿日期:  2023-01-29
  • 接受日期:  2023-02-23
  • 修回日期:  2023-02-23
  • 网络出版日期:  2023-02-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章