[发明专利]一种水溶性仿生绿色体的制备方法

说明书

本发明公开了一种水溶性仿生绿色体的制备方法，以富含叶绿素a的螺旋藻藻粉为原料，采取卟吩环配位的Mg²⁺保护或Zn²⁺、Cu²⁺置换，以及碱催化转化，制备水溶性的仿生绿色体的组装前体，前体物溶于去离子水或缓冲溶液，并进行超分子组装，不需要有机溶剂的预先溶解和水相辅助组装，可以采用离心的方法从制备体系中分离，且离心沉淀中的仿生绿色体保持较好的分散性，易于再分散于去离子水中获得仿生绿色体的水溶液，并在水溶液中保持较好的稳定性。本方法制备的水溶性纳米管仿生绿色体，具有制备过程简单、环保、重复性好等特点，是一种新型的仿生捕光功能材料，可用于太阳能电池、光化学转化、光催化等领域的捕光材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及超分子化学与纳米材料工程领域，具体涉及一种水溶性仿生绿色体纳米材料及其制备的技术方法。

背景技术

自然界中的光合作用生物利用叶绿素来组装光功能超分子系统。天然的叶绿素是卟吩环的镁配合物，通过超分子组装形成的色素-蛋白复合物在光合作用的初始阶段，完成光的捕集和光激发电荷分离。在绿色光合细菌的膜外捕光天线中，人们发现了体积较大的菌绿素(细菌叶绿素BChl)聚集体，称其为绿色体。绿色体是菌绿素分子自组装形成的聚集体，菌绿素分子之间的超分子相互作用形成了一个高效的分子间能量传递系统。

菌绿素主要有BChlc、BChld、BChle和BChlf四种类型(图1)。菌绿素在3¹-位具有羟基基团，一个菌绿素的羟基基团与邻近菌绿素13¹-位含氧基团形成分子间氢键，与邻近的第三个菌绿素分子中心的镁离子形成配位键。这些分子间相互作用导致了菌绿素J聚集体的形成，长波红区吸收带(Qy带)从660nm红移到730nm。显微分析和分子模型研究表明菌绿素分子略微倾斜堆叠，形成棒状纳米结构。位于17位的酯化的丙酸侧链朝向棒状结构的外部。C15-C20的长烷基链可以稳定纳米聚集体，形成的绿色体表面是疏水的。

自然界中发现的绿色体(菌绿素超分子聚集体)可以在体外组装。人们利用分离出的天然菌绿素或人工合成的菌绿素类似物，组装形成了各种绿色体模型，这些体外组装的绿色体模型与光合细菌中的绿色体具有相同的分子间相互作用，同时具有Qy红移特征吸收带。人们在菌绿素类似物组装的绿色体模型中观察到了较强的J-聚集激子耦合能量转移，再现了绿色体超分子捕光系统的结构和功能。

目前文献中采用的菌绿素类似物是以天然叶绿素为原料通过有机合成转化而来的，这些绿色体模型对于认知光合细菌绿色体的结构和功能具有重要意义，同时可用作新型仿生捕光功能材料，对太阳能电池和仿生光合系统的开发等都具有重要价值，然而通过目前文献中的方法组装的绿色体模型不溶于水，或微溶于水(图1中的R基团采用聚乙烯醇链)，对后续研究和应用造成了很大程度的限制。

发明内容

为解决上述现有文献中公开的制备方法产物水溶解性不佳的问题，本申请提供一种采用叶绿素a的水溶性衍生物为组装前体，在水溶液中通过小分子的超分子组装来制备表面亲水的纳米管仿生绿色体的方法，具有制备过程简单、仿生绿色体具有良好生物相容性和稳定性等优点，具体方案如下：

一种水溶性仿生绿色体的制备方法，包括：以含叶绿素a的生物材料为原料，采取卟吩环配位的金属阳离子保护或置换，以及碱催化转化，制备水溶性的仿生绿色体的组装前体物，前体物溶于去离子水或缓冲溶液，并进行超分子组装，离心分离取沉淀即可获得水溶性的仿生绿色体。

该仿生绿色体为具有良好的水溶性和分散性的纳米管仿生绿色体，易分散于去离子水中制得稳定的水溶液。

优选地，所述含叶绿素a的生物材料包括螺旋藻藻粉。

优选地，所述碱催化中的碱包括氢氧化钠。