[发明专利]一种新型半醌自由基纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于纳米材料合成领域，具体涉及一种新型半醌自由基纳米材料及其制备方法与应用。所述半醌自由基纳米材料以富含鸟嘌呤的核酸序列折叠成的G‑四链体结构与血红素形成的G4/Hemin复合物作为基本单元，所述基本单元作为π电子受体；由多巴胺在氧化过程中形成半醌自由基中间体提供π电子供体与所述π电子受体发生π‑π堆积作用形成稳定自由基；剩余多巴胺进一步氧化使所述G‑四链体结构与半醌单元交联聚合得到。

技术领域

本发明属于纳米材料合成领域，具体涉及一种新型半醌自由基纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机自由基具有未配对的电子，对各种环境因素表现出独特的反应，在生命科学领域展现出了巨大潜力。然而，有机自由基不稳定，很容易得失电子而失去氧化还原活性及顺磁特性。研究指出，有机自由基的稳定性调节包括空间位阻保护、调节电子自旋共振密度以及引入杂原子等方式(Chem.Sci.2020,11,1192-1204)。基于此，科学家制备出了一系列稳定的有机自由基小分子，实现了有机自由基的合成与纯化(Eur.J.Med.Chem.2017,138,590-601；Molecules 2016,21,841)。此外，有机自由基纳米材料由于其非均相过程及表界面效应，有利于自由基的空间保护及电子离域，实现了自由基材料的较长寿命和生物应用的可能性(Biomacromolecules 2009,10,596-601；J.Controlled Release 2013,172,914-920)。然而，这些合成策略需要严格的无氧环境、有机溶剂的大量使用以及复杂的纯化步骤，限制了其广泛应用。

半醌自由基是一种广泛存在的环境持久性自由基，是由芳香化合物吸附在含有过渡金属的颗粒表面，通过与过渡金属的电子转移形成，并受土壤中蒙脱石等的π平面空间保护而持久稳定(Environ.Int.2019,129,154-163；Environ.Sci.Technol.2016,50,6310-6319.)。G-四链体是由含有连续G序列的DNA或者RNA在特定的条件下折叠形成的特殊核酸二级结构。它的4个G碱基通过Hoogsteen氢键连接构成G-四分体平面结构，然后相邻的G-四分体通过π-π堆积形成四股稳定的DNA四链体。其π平面层间空间类似于蒙脱石等自由基空间位阻保护分子，可以作为π电子受体与多环芳烃等π电子供体发生π-π堆积相互作用，有望作为主体分子稳定半醌自由基客体分子。此外，血红素可以通过π-π堆积装载入G-四分体层间空间，形成具有类过氧化物酶活性的DNA酶。

本发明研究团队发现，多巴胺氧化聚合过程中形成的半醌自由基可以通过π-π堆积相互作用装载入G-四分体的层间空间，增加半醌自由基电子离域程度，并实现半醌自由基的空间位阻保护。最终，实现一步法制备出既有类过氧化物酶活性又有持久性自由基特性的多功能纳米材料，以弥补现有技术中自由基制备复杂，应用困难的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种新型半醌自由基纳米材料，具体技术方案如下。

一种半醌自由基纳米材料，以富含鸟嘌呤(G)的核酸序列折叠成的G-四链体结构与血红素形成的G4/Hemin复合物作为基本单元，所述基本单元作为π电子受体；由多巴胺在氧化过程中形成半醌自由基中间体提供π电子供体与所述π电子受体发生π-π堆积作用形成稳定自由基；剩余多巴胺进一步氧化使所述G-四链体结构与半醌单元交联聚合，得到所述半醌自由基纳米材料。

所述G-四链体结构是先由4个G通过Hoogsteen氢键连接构成G-四分体平面结构，然后相邻的G-四分体再通过π-π堆积形成四股稳定的G-四链体结构。所述血红素通过π-π堆积装载入所述G-四分体的层间空间。

进一步，所述富含鸟嘌呤的核酸序列包括DNA或RNA。

进一步，所述G-四链体与所述血红素的摩尔比为1:1～1:200。

进一步，所述G-四链体与所述多巴胺的质量比为0.01:1～2:1。