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  黑色素（Melanin）是一種常見的天然高分子，大到哺乳動物小到某些特定的細菌都能產(chǎn)生黑色素。我們最熟悉的一類能產(chǎn)生黑色素的動物莫過于章魚。當(dāng)章魚感受到外界的威脅時，就會噴出墨汁，其中就富含了黑色素納米顆粒。兩千多年前，古希臘和古羅馬人就將章魚墨汁入藥，雖然當(dāng)時他們并不知道其中真正的有效成分。在我國經(jīng)典《本草綱目》中也有將章魚墨囊干粉藥用的記載。近些年的研究表明，章魚墨汁中的黑色素有消除活性氧自由基的作用，在抗氧化和抗炎方面有良好的應(yīng)用前景。

  黑色素納米顆粒的生物合成是一個精密可控的過程。在章魚體內(nèi)有一些細胞富含黑色素體（直徑約0.5到1毫米的細胞內(nèi)囊泡），其中酪氨酸和3,4-二羥基-L-苯丙氨酸（DOPA）底物經(jīng)過一系列的酶級聯(lián)反應(yīng)，最終形成黑色素納米粒。通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些黑色素納米粒呈均勻的球形，平均大小約為150 納米。而且在一個黑色素體囊泡內(nèi)可同時容納多達30個黑色素納米粒。這些現(xiàn)象表明黑色素納米粒子可能是在一個高濃度的環(huán)境中由一系列酶催化而形成的。整個過程凸顯了生物合成的高效性和可控性。

  受此啟發(fā)，芬蘭赫爾辛基大學(xué)藥學(xué)院Helder Santos課題組利用玻璃毛細管的微流控裝置模擬了黑色素的生物合成過程。通過強堿性條件氧化高濃度多巴胺，并通過強酸性條件快速終止反應(yīng)，實現(xiàn)了單分散類黑色素納米粒的高效可控制備。傳統(tǒng)的化學(xué)制備方法盡管也可以生成均一的黑色素納米粒，但多巴胺底物只能在非常稀的濃度下以緩慢的速率進行反應(yīng)（通常需要1-3天）。一旦通過升高底物濃度來加速制備過程，過快的反應(yīng)速率和反應(yīng)物的不均勻混合，會導(dǎo)致生成的納米顆粒粒徑非常不均勻。相比之下，微流控技術(shù)可以在復(fù)雜、微型化的毛細管中精確控制超快的液體混合和物質(zhì)交換。所有的試劑可以在毫秒內(nèi)實現(xiàn)有效混合，從而營造一個均勻的反應(yīng)環(huán)境。

  該方法首次實現(xiàn)了在高濃度的基質(zhì)溶液中，幾秒之內(nèi)制備單分散的類黑色素納米粒。通過簡單地調(diào)整微流控裝置的參數(shù)，可以精確地控制納米粒的大小和形態(tài)。用微流控法制備的這些類黑色素納米粒與用傳統(tǒng)方法制備的具有相似的化學(xué)成分，而且也具有消除活性氧自由基的作用。體外實驗表明，該納米粒可以通過調(diào)控巨噬細胞的極化來緩解炎癥，在抗炎方面具有良好的應(yīng)用前景。

  以上成果發(fā)表在最新一期Materials Horizons上。論文的第一作者為赫爾辛基大學(xué)博士后王詩琪和泰國宋卡王子大學(xué)博士生Saowanee Wannasarit，通訊作者為赫爾辛基大學(xué)李威研究員和Helder Santos教授。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/MH/D0MH00014K#!divAbstract