Herstellung und Charakterisierung von Kaulquappen- und kugelförmigen Hämin-Nanopartikeln für eine verbesserte Löslichkeit

Einführung

Eisen ist ein wesentliches Element in den Stoffwechselprozessen des Körpers, wie der Elektronenübertragung, -speicherung und dem Sauerstofftransport [1]. Eisenmangel ist einer der häufigsten Ernährungsmängel und betrifft etwa 20 % der Weltbevölkerung [2]. Die negativste Folge eines Eisenmangels ist die sideropenische Anämie. Sie wird meist durch eine unzureichende Eisenaufnahme mit der Nahrung verursacht, oft bei hohem Bedarf. Beim Menschen kann Eisen aus der Nahrung in zwei Hauptformen in den Körper gelangen:Eines ist anorganisches Eisen (Nicht-Häm-Eisen), das hauptsächlich aus Gemüse und pflanzlichen Lebensmitteln freigesetzt wird, und das andere ist Häm-Eisen, das durch den Abbau von Hämoglobin oder Myoglobin gewonnen wird Tiere. Hämin wurde in Blut und Fleischprodukten gefunden, ist Bestandteil vieler Hämoproteine ​​(einschließlich Myoglobin, Hämoglobin und Cytochrome b und c) und wird zwei- oder dreimal leichter resorbiert (50–87 %) als Nicht-Häm-Eisen [3] . In letzter Zeit haben Forscher große Fortschritte in unserem Verständnis der physiologischen Rolle von Hämin beobachtet. Leider ist Hämin aufgrund des Vorhandenseins eines großen Tetrapyrrol-Makrocyclus hydrophob [4]. Aufgrund der hohen Hydrophobie und schlechten Löslichkeit von Hämin in neutraler wässriger Lösung war seine Anwendung auf verschiedenen Gebieten beschränkt. Daher besteht ein dringender Bedarf, die Löslichkeit von Hämin zu erhöhen.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurden viele Anstrengungen unternommen, um die Löslichkeit von Hämin zu verbessern. Berner [5] entdeckte, dass sich partielles Enzymlösungsprotein (Sojaisolat, Sojamehl oder Sojakonzentrat) mit Hämeisen vereinigen könnte, um die Eisenaufnahme zu verbessern, was die Eisenbioverfügbarkeit verbessert. Wanget al. [6] zeigten, dass kristallines Hämin und L-Arginat eine wasserlösliche Hämin-Arginat-Koazervation herstellen könnten, die als neue Häm-Eisen-Ergänzung in Lebensmittelzusatzstoffen, funktionellen Lebensmitteln und Pharmazeutika verwendet werden könnte. Zhanget al. [7] berichteten, dass Hämin sich mit β-Cyclodextrin durch ein cyclisches Oligosaccharid aus sieben α-verknüpften Glucoseeinheiten verbinden konnte [1, 4], was zu einer signifikanten Verbesserung der Häminlöslichkeit führte. Obwohl es einige Fortschritte bei der Verbesserung der Löslichkeit von Häm-Eisen gab, war die Industrialisierung aufgrund des komplizierten Herstellungsprozesses nicht einfach. Daher ist die Entwicklung einer einfachen Methode zur Verbesserung der Löslichkeit von Hämin immer noch eine große Herausforderung.

Nanowissenschaften und Nanotechnologie haben das Potenzial, neue Lösungen bei der Entwicklung funktioneller Substanzen zu bieten, insbesondere die Aufnahme bioaktiver Verbindungen, ohne die sensorische Wahrnehmung der Verbraucher zu beeinträchtigen und die Aufnahme bestimmter Komponenten zu verbessern [8]. Nanopartikel haben mehrere Vorteile [9], unter anderem die Förderung der Löslichkeit hydrophober Substanzen [10]. Duhemet al. [11] entwickelten mithilfe von Nanotechnologien neuartige Vitamin-E-basierte Nanoarzneimittel, die mehrere Vorteile bei der Wirkstoffabgabe wie Biokompatibilität, verbesserte Wirkstofflöslichkeit und Antikrebsaktivität boten. Changet al. [12] berichteten, dass die aus Bernsteinsäureanhydrid-modifizierten kurzen Glucanketten hergestellten Nanopartikel hydrophobes Lutein beladen könnten, was die Wasserlöslichkeit von Lutein verbessern könnte. Trotz des enormen Potenzials von Nanopartikeln muss über nanoskaliges Hämin noch berichtet werden. Wir postulierten, dass die Löslichkeit von Hämin-Nanopartikeln im Vergleich zu freiem Hämin erhöht werden könnte, was wertvolle Anwendungen haben könnte.

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist es, verschieden geformte Hämin-Nanopartikel mit einer einfachen Dialysetechnik zu entwickeln und ihre Löslichkeit zu verbessern. Die Präparationsparameter der anfänglichen Häminkonzentration und Dialysebedingungen wurden bewertet. Darüber hinaus wurden die Löslichkeit und Stabilität gegenüber dem pH-Wert, der thermischen Behandlung und dem Salz der gebildeten Hämin-Nanopartikel bewertet. Insgesamt haben Verbesserungen der Löslichkeit von Hämin eine Vielzahl potenzieller Anwendungsfelder.

Materialien und Methoden

Materialien

Hämin- und Dialysemembranen mit einem Molekulargewichts-Cutoff von 8–12 kDa wurden von Beijing Solarbio Science &Technology Co., Ltd. (Beijing, China) bezogen. Aceton (CH₃ COCH₃ , ≥ 99,5%) wurde von Kant Chemical Co., Ltd. (Laiyang, China) bezogen. Alle anderen verwendeten Reagenzien waren von analytischer Qualität.

Herstellung von Hämin-Nanopartikeln

Hämin-Nanopartikel wurden unter Verwendung eines Dialyseverfahrens hergestellt:0,1 µg/ml (oder 0,5 µg/ml) Hämin gelöst in Aceton, angesäuert mit 0,1 µl konzentrierter Salzsäure. Die Häminlösung wurde an verschiedenen Tagen dialysiert, das Wasser wurde jeden Tag gewechselt und sie wurde lyophilisiert, um Hämin-Nanopartikel zu erhalten. Um den Einfluss variabler Parameter auf die Herstellung von Hämin-Nanopartikeln zu ermitteln, wurden die Hämin/Wasser-Volumenverhältnisse auf 1:3, 1:5, 1:10 und 1:50 eingestellt; die Kultivierungstemperaturen wurden auf 4 und 25 °C eingestellt; und die Inkubationszeiten wurden auf 1, 3 und 5 Tage eingestellt.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

TEM-Bilder von Nanopartikeln wurden mit einem 7700 Transmissionselektronenmikroskop (Hitachi, Tokio, Japan) mit einer Beschleunigungsspannung von 80 kV aufgenommen. Ein winziger Probentropfen wurde auf einem kohlenstoffbeschichteten Kupfergitter abgeschieden und dann zur Beobachtung gefriergetrocknet.

Durchschnittliche Größen- und Zetapotenzialmessungen

Die durchschnittliche Größe, das Zetapotential (ζ-Potential) und der Polydispersitätsindex (PDI) von Partikeln wurden über dynamische Lichtstreuung (DLS) unter Verwendung eines Malvern Zetasizer Nano (Malvern Instruments Ltd., UK) gemessen. Die Proben wurden in MilliQ-Wasser verdünnt und bei 25 °C analysiert. Die Konzentration der verdünnten Proben betrug 0,05%.

UV-Vis-Absorptionsspektrum

UV-Vis-Spektroskopiemessungen des freien Hämins und der Hämin-Nanopartikel, gelöst in angesäuertem wässrigem Aceton, wurden auf einem UV-Vis-Spektrophotometer (TU-1810, Peking, China) durchgeführt. Die molekulare Absorption wurde bei einer Wellenlänge von 200–800 nm in 1-nm-Intervallen gescannt, um ein Spektrum zu erhalten.

Löslichkeitstest

Die quantitative Wasserlöslichkeit von reinem Hämin und Nanopartikeln wurde nach der Methode von Gidwani et al. [13]. Kurz gesagt, übersättigte Lösungen von reinem Hämin und Nanopartikeln wurden jeweils separat zu 5 ml entionisiertem Wasser in Teströhrchen gegeben. Die Teströhrchen wurden konstant (500 U/min) bei unterschiedlichen Temperaturen (25, 37, 60 und 80°C) 30 Minuten lang gerührt. Dann wurde die Lösung bei 3500g . zentrifugiert und der Überstand wurde geeigneterweise mit angesäuertem wßrigem Aceton verdünnt. Die Konzentration der Proben wurde bei 640 nm mit einem UV-Vis-Spektrophotometer bestimmt. Für jede Messung wurde die Basislinie unter Verwendung von leerem angesäuertem wässrigem Aceton als Referenz festgelegt.

pH, Temperatur und Salzstabilität

Die Größe, das ζ-Potential, der PDI und die Trübung der Nanopartikel (0,5 mg/ml) wurden gemessen und mit den Ausgangswerten verglichen, um die Stabilität der Nanopartikel zu bewerten. Die Partikelsuspensionen wurden in zehn Gruppen eingeteilt:Sechs Gruppen wurden auf die gewünschten pH-Werte eingestellt [2, 3, 5, 7, 9, 11] und mit Salzsäure (0,1 µM) oder Natronlauge (0,1 µM); drei Gruppen wurden auf 25, 60 und 80 °C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt; ein anderer wurde mit unterschiedlichen Konzentrationen von Natriumchlorid (NaCl, 0, 10, 50, 100, 250 bzw. 500 µM) durchgeführt. Die gemischten Lösungen standen über Nacht bei 25°C.

Fourier-Transformations-Infrarot(FTIR)-Spektroskopie

Die chemischen Strukturen von Hämin-Nanopartikeln wurden mit FTIR-Spektren (Tensor 27, Jasco Inc., Easton, MD, USA) bestätigt. Insgesamt 32 Scans mit einer Auflösung von 4 cm ^− 1 wurden mit der Rapid-Scan-Software in OMNIC 8.0 akkumuliert, um ein einzelnes Spektrum zu erhalten. Der Spektralbereich war 400–4000 cm ^− 1 .

Fluoreszenzspektroskopie

Fluoreszenzmessungen von freiem Hämin und Nanopartikeln wurden unter Verwendung eines Fluoreszenzspektrophotometers (F-7000, Hitachi, Japan) durchgeführt. Die Fluoreszenzspektren der Proben wurden bei Wellenlängen zwischen 300 und 600 nm mit Anregung bei 402 nm aufgenommen.

Röntgendiffraktogramm (XRD)

Die XRD von freiem Hämin und Nanopartikeln wurde mit einem Röntgendiffraktometer (AXS D8 ADVANCE; Bruker, Karlsruhe, Deutschland) erhalten und die Proben wurden im 2θ . untersucht Bereich von 4–40°. Die relative Kristallinität von freiem Hämin und Nanopartikeln wurde durch Auftragen der Basislinie der Peaks auf dem Diffraktogramm und Berechnen der Fläche unter Verwendung des Software-Spektrum-Viewers basierend auf der von Jivan et al. [14]. Der Bereich oberhalb und unterhalb der Kurve entsprach kristallinen Domänen bzw. amorphen Bereichen. Als relative Kristallinität wurde das Verhältnis der oberen Fläche zur Gesamtfläche genommen:

Relative Kristallinität (%) = Fläche unter den Peaks/Gesamtkurvenfläche × 100.

Statistische Analyse

Dreifache Proben aller quantitativen Ergebnisse wurden erhalten. Die Ergebnisse wurden als Durchschnittswerte und Standardabweichungen angegeben. Die statistische Analyse wurde mit den Mehrfachbereichstests von Duncan unter Verwendung des statistischen Softwarepakets SPSS V.17 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Bildung und Charakterisierung von Hämin-Nanopartikeln

Die Morphologie und Größe von Hämin-Nanopartikeln, die mit dem Dialyseverfahren hergestellt wurden, wurden durch TEM untersucht. Bei einer Häminkonzentration von 0,5 mg/ml wurden Häminnanostrukturen unterschiedlicher Größe bei verschiedenen Hämin/Wasser-Volumenverhältnissen und für unterschiedliche Dialysetage gebildet (Abb. 1, Zusatzdatei 1:Abbildung S1–S3). Die Nanopartikel hatten gut definierte Kugelformen und einen Durchmesser von 50–100 nm, wenn das Hämin/Wasser-Volumenverhältnis nach 3 Tagen Dialyse 1:10 betrug. Mit zunehmendem Hämin/Wasser-Volumenverhältnis (1:50) wurden Nanopartikel zu stäbchenförmigen Partikeln gesammelt (Abb. 1). Insbesondere stellten wir fest, dass die Hämin-Nanopartikel mit zunehmender Dialysezeit von 1 auf 3 Tage gleichmäßig verteilt wurden (zusätzliche Datei 1:Abbildung S1-S3). Die Temperatur (4 und 25°C) der Dialyse hatte wenig Einfluss auf die Partikelgröße und die Verteilung der Hämin-Nanopartikel (zusätzliche Datei 1:Abbildung S4).

TEM-Bilder von Hämin-Nanopartikeln, die durch 3-tägige Dialyse mit verschiedenen Hämin/Wasser-Volumenverhältnissen hergestellt wurden, einschließlich 1:3 (a ), 1:5 (b ), 1:10 (c ) und 1:50 (d ) bei 25°C. Die Häminkonzentration betrug 0,5 mg/ml

Abbildung 2 zeigt die typischen TEM-Bilder von Hämin-Nanopartikeln, die für verschiedene Dialysetage mit einer Hämin-Konzentration von 0,1 mg/ml hergestellt wurden. Die Produkte waren hauptsächlich wohldefinierte, einfach dispergierte, strukturell ungewöhnliche und kaulquappenförmige Nanopartikel. Die kaulquappenartigen Nanopartikel wurden vorzugsweise nach 3 Tagen Dialyse verteilt. Die Kaulquappe zeigte einen signifikanten Größenunterschied von der maximalen Breite des Kopfes (200 nm) bis zum Schwanz (100 nm). Unsere Ergebnisse zeigten, dass sowohl bei kugel- als auch bei kaulquappenförmigen Nanopartikeln gleichmäßig dispergierte Nanopartikel bei einem Hämin/Wasser-Volumenverhältnis von 1:10 und nach 3 Tagen Dialyse bei 25 °C gebildet werden konnten. Daher haben wir diese beiden Arten von Hämin-Nanopartikeln für die folgende Forschung ausgewählt.

TEM-Bilder von Hämin-Nanopartikeln, hergestellt mit einem Hämin/Wasser-Volumenverhältnis von 1:10 an verschiedenen Dialysetagen, einschließlich 1 Tag (a ), 3 Tage (b ) und 5 Tage (c ) bei 25°C. Die Häminkonzentration betrug 0,1 mg/ml

Um die Größe von Hämin-Nanopartikeln weiter zu untersuchen, wurde die DLS-Bestimmung verwendet, um die Bildung von Nanostrukturen zu bestätigen. Die Durchmesser der kugel- und kaulquappenförmigen Nanopartikel betrugen ungefähr 218,2 ± ± 6,2 bzw. 299,8 ± ± 7,6 µm (Abb. 3a). Die mit DLS gemessene Größe der Nanopartikel war etwas größer als die mit TEM gemessenen Ergebnisse; dieser Unterschied wurde dem Quellen der Nanopartikel in wässriger Lösung zugeschrieben. Es war bekannt, dass die DLS-Messung die hydrodynamischen Durchmesser von Nanopartikeln in einer Lösung anzeigt [15]. Das ζ-Potential von kugelförmigen Nanopartikeln (− 21,4 mV) war ungefähr doppelt so hoch wie das von kaulquappenförmigen Nanopartikeln (− 10,8 mV) (Abb. 3b). Der PDI der Hämin-Nanopartikel wurde auch bestimmt, um die Partikelgrößenverteilung zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der PDI der kugelförmigen und kaulquappenförmigen Nanopartikel 0,348 bzw. 0,402 betrug (Abb. 3c). Dieser Befund zeigte, dass die erhaltenen Hämin-Nanopartikel eine gute Polydispersität aufwiesen.

Die durchschnittliche Größe (a ), ζ-Potenzial (b ), PDI und Trübung (c ) und Tyndall-Effekt (d ) unterschiedlich geformter Hämin-Nanopartikel

Wenn ein Lichtstrahl eine kolloidale Dispersion durchläuft, wird ein Teil des Lichts durch die in der Lösung vorhandenen kolloidalen Partikel gestreut, was zu einer Divergenz des Lichtstrahls führt. Dieses Verhalten wird als Faraday-Tyndall-Effekt bezeichnet [16]. In diesem Fall zeigte die freie Häminlösung keinen Tyndall-Effekt (zusätzliche Datei 1:Abbildung S5). Dennoch wurde der Tyndall-Effekt in der Suspension sowohl von kugel- als auch von kaulquappenförmigen Nanopartikeln beobachtet (Abb. 3d), was die Bildung von Kolloiden oder Nanopartikeln in der feinen Suspension bestätigt. Der Bildungsmechanismus von Hämin-Nanopartikeln durch das Dialyseverfahren kann auf die Diffusion von Lösungsmittel durch die Grenzfläche zwischen der Wasserphase außen und der organischen Lösungsmittelphase innen zurückzuführen sein, was zu einer Abnahme der Löslichkeit des Hämins und zur Bildung von Kristallkeimen führte. Anschließend wurden aufgrund des Wachstums und der Selbstorganisation von Einkristallkernen auf unterschiedliche Weise unterschiedlich geformte Hämin-Nanopartikel gebildet.

UV-Vis-Absorptionsanalyse

Anhand der obigen Ergebnisse haben wir untersucht, ob es Unterschiede zwischen den beiden Formen von Hämin-Nanopartikeln in ihrer Chromophor-Erzeugung gab. Das UV-Vis-Spektrum sowohl von kugel- als auch von kaulquappenförmigen Nanopartikeln zeigte die gleichen Absorptionsbanden bei 265 nm (Abb. 4a). Die kugelförmigen Nanopartikel zeigten eine schmale Absorptionsbande bei 667 nm und 775 nm. Im Vergleich dazu zeigte die kaulquappenförmige Nanopartikellösung einen breiten Peak bei 658 nm ohne einen Peak von 775 nm. Darüber hinaus war die Absorptionsintensität von kugelförmigen Nanopartikeln höher als die von kaulquappenförmigen Nanopartikeln. Ein so großer Unterschied lässt sich weder dadurch erklären, dass man die Kaulquappe als Summe aus einer Kugel und einem sich verjüngenden Stab betrachtet, noch durch eine etwas unvollkommene Kugelkonfiguration. Die einer Plasmonenabsorption entsprechende Elektronenschwingung entlang der Längsachse ist verzögert und/oder auf einem reflektierenden Weg. Somit waren die optischen Eigenschaften von Hämin-Nanopartikeln von der Form abhängig, ähnlich dem Bericht von Hu et al. [17], der herausfand, dass kaulquappen- und kugelförmige Goldnanopartikel unterschiedliche optische Eigenschaften aufwiesen.

a UV-Vis-Spektrum, b FTIR-Spektren, c Fluoreszenzemissionsspektren und d XRD-Muster von freiem Hämin, kugelförmigen Nanopartikeln und kaulquappenförmigen Nanopartikeln. Die Nanopartikel wurden in entionisiertem Wasser dispergiert. RC, relative Kristallinität

Die freie Häminlösung zeigte eine maximale Absorption bei 344 nm, was auf die Soret-Bande zurückgeführt wurde, die üblicherweise mit Porphyrinen in Verbindung gebracht wird (Zusatzdatei 1:Abbildung S5). Die Absorptionsbande von Hämin-Nanopartikeln verschob sich von 344 auf 265 nm, was darauf hindeutet, dass die π-π-konjugative Wirkung von Hämin-Nanopartikeln verstärkt wurde. Überraschenderweise zeigten beide Arten von Nanopartikeln im Vergleich zu freiem Hämin eine hohe, starke Absorption im nahen Infrarot, die für Absorptionsanwendungen wie die photothermische Therapie und die photoakustische Bildgebung sehr geeignet ist [18]. Magnoet al. [19] berichteten auch, dass Porphyrin-Nanopartikel mit Nahinfrarot-Absorption erhebliches Interesse für Anwendungen in der Phototherapie und Photodiagnostik gefunden haben, sogar als magnetische Nanopartikel für die Magnethyperthermietherapie und Arzneimittelabgabesysteme.

Löslichkeit

Die Löslichkeit von Hämin ist ein wichtiger Faktor, der die Aufnahmefähigkeit im Körper direkt beeinflussen kann. Die quantitative Wasserlöslichkeit von reinem Hämin und Hämin-Nanopartikeln bei verschiedenen Temperaturen wurde getestet (Tabelle 1). Mit steigender Temperatur nahm die Wasserlöslichkeit aller Proben zu. Beispielsweise betrug die Löslichkeit von freiem Hämin bei 25, 37, 60 und 80 °C 0,009 ± 0,000, 0,060 ± 0,002, 0,144 ± 0,004 bzw. 0,245 ± 0,008 mg/ml (Tabelle 1).

Die Menge an kugelförmigen Nanopartikeln, die bei 25, 37, 60 und 80 °C gelöst wurden, betrug 1,333 ±   0,023, 1,499 ± 0,072, 1,889 ± 0,081 bzw 0,997 ± 0,045, 1,231 ± 0,035, 1,521 ± ± 0,058 und 1,795 ± ± 0,050 mg/ml. Die Ergebnisse der Wasserlöslichkeitsstudie von Nanopartikeln zeigten eine signifikante Steigerung im Vergleich zu reinem Hämin. Die kugelförmigen Nanopartikel zeigten eine höhere Löslichkeit bei Temperaturen von 25, 37, 60 und 80 °C als die der kaulquappenförmigen Nanopartikel. Dieser Befund legt nahe, dass die Löslichkeit der kugelförmigen Nanopartikel im Vergleich zu freiem Hämin bei 25 °C 308,2-fach höher sein könnte. Diese Erhöhung der Löslichkeit war hauptsächlich auf die einzigartige Partikelgröße im Nanobereich zurückzuführen. Dieses Ergebnis stimmte mit anderen Studien von Gidwani und Vyas überein [13].

FTIR-Spektrenanalysen

FTIR-Spektren können verwendet werden, um Arten von funktionellen Gruppen zu identifizieren. Die Bande bei 3470 cm ^− 1 wird hauptsächlich auf die Streckschwingung von N-H- und Hydroxylgruppen von Hämin zurückgeführt (Abb. 4b). Ein Band bei 1460 cm ^− 1 wird der N-H-In-Plane-Vibration aufgrund der Out-of-Plane-Biegeschwingung von –CH₃ . zugeschrieben aus dem aromatischen Pyrrolring des Hämins. Der Peak bei 1600 cm ^− 1 ist der charakteristische Peak der Amidbindung aufgrund der Streckschwingung von C=O der oberflächengebundenen Carboxylgruppe des Hämins, was zeigt, dass die sekundäre Amidbindung im Hämin existiert. Diese Ergebnisse stimmen mit denen von Xi et al. [20]. Der Peak bei 3470 cm ^− 1 der Hämin-Nanopartikel war breiter als die des freien Hämins, was eindeutig auf die verstärkte Wasserstoffbrücken-Wechselwirkung zwischen den Nanopartikeln hinweist.

Fluoreszenzspektren

Die Fluoreszenzeigenschaften von freiem Hämin und Hämin-Nanopartikeln wurden auch durch Fluoreszenzspektroskopie überwacht. Die Fluoreszenzsignale sowohl von kugel- als auch von kaulquappenförmigen Nanopartikeln waren im scheinbaren Emissionsmaximum bei 500 nm im Vergleich zu freiem Hämin erhöht (Abb. 4c). Dies könnte an der erhöhten Löslichkeit von Hämin nach der Bildung von Nanopartikeln liegen [21].

XRD-Analyse

Die kristalline Natur von freiem Hämin und Hämin-Nanopartikeln wurde durch XRD bestätigt. Wie in Fig. 4d veranschaulicht, zeigten die XRD-Muster von freiem Hämin mehrere relativ starke Reflexionspeaks bei 2θ . =6,8, 9,6, 11,5, 16,2, 21,5 und 23,9°. Die charakteristischen Peaks der kugelförmigen Nanopartikel waren die gleichen wie die des freien Hämins, was darauf hindeutet, dass sich die Kristallstruktur der kugelförmigen Nanopartikel in den Nanopartikelformulierungen nicht änderte. Bei den kaulquappenförmigen Nanopartikeln verschwanden jedoch die meisten charakteristischen Peaks. Darüber hinaus wurde die relative Kristallinität von kugel- und kaulquappenförmigen Nanopartikeln signifikant auf 47,0 % bzw. 35,7 % verringert, verglichen mit 56,7 % für freies Hämin. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Nanopartikel-Formulierungen die partiellen kristallinen Regionen von Hämin zerstören könnten.

Auswirkungen von pH, Temperatur und Salzkonzentration auf die Stabilität

Die Variationen der Größe, des PDI, des ζ-Potentials und der Trübung von Hämin-Nanopartikeln nach Inkubation bei verschiedenen pH-Werten [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11] wurden gemessen (Abb. 5a .). , B). Die Größe der Hämin-Nanopartikel blieb mit durchschnittlichen Durchmessern von etwa 200 nm unter sauren Bedingungen nahezu unverändert (Abb. 5a). Bei niedrigen pH-Werten von 2 wurde die Größe der Hämin-Nanopartikel auf ungefähr 122,4 nm verringert. Bei einem pH-Wert von 7 stieg die Größe der Nanopartikel auf 293,6  nm an, und sie nahm signifikant zu (P <  0,05) unter alkalischen Bedingungen (pH 9 und 11,0) mit durchschnittlichen Durchmessern über 400 nm. Der PDI der Nanopartikel betrug unter sauren Bedingungen weniger als 0,5, was auf keine offensichtliche Aggregation von Nanopartikeln hindeutet [22]. Das ζ-Potential von Nanopartikeln nahm mit steigenden pH-Werten ab (Abb. 5b). Die Trübung der Nanopartikel zeigte den gleichen Größentrend. Diese Ergebnisse zeigten, dass Nanopartikel unter sauren Bedingungen stabil und unter alkalischen Bedingungen instabil waren.

Stabilität von Hämin-Nanopartikeln. Die Wirkung verschiedener pH-Werte (a ), Temperaturen (c ) und Salzkonzentrationen (e ) zur Partikelgröße und PDI von Nanopartikeln. Die Wirkung verschiedener pH-Werte (b ), Temperaturen (d ) und Salzkonzentrationen (f ) zum ζ-Potenzial und zur Trübung

Die Auswirkungen einer 30-minütigen thermischen Behandlung (25, 60 und 80 °C) auf die Größe, den PDI, das -Potential und die Trübung von Hämin-Nanopartikeln wurden bestimmt (Abb. 5c, d). Wenn die Temperatur erhöht wurde, nahmen Partikelgröße, PDI, -Potential und Trübung der Nanopartikel leicht zu. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Hämin-Nanopartikel eine ausgezeichnete thermische Stabilität aufwiesen. In ähnlicher Weise wurden mit zunehmender Ionenstärke auch die Größe, das ζ-Potential und die Trübung der Nanopartikel erhöht, was zur Dissoziation der Nanopartikel führte (Abb. 5e, f).

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit haben wir zunächst kaulquappen- und kugelförmige Hämin-Nanopartikel mit einer einfachen Dialysetechnik entwickelt, die die Löslichkeit bei 25 °C um das 308,2-Fache signifikant erhöhen konnten. Darüber hinaus waren die Hämin-Nanopartikel unter sauren Bedingungen stabil und zeigten eine ausgezeichnete thermische Stabilität. Außerdem zeigten beide Nanopartikel eine starke Absorption im nahen Infrarot. Zukünftige Arbeiten werden sich auf die eingehende Untersuchung des Designs eines optothermalen Hämin-Nanoträgersystems für die Wirkstoffbeladung konzentrieren. Hämin-Nanopartikel mit verbesserter Löslichkeit könnten potenzielle Anwendungen in den Bereichen Biomedizin, Lebensmittel, photodynamische Therapie und photodynamisch-photothermische Therapie haben.

Abkürzungen

DLS:

Dynamische Lichtstreuung

FTIR:

Fourier-Transformations-Infrarot

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

XRD:

Röntgendiffraktogramm