：本发明属于纳米材料保护，具体涉及纳米材料冻干保护领域。
背景技术
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背景技术：
1、纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。纳米材料种类较多，按其材质分有：可生物降解的高分子纳米材料、无机纳米材料、金属纳米材料等。纳米材料具有的诸如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，使得它们在电、磁、光等方面呈现常规材料不具备的特性。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。
2、然而，纳米材料具有较大的比表面积，活性很高，极不稳定，尤其是大部分纳米材料均为水溶性材料，在长时间放置后纳米材料极易发生团聚，导致纳米材料粒径增大，失去原有性质和形貌；部分不稳定的纳米材料如黑磷等则容易在短时间内氧化降解。这对纳米材料的储存、运输和应用造成了很大的影响。因此，纳米材料的保存问题是限制纳米材料发展的关键技术问题。
3、目前针对常见的纳米材料，主要的保护手段有：真空干燥保存、惰性气体保存和冷冻干燥等。真空干燥保存是将纳米颗粒溶液经过离心、真空干燥后制得固体粉末，然后储存在干燥箱中。这种方法可延长纳米材料的保存期限，但该方法保存的纳米材料在复溶后容易发生纳米粒的团聚现象，对纳米粒的分散性影响较大。惰性气体保存法是在纳米粒的水溶液中通入大量惰性气体，以防止纳米粒被水和空气中的氧氧化失活，从而保护纳米粒的活性。这种方法对某些易氧化纳米粒具有显著保护作用，但该方法操作复杂，且保存的时长有限，在每次取用后都需要重复操作，较为不便。冷冻干燥是一种通过低温冷冻和真空干燥的方法，将物质中的水分以固态直接转变为气态，从而实现物质的干燥。冻干机通过控制温度和压力的变化，将纳米材料的水分从冰晶状态蒸发掉，留下干燥的纳米材料。通过冻干技术，可以将纳米材料冷冻并去除水分，实现纳米材料的干燥和稳定。从而延长纳米材料的稳定性和保质期。
4、然而，在冷冻干燥过程中存在许多挑战，其中一些是由于冻结过程中结冰，会导致颗粒聚集或纳米颗粒的结构破坏。对于一些生物高分子纳米材料，如聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，plga)和脂质体囊泡等，经冷冻干燥后形貌会发生明显改变，在冻干过程中会直接导致囊泡的破裂。除此之外，通常情况下，一种冻干保护剂复配配方只能针对某种纳米材料进行冻干保护，而无法应用于其他材料，不具有普适性，过多类型的冻干保护剂复配配方为不同纳米粒的冻干保护剂选择带来了困难，不利于商品化生产。因此，需要提供一种普适性方法，能够改善冷冻干燥法中部分纳米粒会失活、团聚等缺陷，同时可保护不同类型纳米粒不受冻结-干燥影响，使得冻干后的纳米粒粉末不易坍塌、具有良好的形貌外观、复溶时间短、分散性好等优点。
技术实现思路
1、鉴于现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种具有普适性以及优异冻干保护作用的冻干活性成分。
2、本发明第二目的在于，提供包含所述冻干保护活性成分的冻干保护剂及其制备方法。
3、本发明第三目的在于，提供利用所述的冻干保护活性成分在不同纳米材料冻干保护中的应用。
4、不同的纳米材料具有不同的性质，在进行冻干保护时需要克服不同纳米材料类型所致的技术问题，难于实现不同纳米材料的普适性冻干保护。例如，对于黑磷纳米片、纳米金、紫磷等纳米材料，其具有更大的活性，相较于其他的纳米材料，更难于实现保型冻干保护。如此可知，如何改善纳米材料的冻干保护效果，以及如何实现不同的纳米材料的普适性冻干保护仍属于行业内技术难题。针对该难题，本发明提供以下改进方案：
5、一种冻干保护活性成分，包括蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、木糖醇、甘露醇；其中，所述的聚乙二醇的分子量在10000以上。
6、针对冻干保护成分普适性以及冻干保护效果不理想的问题，本发明创新地采用分子量在10000以上的peg配合蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、甘油、木糖醇、甘露醇联合，如此能够意外地实现成分协同，使其适配不同纳米材料的冻干保护要求，可以实现普适冻干保护，不仅如此，还能够意外地改善冻干保护效果，降低冻干所致的结构塌陷破坏。此外，本发明所述的冻干保护成分还兼顾优异的生物安全性、优异的冻干效率、优异的冻干复溶性、低吸潮等优势。例如，对于如黑磷纳米片、紫磷纳米片、纳米金等在正常条件下极易氧化分解、团聚变质的高活性纳米粒，本发明所述的冻干保护成分可将其保质期从一周延长至一年，保证其粒径、形貌、材料性质均无明显变化，为产品的保存、使用和运输提供了有效方法。而针对常见的plga纳米载体，本发明所述的冻干保护成分可保护其形貌完整性；避免出现形貌破裂而导致药物泄露的现象。
7、本发明中，所述的peg分子量以及其他成分的联合是协同改善纳米材料冻干保护普适性和冻干保护效果的关键。
8、优选地，所述的聚乙二醇的分子量在15000～30000之间，进一步优选为19000～22000之间。
9、优选地，所述葡聚糖的分子量在35000-45000之间，进一步优选为40000-42000之间。
10、本发明研究还表明，在所述的peg分子量以及成分组合协同基础上，进一步配合成分的比例的控制，可以进一步改善成分的协同性，有助于进一步改善冻干保护普适性和冻干保护效果，特别是针对行业内普遍认知的高活性、难冻干保护的纳米材料，仍能够获得优异的冻干保护。
11、本发明中，蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、木糖醇、甘露醇的重量比为0.2～0.6：0.4～1：0.5～1.5：0.5～1.5：0.1～0.5：0.01～0.06：0.01～0.06：0.1～0.6；优选为0.3～0.5：0.7～0.9：0.9～1.1：0.9～1.1：0.2～0.4：0.04～0.06：0.04～0.06：0.3～0.5；更进一步优选为0.35～0.45：0.75～0.85：0.95～1.05：0.95～1.05：0.25～0.35：0.04～0.06：0.04～0.06：0.35～0.45。
12、本发明还提供了一种冻干保护剂，其包括溶剂以及溶解在其中的所述的冻干保护活性成分。
13、本发明中，对所述的溶剂的类型没有特别要求，其能够溶解所述的活性成分即可，例如可以为含水溶剂，优选为水，或者水-有机溶剂的混合溶剂。所述的有机溶剂例如为能和水混溶的溶剂；优选为醇、丙酮、thf中的至少一种。
14、本发明中，所述的冻干保护剂中，所述的保护活性成分的含量可根据需要进行调整，例如可以在2～5wt.％之间，优选为3.5～4.5wt.％。
15、本发明一种可选的冻干保护剂，复配配方各组分浓度(w/v)为：蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、木糖醇、甘露醇的重量比为0.2～0.6％、0.4～1％、0.5～1.5％、0.5～1.5％、0.1～0.5％、0.01～0.06％、0.01～0.06％、0.1～0.6；优选为0.3～0.5％、0.7～0.9％、0.9～1.1％、0.9～1.1％、0.2～0.4％、0.04～0.06％、0.04～0.06％、0.3～0.5；更进一步优选为0.35～0.45％、0.75～0.85％、0.95～1.05％、0.95～1.05％、0.25～0.35％、0.04～0.06％、0.04～0.06％、0.35～0.45％。余量为溶剂。通过大量的研究发现，该保护剂复配配方可使得冻干试剂形态较好，复溶后纳米粒粒径无明显变化，形貌无改变，且可长期保存。
16、本发明还提供了一种纳米材料的冻干保护方法，采用本发明所述的冻干保护活性成分辅助下进行冻干。
17、本发明可列举的方法，将冻干保护活性成分、纳米材料用溶剂分散后在进行冻干。
18、本发明另一保护方法，将纳米材料分散在本发明所述的冻干保护剂中，随后进行冻干处理。
19、本发明中，得益于所述的冻干保护成分优异的普适性以及冻干保护效果，其可以适配任意需要冻干保护的纳米材料，例如，所述的纳米材料包括plga、脂质体囊泡、黑磷纳米片、纳米金、紫磷中的至少一种。本发明中，特别是针对行业内普遍难于冻干保护的黑磷纳米片、纳米金、紫磷等成分，仍能够获得优异的普适适配性以及冻干保护效果。
20、有益效果：
21、1、单一组分的冻干保护剂对材料的保护效果有限，无法同时实现冻干粉的高效率、高保护性能和高复溶度；相比其他单一组分冻干保护剂，复配冻干保护剂能够更好的保护纳米粒冻干前后粒径及形貌不发生明显改变，同时缩短冻干时间，提高冻干效率。冻干后的纳米粒冻干粉具有良好的外观结构，便于运输、储存和应用。
22、2、目前大部分复配冻干保护剂只能实现“一对一”的效果，即特定的复配冻干保护剂配方只能保护特定类型的材料，如果要实现对不同材料的保护性能，还需要不断调整或更改冻干保护剂的成分。而本发明中的复配冻干保护体系，在保证纳米粒粒径无明显变化的同时，可以实现“一对多”的保护效果，即一种复配冻干保护体系可同时保护plga、黑磷纳米片、纳米金、紫磷在冻干过程及冻干后其粒径、形貌不受影响。本发明中的复配冻干保护体系为多种纳米材料提供了一种具有普适性的冻干保护方法。
23、3、本发明中冻干保护剂的成分原料来源广，成本低，保存方便且效期长。
24、4、本发明中含复配冻干保护体系成分的纳米粒冻干粉可在室温下保存半年，在-20摄氏度可保存1年甚至更长，可以经受长期运输。
25、5、本发明中所述的冻干成分，其在冻干保护过程中能够保证冻干粉末呈蓬松状，不易发生坍塌，复溶速度更快。
1.一种冻干保护活性成分，其特征在于，包括蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、木糖醇、甘露醇；其中，所述的聚乙二醇的分子量在10000以上。
2.如权利要求1所述的冻干保护活性成分，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量在15000～30000之间，进一步优选为19000～22000之间；
3.如权利要求1或2所述的冻干保护活性成分，其特征在于，蔗糖、葡聚糖、海藻糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、木糖醇、甘露醇的重量比为0.2～0.6：0.4～1：0.5～1.5：0.5～1.5：0.1～0.5：0.01～0.06：0.01～0.06：0.1～0.6；优选为0.3～0.5：0.7～0.9：0.9～1.1：0.9～1.1：0.2～0.4：0.04～0.06：0.04～0.06：0.3～0.5；更进一步优选为0.35～0.45：0.75～0.85：0.95～1.05：0.95～1.05：0.25～0.35：0.04～0.06：0.04～0.06：0.35～0.45。
4.一种冻干保护剂，其特征在于，包括溶剂以及溶解在其中的权利要求1～3任一项所述的冻干保护活性成分。
5.如权利要求4所述的冻干保护剂，其特征在于，所述的溶剂为含水溶剂，优选为水，或者水-有机溶剂的混合溶剂；
6.如权利要求4或5所述的冻干保护剂，其特征在于，所述的冻干保护剂中，所述的保护活性成分的含量在2～5wt.％之间。
7.一种纳米材料的冻干保护方法，其特征在于，采用权利要求1～3任一项所述的冻干保护活性成分辅助下进行冻干。
8.如权利要求7所述的纳米材料的冻干保护方法，其特征在于，将冻干保护活性成分、纳米材料用溶剂分散后在进行冻干。
9.如权利要求8所述的纳米材料的冻干保护方法，其特征在于，将纳米材料分散在权利要求4～6任一项所述的冻干保护剂中，随后进行冻干处理。
10.如权利要求7～9任一项所述的纳米材料的冻干保护方法，其特征在于，所述的纳米材料包括plga、脂质体囊泡、黑磷纳米片、纳米金、紫磷中的至少一种。
