專利名稱：一種多響應(yīng)超分子水凝膠因子、水凝膠及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種多響應(yīng)超分子水凝膠因子、水凝膠及其制備方法。特別地，涉及ー種利用ニ茂鐵通過化學(xué)修飾連接具有芳香性的苯丙氨酸，通過芳香堆積和氫鍵自組裝制備多響應(yīng)、多功能超分子水凝膠的方法。
背景技術(shù)：
水凝膠(Hydrogel)是以水為分散介質(zhì)的凝膠。傳統(tǒng)的水凝膠是由交聯(lián)的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)束縛水分子制備而成。最近十幾年，隨著小分子有機(jī)凝膠的興起(Chem.Rev.1997，97，3133)，小分子水凝膠(Chem.Rev.2004，104，1201)逐漸進(jìn)入人們的視野。小分子水凝膠即超分子水凝膠(Supramolecular hydrogeI),它是由小分子在水中利用非共價(jià)鍵作用通過自組裝形成具有網(wǎng)狀的超分子結(jié)構(gòu)，以此束縛水分子形成半固體狀的水凝膠。非共價(jià)鍵作用也稱弱化學(xué)鍵作用，它們是分子組裝的驅(qū)動(dòng)力，包括氫鍵、離子鍵、J1-Ji鍵、范德華力、疏水作用等作用力。在超分子水凝膠中，組裝的小分子稱為凝膠因子(Hydrogelatorノ。水凝膠因子相比傳 統(tǒng)的高分子凝膠劑而言具有很多固有的優(yōu)點(diǎn)。第一，水凝膠因子為研究分子在水溶液中的組裝提供十分方便的體系；第二，不同于高分子凝膠劑的是，水凝膠因子一般都具有準(zhǔn)確的構(gòu)型和構(gòu)象，這樣為構(gòu)建功能可預(yù)測的復(fù)雜水凝膠體系和得到滿意的具有生物功能的規(guī)整納米結(jié)構(gòu)提供優(yōu)良的平臺(tái)；第三，由于超分子水凝膠是由水凝膠因子通過弱化學(xué)鍵作用鎖合在一起，因此，由水凝膠因子組裝而成的網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)比高分子凝膠劑具有更好的生物相容性和生物可降解性；第四，由于大多臨床使用的藥物都是小分子，所以，研究者完全有可能通過將藥物小分子設(shè)計(jì)成凝膠因子(J.Am.Chem.Soc.2009, 131，13576-13577)，以此形成水凝膠達(dá)到“藥物自緩釋”的功效。這樣就可以避免藥物的包覆過程，具有療效的藥物，即凝膠因子，直接從水凝膠中緩慢釋放出來，從而為藥物緩釋提供一個(gè)自緩釋的平臺(tái)。鑒于水凝膠因子這些優(yōu)良的性質(zhì)，我們決定設(shè)計(jì)ー些具有多種刺激響應(yīng)性質(zhì)的超分子水凝膠。刺激響應(yīng)超分子凝膠作為新的功能材料近年來在諸多領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。這些領(lǐng)域包括傳感器、促動(dòng)器、形狀記憶、藥物傳遞、顯示器等等?；?-芴甲氧羰基(Fmoc)的氨基酸或短肽水凝膠具備生物相容好、生物易降解、化學(xué)可修飾及廉價(jià)易制備等諸多優(yōu)良性質(zhì)，現(xiàn)已被廣泛用于細(xì)胞培養(yǎng)、組織工程、藥物緩釋、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。以Fmoc短肽為凝膠因子的超分子水凝膠形成原理是，F(xiàn)moc提供J1-Ji鍵，短肽提供氫鍵或部分鍵，在水溶液中組裝成網(wǎng)狀纖維束縛水分子形成凝膠狀物質(zhì)。Fmoc-短肽水凝膠一般具有熱響應(yīng)和pH響應(yīng)雙重響應(yīng)，但是，它們很難具有其它方面的刺激響應(yīng)，如電化學(xué)響應(yīng)，氧化還原響應(yīng)，光響應(yīng)等等?；讠嗣F(Fe)的有機(jī)凝膠因子(Adv.Mater.2008, 20, 2508 - 2511)已多次被用來設(shè)計(jì)具有電化學(xué)及氧化還原響應(yīng)的超分子有機(jī)凝膠。但是，由于有機(jī)凝膠分散介質(zhì)是有機(jī)溶劑，所以大大限制了其應(yīng)用。換言之，如果把基于二茂鐵的凝膠因子設(shè)計(jì)成水凝膠，則其由于同時(shí)具備超分子水凝膠的特性，又具備多種刺激響應(yīng)性質(zhì)，將很大程度改善其在生物醫(yī)藥、藥物緩釋、細(xì)胞培養(yǎng)，生物傳感等方面的應(yīng)用。由于Fmoc-短肽和二茂鐵衍生物凝膠因子都具有自身的缺陷，結(jié)合Fmoc-短肽組裝成超分子的原理，我們考慮將二茂鐵-短肽(氨基酸)設(shè)計(jì)成水凝膠因子。其設(shè)計(jì)原理是，二茂鐵具有芳香性，在組裝過程中可以提供堆積；短肽具有酰胺鍵(部分氨基酸具有J1-Ji鍵)，在組裝過程中提供氫鍵或部分堆積。協(xié)調(diào)二茂鐵-短肽分子之間的非共價(jià)鍵，則其可以在水中組裝成超分子水凝膠。利用上述原理，我們成功設(shè)計(jì)出二茂鐵-苯丙氨酸水凝膠因子。以此形成的水凝膠同時(shí)保存二茂鐵的氧化還原活性，也具備氨基酸或短肽的生物活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該水凝膠有望在藥物緩釋、生物傳感、響應(yīng)材料等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多響應(yīng)超分子水凝膠因子、水凝膠及制備方法，該超分子水凝膠具有多重響應(yīng)性質(zhì)(溫度可逆、PH可逆和氧化還原可逆)，符合智能和功能性納米材料的要求。一種多響應(yīng)超分子水凝膠因子，結(jié)構(gòu)式為:
權(quán)利要求
1.一種多響應(yīng)超分子水凝膠因子，其特征在于，結(jié)構(gòu)式為:
2.一種多響應(yīng)超分子水凝膠，其特征在于，該水凝膠由權(quán)利要求1所述的水凝膠因子在PH為7.4的PBS緩沖溶液中組裝而成。
3.權(quán)利要求2所述的水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: ①將摩爾比為1:1.2:1.2的二茂鐵單甲酸、1-羥基苯并三唑和苯并三氮唑-N，N，N’，N’ -四甲基脲六氟磷酸鹽溶于無水二氯甲烷，冰浴下緩慢滴加三乙胺至反應(yīng)物pH為8.0到9.0之間；攪拌反應(yīng)40分鐘到I小時(shí)；薄層層析點(diǎn)板跟蹤反應(yīng) ，待反應(yīng)完畢，依次用飽和NaC03、5%HCl和蒸餾水各萃取一次；萃取液濃縮，柱層析純化，真空干燥；得暗紅色化合物(I)； ②將摩爾比為1:1.2的化合物(I)和L-苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽溶于無水二氯甲烷，然后逐滴加入三乙胺至反應(yīng)物pH為8.0到9.0之間，常溫下攪拌反應(yīng)10小時(shí)；薄層層析點(diǎn)板跟蹤反應(yīng)；待反應(yīng)完畢，依次用飽和NaC03、5%HCl和蒸餾水各萃取一次；萃取液濃縮，柱層析純化，真空干燥；得黃色化合物(2)； ③將化合物(2)溶于40mL甲醇，逐滴加入IMNa0H20mL, VMeQH:VNaQH=2:1，常溫下攪拌反應(yīng)2小時(shí)；薄層層析點(diǎn)板跟蹤反應(yīng)；待反應(yīng)完畢，用鹽酸中和成中性，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去甲醇；隨后加入二氯甲烷IOOmL,依次用5%HC1和蒸餾水各萃取一次，萃取液濃縮，柱層析純化，真空干燥；得黃色化合物(3)，即二茂鐵苯丙氨酸； ④取950微升PBS加入到洗凈吹干的螺口瓶內(nèi)，水浴加熱到70°C，向PBS溶液逐滴加入50微升質(zhì)量比為0.5%的黃色化合物(3)的二甲基亞砜溶液；邊加變搖動(dòng)，直到形成澄清的溶液；放置于室溫下自然冷卻，10分鐘后，即形成澄清水凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于， 將步驟③得到的二茂鐵苯丙氨酸用二甲基亞砜配制成lOOmg/mL的儲(chǔ)備溶液；取50微升儲(chǔ)備溶液于干凈的螺口瓶，快速加入950微升PBS，超聲3秒，水凝膠即可形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多響應(yīng)超分子水凝膠因子、水凝膠及其制備方法。該方法包括以下操作步驟利用活化的二茂鐵化學(xué)修飾苯丙氨酸，得到二茂鐵-苯丙氨酸水凝膠因子；將凝膠因子的二甲基亞砜溶液用pH為7.4的PBS稀釋到0.5%(w/v)，即可形成水凝膠。本發(fā)明制備的水凝膠簡單廉價(jià)，具有多重響應(yīng)性質(zhì)，且同時(shí)保存二茂鐵的氧化還原活性和氨基酸或短肽的生物活性，有望在藥物緩釋、生物傳感、響應(yīng)材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)A61K47/24GK103113419SQ20131003833
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者張翼, 孫志方, 李正元, 戴璇, 何庭 申請人:中南大學(xué)