專利名稱：一種多響應超分子水凝膠因子、水凝膠及制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種多響應超分子水凝膠因子、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、多功能超分子水凝膠的方法。
背景技術：
水凝膠(Hydrogel)是以水為分散介質的凝膠。傳統的水凝膠是由交聯的高分子網狀結構束縛水分子制備而成。最近十幾年，隨著小分子有機凝膠的興起(Chem.Rev.1997，97，3133)，小分子水凝膠(Chem.Rev.2004，104，1201)逐漸進入人們的視野。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鍵作用通過自組裝形成具有網狀的超分子結構，以此束縛水分子形成半固體狀的水凝膠。非共價鍵作用也稱弱化學鍵作用，它們是分子組裝的驅動力，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 統的高分子凝膠劑而言具有很多固有的優點。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確的構型和構象，這樣為構建功能可預測的復雜水凝膠體系和得到滿意的具有生物功能的規整納米結構提供優良的平臺；第三，由于超分子水凝膠是由水凝膠因子通過弱化學鍵作用鎖合在一起，因此，由水凝膠因子組裝而成的網狀納米結構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計成凝膠因子(J.Am.Chem.Soc.2009, 131，13576-13577)，以此形成水凝膠達到“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自緩釋的平臺。鑒于水凝膠因子這些優良的性質，我們決定設計ー些具有多種刺激響應性質的超分子水凝膠。刺激響應超分子凝膠作為新的功能材料近年來在諸多領域擁有廣泛的應用前景。這些領域包括傳感器、促動器、形狀記憶、藥物傳遞、顯示器等等。基于9-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、化學可修飾及廉價易制備等諸多優良性質，現已被廣泛用于細胞培養、組織工程、藥物緩釋、生物醫藥等領域。以Fmoc短肽為凝膠因子的超分子水凝膠形成原理是，Fmoc提供J1-Ji鍵，短肽提供氫鍵或部分鍵，在水溶液中組裝成網狀纖維束縛水分子形成凝膠狀物質。Fmoc-短肽水凝膠一般具有熱響應和pH響應雙重響應，但是，它們很難具有其它方面的刺激響應，如電化學響應，氧化還原響應，光響應等等。基于ニ茂鐵(Fe)的有機凝膠因子(Adv.Mater.2008, 20, 2508 - 2511)已多次被用來設計具有電化學及氧化還原響應的超分子有機凝膠。但是，由于有機凝膠分散介質是有機溶劑，所以大大限制了其應用。換言之，如果把基于二茂鐵的凝膠因子設計成水凝膠，則其由于同時具備超分子水凝膠的特性，又具備多種刺激響應性質，將很大程度改善其在生物醫藥、藥物緩釋、細胞培養，生物傳感等方面的應用。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)設計成水凝膠因子。其設計原理是，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。協調二茂鐵-短肽分子之間的非共價鍵，則其可以在水中組裝成超分子水凝膠。利用上述原理，我們成功設計出二茂鐵-苯丙氨酸水凝膠因子。以此形成的水凝膠同時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。實驗結果表明，該水凝膠有望在藥物緩釋、生物傳感、響應材料等領域有很好的應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種多響應超分子水凝膠因子、水凝膠及制備方法，該超分子水凝膠具有多重響應性質(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。一種多響應超分子水凝膠因子，結構式為:
權利要求
1.一種多響應超分子水凝膠因子，其特征在于，結構式為:
2.一種多響應超分子水凝膠，其特征在于，該水凝膠由權利要求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物pH為8.0到9.0之間；攪拌反應40分鐘到I小時；薄層層析點板跟蹤反應 ，待反應完畢，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物pH為8.0到9.0之間，常溫下攪拌反應10小時；薄層層析點板跟蹤反應；待反應完畢，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2小時；薄層層析點板跟蹤反應；待反應完畢，用鹽酸中和成中性，旋轉蒸發除去甲醇；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，水浴加熱到70°C，向PBS溶液逐滴加入50微升質量比為0.5%的黃色化合物(3)的二甲基亞砜溶液；邊加變搖動，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.根據權利要求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的儲備溶液；取50微升儲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
本發明公開了一種多響應超分子水凝膠因子、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。本發明制備的水凝膠簡單廉價，具有多重響應性質，且同時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、響應材料等領域得到廣泛應用。
文檔編號A61K47/24GK103113419SQ20131003833
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者張翼, 孫志方, 李正元, 戴璇, 何庭 申請人:中南大學