一种超分子水凝胶因子、超分子水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超分子水凝胶因子及其制备方法，该水凝胶因子分子中包含有二茂铁单元和两个苯丙氨酸单元。该水凝胶因子由二茂铁二甲酸和苯丙氨酸甲酯盐酸盐在酰胺缩合剂作用下进行缩合，然后碱性条件下水解得到。本发明专利技术还公开了一种超分子水凝胶，由上述的超分子水凝胶因子在pH为3～5的缓冲溶液中通过非共价相互作用自组装得到。该超分子水凝胶具有pH响应、温度响应、电化学响应等多重刺激响应性，且生物相容性好。本发明专利技术的超分子水凝胶因子和超分子水凝胶的制备方法工艺流程短、操作简单、反应条件温和、反应产率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超分子自组装
，尤其涉及一种超分子水凝胶因子、超分子水凝胶及其制备方法。
技术介绍
超分子水凝胶(Supramolecularhydrogels)是指以水为主要溶剂，通过小分子(分子量≤2000，又名凝胶因子)自组装形成的纳米聚集体。这种聚集体是凝胶因子的亲水基团在水中溶解和它的疏水基团在水中聚集从而达到平衡的一种状态。与传统的高分子聚合物凝胶不同，超分子水凝胶是通过氢键、疏水性作用、π-π堆积等弱的非共价作用而形成的，可以通过改变环境的温度、pH值、离子强度、电场和磁场等条件来达到溶液-凝胶的可逆转变。由于其独特的物理活性，这种刺激响应的超分子凝胶在智能材料和医学载药方面均具有巨大的潜在价值。超分子水凝胶因子一般都是氨基酸、多肽、糖及其衍生物。目前引起大家广泛关注的是氨基酸为凝胶因子的超分子水凝胶，这种氨基酸水凝胶具有生物相容性好、毒性低、可降解以及可注射。在生物载药、三维细胞培养、药物缓释、临床医学等材料研究方面具有很大的应用前景。但是这类氨基酸水凝胶只有温度和pH双重响应，然而在自然界中，系统的反应往往是由多因素的结合，比如光、电化学、温度、pH、氧化还原响应、电磁场以及生物活性分子的共同参与。因此，设计出多刺激响应的水凝胶将更有意义，其超强的灵活性也使其在未来应用中更为广泛。基于二茂铁(Ferrocene,Fc)为凝胶因子的超分子水凝胶，如环糊精和苯丙氨酸共同组装的具有氧化还原性的水凝胶以及由Fc和无机纳米粒子共组装的具有热和氧化还原双重响应水凝胶。这两组水凝胶刺激响应利用的均是凝胶因子Fc的氧化还原性。然而，这类水凝胶的生物活性较低，在医疗方面的应用具有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种基于二茂铁和苯丙氨酸的超分子水凝胶因子及其制备方法，由该凝胶因子通过自组装形成的具有多重刺激响应性的，生物相容性好的超分子水凝胶及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种超分子水凝胶因子，结构式为该超分子水凝胶因子分子中同时具有二茂铁单元和两个苯丙氨酸单元，二茂铁中的芳香环和苯丙氨酸中的苯环在成胶过程中可参与分子间的π-π堆积，有助于超分子水凝胶的形成；由于分子中包含二茂铁单元，该水凝胶因子形成的水凝胶具有良好的氧化还原性和电化学性质；分子中的苯丙氨酸单元使得由该超分子水凝胶因子形成的水凝胶具有温度响应、pH响应和良好的生物相容性。作为一个总的专利技术构思，本专利技术另一方面提供了一种超分子水凝胶因子的制备方法，包括以下步骤：S1：将二茂铁二甲酸溶于有机溶剂中，冰浴下缓慢加入酰胺缩合剂和苯丙氨酸甲酯盐酸盐，调节溶液pH至碱性，室温下搅拌反应10～15h，反应完成后经分离纯化得中间产物；S2：将步骤S1所得中间产物溶于甲醇中，逐滴加入碱溶液，室温下搅拌反应，反应完成后调节溶液pH至中性，经分离纯化后即得所述超分子水凝胶因子。上述的制备方法，优选的，所述步骤S1中，有机溶剂为无水二氯甲烷，酰胺缩合剂为1-羟基苯并三唑和苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐。该超分子水凝胶因子的合成路线如下：其中，反应条件(i)为：苯丙氨酸甲酯盐酸盐，三乙胺，二氯甲烷，苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)，1-羟基苯并三唑(HOBt)；反应条件(ii)为：四氢呋喃(THF)，氢氧化锂；(1)为原料二茂铁二甲酸；(2)为中间产物。合成的超分子水凝胶因子的结构经ESI-MS和1HNMR表征确证。具体数据如下：EI-MS(Negativeionmode)calculatedfor1,1'-Fc-2-Phe-OH(C30H28FeN2O6)：568.40；Found:568.89[M-H]-.1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ＝8.87(s,2H),7.40(d,J＝7.5Hz,4H),7.22(t,J＝7.5Hz,4H),7.11(t,J＝7.3Hz,2H),5.14(s,2H),4.65(s,2H),4.47(d,J＝11.1Hz,2H),4.26(d,J＝10.1Hz,4H),3.21(d,J＝12.8Hz,2H),3.05–2.94(m,2H).本方法以二茂铁二甲酸和苯丙氨酸甲酯盐酸盐为原料，在酰胺缩合剂(HBTU/HOBt)的作用下制得带有甲酯基的中间产物；然后在碱性条件下将甲酯基水解即得超分子水凝胶。选用1-羟基苯并三唑和苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐作为酰胺缩合剂，反应条件温和，反应产率高，叠氮化副产物少。上述的制备方法，优选的，所述步骤S1中，二茂铁二甲酸、1-羟基苯并三唑、苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐和苯丙氨酸甲酯盐酸盐的摩尔比为1：(1.1～1.5)：(1.1～1.5)：(1.1～1.5)。如酰胺缩合剂加入量过少会是反应产率降低，如加入量过大又会造成药品浪费，综合考虑反应产率和成本因素选择在该比例范围内进行投料较为合适；加入稍过量的苯丙氨酸甲酯盐酸盐可使原料二茂铁二甲酸充分反应，提高反应产率。上述的制备方法，优选的，所述步骤S1中，调节溶液pH至碱性具体是指：向溶液中缓慢滴加三乙胺调节溶液pH至8～9。在该pH条件下，反应产率更高，反应时间更短。上述的制备方法，优选的，所述步骤S1中，分离纯化操作的具体过程为：依次用饱和Na2CO3水溶液、质量分数为5％的盐酸和蒸馏水各萃取一次，萃取后的有机相经浓缩后进行柱层析。饱和Na2CO3水溶液洗可除去大部分酰胺缩合剂反应后生成的水溶性杂质，盐酸可对溶液中的碱进行中和，蒸馏水可进一步除去有机相中的水溶性杂质，经多次萃取可去除有机相中的大部分杂质，使后续处理过程更为简单；有机相经萃取后再浓缩进一步进行柱层析，可得到纯净的中间产物。上述的制备方法，优选的，所述步骤S2中，加入的碱溶液为1mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌反应的时间为1～3h；所述分离纯化操作的具体过程为：将甲醇溶液蒸干，加入二氯甲烷溶解，依次用质量分数为5％的盐酸和蒸馏水萃取，再将萃取后的二氯甲烷溶液浓缩后进行柱层析。优选采用上述方案可快速地、高产率地得到纯净的超分子水凝胶因子。作为一个总的专利技术构思，本专利技术另一方面提供了一种超分子水凝胶，所述超分子水凝胶是由上述的超分子水凝胶因子在pH为3～5的缓冲溶液中经自组装得到的三维网状结构。通过水凝胶因子分子间的π-π堆积以及氢键等其他非共价相互作用将水分子锁住形成三维网状结构的超分子水凝胶。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超分子水凝胶因子，其特征在于：结构式为

【技术特征摘要】
1.一种超分子水凝胶因子，其特征在于：结构式为
2.一种如权利要求1所述的超分子水凝胶因子的制备方法，包括以下步骤：
S1：将二茂铁二甲酸溶于有机溶剂中，冰浴下缓慢加入酰胺缩合剂和苯丙氨酸甲酯盐酸
盐，调节溶液pH至碱性，室温下搅拌反应10～15h，反应完成后经分离纯化得中间产物；
S2：将步骤S1所得中间产物溶于甲醇中，逐滴加入碱溶液，室温下搅拌反应，反应完成
后调节溶液pH至中性，经分离纯化后即得所述超分子水凝胶因子。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，有机溶剂为无水二
氯甲烷，酰胺缩合剂为1-羟基苯并三唑和苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，二茂铁二甲酸、1-
羟基苯并三唑、苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐和苯丙氨酸甲酯盐酸盐的摩尔比
为1：(1.1～1.5)：(1.1～1.5)：(1.1～1.5)。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，调节溶液pH至碱性
具体是指：向溶液中缓慢滴加三乙胺调节溶液pH至8～9。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼，邹丽芬，纪亚建，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43