一种二肽水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种二肽纳米水凝胶，其结构式如下所示：本发明专利技术还提供了上述二肽纳米水凝胶制备方法，包括一个合成具有侧链芳香环取代基以及末端烷烃的非天然氨基酸的步骤，然后采用固相合成多肽的方法，将一个氨基酸的羧基端连接非天然氨基酸后，将多肽从树脂上剪切下来，纯化、冻干，得到白色粉末状固体；将白色粉末状固体用超纯水分散，得到自组装的多肽水凝胶。本发明专利技术还提供了上述的二肽纳米水凝胶作为超级电容器电极材料的用途。通过测试其性能，发现采用本发明专利技术的二肽凝胶材料制造的超级电容能有效地改善电学性能，并且由于多肽的良好生物相容性。

Two peptide hydrogel, preparation method and application thereof

The invention provides a two peptide nano hydrogel, the structure is as follows: the invention also provides a two peptide nano hydrogel preparation method, including a synthesis of side chain aromatic ring substituents and the end alkane non natural amino acid steps and method of using the solid phase peptide synthesis, a the carboxyl terminal amino acids connected with non natural amino acid, polypeptide from resin sheared purified and freeze-dried, get white powder; white powder solid dispersion with ultra pure water, by self assembling peptide hydrogel. The invention also provides the application of the two peptide nano hydrogel as the electrode material of the super capacitor. By testing its performance, it is found that the super capacitor produced by the two peptide gel material of the invention can effectively improve the electrical performance, and has good biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料学领域，涉及一种水凝胶，具体来说是一种二肽水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
研究表明，多肽具有良好的生物相容性和生物可降解性、生物活性以及自组装特性合成水凝胶。水凝胶是以水为分散介质的凝胶材料，由于其特殊的孔结构以及三维网状结构特性，可以将其运用到环境响应、力学以及电学等领域。而自组装多肽水凝胶是多肽分子之间通过氢键、静电、π-π堆积相互作用等非共价键自发形成的稳定的聚集体，由此可得到不同结构和功能的材料。超级电容器是一种新型能量捕捉的储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，其在新能源、电子产品、智能电网储能等领域有着重要的应用。在超级电容器的组成中，电极对超级电容器的性能起着决定性的影响。超级电容器的电极材料具有较理想的比表面积、导电性、结构稳定性、倍率性、功率密度以及循环寿命等，但是电容容量受其理论值限制。多肽相对于其他材料，具有更高的比表面积以及较高的电导率和优异的机械性能，是潜在的超级电容器中理想的电极材料。如何将具有极高潜质的多肽水凝胶材料运用到超级电容器的电极材料制造当中，从而提高器件的整体电容性能，是目前研究者们探索的热点问题。因此，发展一种制备多肽自组装凝胶超级电容的制备以及应用方法，对于开发新能源储备以及使用方式具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种二肽水凝胶及其制备方法和应用，所述的这种二肽水凝胶及其制备方法和应用要解决现有技术中的超级电容器的电极材料电容容量有限的技术问题。本专利技术提供了一种二肽纳米水凝胶，其结构式如下所示：其中n＝1-7，R1为芳香基团，其结构式如下：其结构式如下：中的任意一种，R2对应为20种天然氨基酸的侧链基团或者其20种天然氨基酸的镜像异构体的侧链基团，R3为Fmoc，Boc，2-chloro-z或者Acetyl基团或者H，其结构式为：本专利技术还提供了上述的一种二肽纳米水凝胶的制备方法，包括如下步骤：1)一个合成具有侧链芳香环取代基以及末端烷烃的非天然氨基酸的步骤；所述的非天然氨基酸的结构式如下所示，其中n＝1-7，R1为芳香基团，其结构式如下:其结构式如下：中的任意一种；2)采用固相合成多肽的方法，将非天然氨基酸与树脂连接，然后再连接下一个天然氨基酸，所述的天然氨基酸为任意一种天然氨基酸，在所述的天然氨基酸的末端用Fmoc、Boc、2-chloro-z、Acetyl基团、H或者自由的氨基封尾，然后再将二肽分子从树脂上剪切下来，使用高效液相色谱仪分离纯化；将纯化的多肽溶液冻干，得到的二肽结构的分子的结构式为：R2对应为20种天然氨基酸的侧链基团或者其20种天然氨基酸的镜像异构体的侧链基团，R3为Fmoc，Boc，2-chloro-z或者Acetyl基团、H或者自由的氨基；3)将冻干的多肽用甲醇分散，置于超声仪中超声，随后滴加去离子水得到自组装的多肽水凝胶。具体的，步骤)中，去离子水的加入量和冻干的多肽体积质量比为0.1～0.3ml：1mg。本专利技术还提供了上述的二肽纳米水凝胶作为超级电容器电极材料的用途。本专利技术的非天然氨基酸可以采用常规的技术合成((a)Y.N.Belokon,V.I.Tararov,V.I.Maleev,T.F.Savel'eva,M.G.Ryzhov.Tetrahedron:Asymmetry,1998,9,4249-4252.(b)B.Aillard,N.S.Robertson,A.R.Baldwin,S.RobinsandA.G.Jamieson,Org.Biomol.Chem.,2014,12,8775-8782.(c)V.A.Soloshonok,X.Tang,V.J.HrubyandL.V.Meervelt,Org.Lett.,2001,3,341-343.(d)W.Qiu,V.A.Soloshonok,C.Cai,X.TangandV.J.Hruby,Tetrahedron,2000,56,2577-2582.(e)X.Tang,V.A.Soloshonok,V.J.Hruby.Tetrahedron:Asymmetry,2000,11,2917-2925.)，在此不再赘述。本专利技术的制备方法的反应过程如下描述：本专利技术首先合成一个具有侧链芳香环取代基以及末端烷烃的非天然氨基酸，然后采用固相合成多肽的方法，将一个氨基酸的羧基端连接非天然氨基酸后，将多肽从树脂上剪切下来，纯化、冻干，得到白色粉末状固体；将白色粉末状固体用超纯水分散，得到自组装的多肽水凝胶，然后将多肽水凝胶运用到超级电容的制备当中。多肽自组装凝胶在电子透射显微镜在可直接观察到该多肽自组装水凝胶的形态、大小以及均一程度。运用此多肽自组装水凝胶，可制备一种超级电容器，通过测试其性能，发现采用多肽凝胶材料制造的超级电容能有效地改善电学性能，并且由于多肽的良好生物相容性。将上述的多肽水凝胶用于超级电容器电极材料，多肽水凝胶表现出了良好的电容特性。将上述制备好的多肽凝胶均匀地涂抹在泡沫镍上面，用PVA制成隔膜，将电容器的两级隔离开来，制成固态电容器，进行测试，得到的多肽水凝胶具有较高的比容量。因此，本专利技术的多肽水凝胶可以作为超级电容器的备选材料。由于多肽特殊的纳米结构以及生物相容性，可将本专利技术运用到能源电池的领域以及人体的穿戴设备当中。应理解的是，在不偏离本专利技术精神之前提下，本领域专业人员可对权利要求1保护的结构进行等同改变和修饰，所述改变和修饰同样落入本专利申请所附权利要求的覆盖范围，同时将权利要求1保护的结构用于其他电学相关的应用，也同样落入本专利申请所附要求的覆盖范围。附图说明图1为实施例1中多肽的MS数据。图2为实施例1中多肽纳米纤维的扫描电子显微镜图像。图3为实施例1得到的纳米纤维的伏安特性曲线。图4为实施例1得到的纳米纤维的交流阻抗谱。图5为实施例1得到的纳米纤维的充放电循环曲线。图6为用实施例1的二肽凝胶制成的固态电容器的接线方法。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，而不用于限制本专利技术的范围。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本专利技术中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。实施例1本专利技术的一种非天然氨基酸的合成路线(参考文献：Y.N.Belokon,V.I.Tararov,V.I.Maleev,T.F.Savel'eva,M.G.Ryzhov.Tetrahedron:Asymmetry,1998,9,4249-4252.(b)B.Aillard,N.S.Robertson,A.R.Baldwin,S.RobinsandA.G.Jamieson,Org.Biomol.Chem.,2014,12,8775-8782.(c)V.A.Soloshonok,X.Tang,V.J.HrubyandL.V.Meervelt,Org.Lett.,2001,3,341-343.(d)W.Qiu,V.A.Soloshonok,C.Cai,X.TangandV.J.Hruby,Tetrahedron,2000,56,2577-2582本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二肽纳米水凝胶，其特征在于，其结构式如下所示：其中n＝1‑7，R1为芳香基团，其结构式如下：中的任意一种，R2对应为20种天然氨基酸的侧链基团或者其20种天然氨基酸的镜像异构体的侧链基团，R3为Fmoc，Boc，2‑chloro‑z或者Acetyl基团、H或者自由的氨基。

【技术特征摘要】
1.一种二肽纳米水凝胶，其特征在于，其结构式如下所示：其中n＝1-7，R1为芳香基团，其结构式如下：中的任意一种，R2对应为20种天然氨基酸的侧链基团或者其20种天然氨基酸的镜像异构体的侧链基团，R3为Fmoc，Boc，2-chloro-z或者Acetyl基团、H或者自由的氨基。2.权利要求1所述的一种二肽纳米水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)一个合成具有侧链芳香环取代基以及末端烷烃的非天然氨基酸的步骤；所述的非天然氨基酸的结构式如下所示，其中n＝1-7，R1为芳香基团，其结构式如下:其结构式如下：中的任意一种；2)采用固相合成多肽的方法，将非天然氨基酸与树脂连接，然后再连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子刚，胡宽，江意翔，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44