仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料及其制备方法技术

技术编号:20127246 阅读:28 留言:0更新日期:2019-01-16 14:04
本发明专利技术提供了一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,包括具有β‑折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,且所述A嵌段与所述B嵌段连接,其中,所述A嵌段为聚L‑丙氨酸、聚L‑甘氨酸、L‑丙氨酸和L‑甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α‑螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸。

Biomimetic Water Response Shape Memory Polyamino Acid Materials and Their Preparation Method

The present invention provides a biomimetic water-responsive shape memory poly-amino acid material, including a block A with a beta folding structure and a hydrophilic B block, and the A block is connected with the B block, wherein the A block is at least one of the copolymers of poly-L-alanine, poly-L-glycine, L-alanine and L-glycine, and the B block is a poly-amino acid with a helical structure. At least one of the acid and/or at least one of the hydrophilic pyridine derivatives, the polyamino acids are selected from polyglutamate, polyleucine, polyvaline and polytyrosine.

【技术实现步骤摘要】
仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料及其制备方法
本专利技术属于仿生水响应形状记忆高分子材料领域,尤其涉及一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料及其制备方法。
技术介绍
天然蜘蛛丝具有比强度高、弹性优异和坚韧性好等优点,受天然蜘蛛丝的启发,蜘蛛丝仿生材料的研究一直是仿生学领域的热点。蜘蛛丝在水/高湿条件下,其尺寸可快速并大幅度减小,称之为蜘蛛丝的超收缩。而超收缩的蜘蛛丝再经拉伸变形,在水/高湿刺激下可回复,且回复力很大,这是由于湿态下蜘蛛丝无定形α-螺旋区氢键会被水分子破坏,增加链的弹性,而β-折叠结晶区不受影响。因此,蜘蛛丝被认为是一种天然的水响应形状记忆高分子(SMP)材料。水响应SMP材料也越来越受学术界和工业界的重视,因为水作为一种最普遍的刺激源,来源简单方便,同时,对于生物体来说,也是最安全和最直接的刺激源。而仿蜘蛛丝结构的水响应SMP材料的研究尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料及其制备方法,旨在解决现有技术没有关于的仿蜘蛛丝结构的水响应SMP材料的问题。本专利技术是这样实现的,一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,包括具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,且所述A嵌段与所述B嵌段连接,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸。以及,一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,包括以下步骤:提供具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸;将所述A嵌段和所述B嵌段溶于含锂盐的有机溶剂中,加入二异氰酸酯和催化剂,反应得到仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其中,反应温度为10-150℃,反应时间为0.5-10h。本专利技术提供的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,具有α-螺旋结构的聚氨基酸或无定型的亲水性吡啶衍生物提供了可逆氢键开关,而含有β-折叠结构的聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸嵌段、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种构成网络节点,起到形状固定作用,从而使得由此连接的高分子材料具有水响应形状记忆特性,其形状记忆固定率达95%以上,回复率达到90%以上。本专利技术提供的仿生水响应形状记忆高分子材料具有良好的水响应性、生物相容性、生物降解性,有望在纺织、生物、医学、传感、生物医疗器械等应用领域得到广泛的应用。本专利技术提供的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,在含锂盐的有机溶剂,在催化剂的作用下,采用二异氰酸酯作为连接剂将所述A嵌段和所述B嵌段连接得到。该方法简单易行,易于控制,可以得到具有良好的水响应性、生物相容性、生物降解性的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料。附图说明图1是本专利技术实施例提供的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,包括具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,且所述A嵌段与所述B嵌段连接,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸。本专利技术实施例中,所述A嵌段构成网络节点,所述B嵌段提供了可逆氢键开关,从而确保所述聚氨基酸材料在水中具有优异的回复率。其中,所述聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物的聚合度为4-14,以便形成β-折叠结晶区。本专利技术实施例中,优选的,以所述仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的总质量为100%计,所述A嵌段的质量百分含量为5-50%。若所述A嵌段的含量过高,则构成网络节点的质量分数过高,使得材料太脆;若所述A嵌段的含量过低,则形状记忆性能不佳。优选的,所述A嵌段与所述B嵌段通过二异氰酸酯连接,具体优选为六亚甲基二异氰酸酯。采用所述二异氰酸酯、特别是六亚甲基二异氰酸酯连接所述A嵌段与所述B嵌段,不仅操作简单,而且反应活性较好,且连接后具有较好的材料形状记忆和回复率。此处,应当理解,所述二异氰酸酯只是实现所述A嵌段与所述B嵌段连接的一种较优方式,并非所述A嵌段与所述B嵌段连接的唯一方式。本专利技术实施例提供的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,具有α-螺旋结构的聚氨基酸或无定型的亲水性吡啶衍生物提供了可逆氢键开关,而含有β-折叠结构的聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸嵌段、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种构成网络节点,起到形状固定作用,从而使得由此连接的高分子材料具有水响应形状记忆特性,其原理示意图如图1所示。所述仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料形状记忆固定率达95%以上,回复率达到90%以上。本专利技术提供的仿生水响应形状记忆高分子材料具有良好的水响应性、生物相容性、生物降解性,有望在纺织、生物、医学、传感、生物医疗器械等应用领域得到广泛的应用。以及,本专利技术实施例还提供了一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,包括以下步骤:S01.提供具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸;S02.将所述A嵌段和所述B嵌段溶于含锂盐的有机溶剂中,加入二异氰酸酯和催化剂,反应得到仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其中,反应温度为10-150℃,反应时间为0.5-10h。具体的,上述步骤S01中,所述具有β-折叠结构的A嵌段、所述亲水的B嵌段的选择及其含量如上文所述,为了节约篇幅,此处不再赘述。作为一个具体实施例,所述A嵌段的制备方法为:提供L-丙氨酸-N-内羧酸酐和/或L-甘氨酸-N-内羧酸酐,将所述L-丙氨酸-N-内羧酸酐和/或L-甘氨酸-N-内羧酸酐在伯胺引发剂作用下,发生聚合反应得到所述A嵌段。其中,所述伯胺选自乙二胺、丁二胺、己二胺、聚醚二胺中的至少一种。作为一个具体实施例,所述具有α-螺旋结构的聚氨基酸的制备方法为:提供氨基酸-N-内羧酸酐,将所述氨基酸-N-内羧酸酐在伯胺引发剂作用下发生聚合反应,得到所述具有α-螺旋结构的聚氨基酸,其中,所述氨基酸-N-内羧酸酐包括谷氨酸酯-N-内羧酸酐、亮氨酸-N-内羧酸酐、缬氨酸-N-内羧酸酐、酪氨酸-N-内羧酸酐。其中,所述伯胺选自乙二胺、丁二胺、己二胺、聚醚二胺中的至少一种。作为一个具体实施例,所述亲水性吡啶衍生物的制备方法为:聚丙二醇、含2个羟基的吡啶衍生物与二异氰酸酯置于反应体系中,经聚合反应得到所述亲水性吡啶衍生物,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其特征在于,包括具有β‑折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,且所述A嵌段与所述B嵌段连接,其中,所述A嵌段为聚L‑丙氨酸、聚L‑甘氨酸、L‑丙氨酸和L‑甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α‑螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸。

【技术特征摘要】
1.一种仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其特征在于,包括具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,且所述A嵌段与所述B嵌段连接,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸。2.如权利要求1所述的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其特征在于,以所述仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的总质量为100%计,所述A嵌段的质量百分含量为5-50%。3.如权利要求1所述的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其特征在于,所述A嵌段与所述B嵌段通过二异氰酸酯连接。4.一种如权利要求1-3任一项所述的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:提供具有β-折叠结构的A嵌段和亲水的B嵌段,其中,所述A嵌段为聚L-丙氨酸、聚L-甘氨酸、L-丙氨酸和L-甘氨酸共聚物中的至少一种,所述B嵌段为具有α-螺旋结构的聚氨基酸中的至少一种和/或亲水性吡啶衍生物中的至少一种,所述聚氨基酸选自聚谷氨酸酯、聚亮氨酸、聚缬氨酸、聚酪氨酸;将所述A嵌段和所述B嵌段溶于含锂盐的有机溶剂中,加入二异氰酸酯和催化剂,反应得到仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料,其中,反应温度为10-150℃,反应时间为0.5-10h。5.如权利要求4所述的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,其特征在于,所述反应温度为60-120℃,所述反应时间为3-6h。6.如权利要求4所述的仿生水响应形状记忆聚氨基酸材料的制备方法,其特征在于,所述A嵌段的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡金莲顾林黄华华朱勇
申请(专利权)人:香港理工大学深圳研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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