本发明专利技术公开了一类基于寡聚氨基酸两亲分子可注射非离子型超级水凝胶。该基于聚氨基酸的两亲分子，其结构通式如式Ⅰ、式II、式III或式IV所示。本发明专利技术提供的基于寡聚氨基酸两亲分子可注射非离子型水凝胶具有生物相容性和可生物降解性等性质；且相比于其它聚氨基酸类水凝胶具有成本低廉、凝胶浓度极低、易于大量制备的优点，在生物医用材料和药物缓释等领域具有极高的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料领域，涉及一种基于寡聚氨基酸的两亲分子可注射非离子型超级水凝胶。
技术介绍
随着现代化社会的进步与经济发展，人类对健康医疗的要求不断提升，现有的生物医用材料已难以满足不断增长的需求，因而开发具有优良性能的新型生物医用材料迫在眉睫。生物医用材料类别很多，例如药物控制释放制剂、组织工程细胞支架、人工软组织以及人造骨骼器官等。药物的可控释放制剂顾名思义就是通过利用控释制剂对药物实现一个长期而稳定的控制缓释，它要求制剂能够包覆药物并保持药物应有的活性，再者在病灶部位控释以使药物浓度能够长期维持在一个有效的药物浓度区间。水凝胶就是一种应用较为广泛的药物控释体系，它可以将药物在水凝胶形成前就均匀分散于水凝胶前体溶液中，通过注射的方法将前体溶液注射至病灶部位，待水凝胶形成后，药物便均匀的分散在水凝胶网络之中(对于可注射水凝胶，则直接将负载有药物的水凝胶注射至病灶部位)，通过调节相应的参数可控制药物从凝胶网络扩散出来的速率，从而达到可控释放的目的。一般地，从凝胶的形成方式可将水凝胶划分为化学交联和物理交联水凝胶两大类。其中物理交联水凝胶以其良好的可逆性和低凝胶浓度备受研究者们的关注。在物理交联水凝胶领域，研究最为热门的当属聚氨基酸类两亲分子水凝胶，聚氨基酸类的水凝胶具有与生俱来的生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性。天然的20种氨基酸侧链官能团中：有亲水的、有疏水的；有带电荷的、有不带电荷的；有带正电的，有带负电。这些具有不同侧链官能团性质的氨基酸能够赋予氨基酸独特的理化性质，氨基酸单元间氢键的形成方式就决定了它们的二级结构差异性，亲疏水相互作用、大范围的氢键相互作用以及二级结构的折叠方式能够提供给分子进行自组装的驱动力，分子间多层级的自组装最终可形成多种宏观的水凝胶体系。近些年，基于氨基酸类化合物制备水凝胶的研究呈现快速增长的趋势，如在该研究领域比较著名的美国西北大学Stupp教授，他的实验室从2001年至今在Nature、Science以及JACS等国际顶级化学类期刊上发表了大量关于以烷基链提供疏水核心、多肽链为亲水部位的两亲性多肽水凝胶的工作，并申请了相应的专利(US 20060149036、US 20080177033、US 20090042804、US 20090156505、US 20100221224、US20110008890、US7371719、US7452679、US7534761)，不过他们的工作中所用到的烷基链-多肽两亲分子均是通过固相合成的方法得到，合成过程复杂、成本高昂。当然国际上还有很多的课题组在该领域做出了大量杰出的工作，但是他们其中大部分的工作都是利用固相合成、基因表达法或天然蛋白质得到多肽分子而进行水凝胶的制备，成本高昂、不利于实现规模化生产；同时，他们所设计的非天然多肽分子很多都是含有带电荷的氨基酸单元，这些氨基酸上的离子受外界盐浓度及pH影响很大，特别是将来要应用在人体内(体液中离子浓度较高、蛋白质丰富)，这种问题会更加的凸显；再者，小分子的氨基酸在制备水凝胶时过程繁琐复杂，而且凝胶浓度较高。以上种种的问题都在很大程度上限制了它们的应用，因而为解决以上问题，需要从别的其他途径来实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于寡聚氨基酸两亲分子可注射非离子型超级水凝胶。本专利技术提供的基于聚氨基酸的两亲分子，其结构通式如式I、式II、式III或式IV所示，所述式I和式II中，R为H或所述式III中，R′为-OH或所述式IV中，R″为-OH或m均为10、12、14或16，n均为2～30的自然数，具体可为2～30、2、3、5、10或30；x均为1或2，y均为2、3、4、5或6，k均为1、2或3。具体的，所述式I所示化合物为式V或式VIII所示化合物：所述式II所示化合物具体为式VI所示化合物：所述式III所示化合物具体为式IX所示化合物：所述式IV所示化合物具体为式VII所示化合物：本专利技术提供的制备式I或式II所示化合物的方法，包括如下步骤：将式a所示化合物与直链烷烃醇胺或支化型醇胺在2-羟基吡啶的催化下进行胺解反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；将式a所示化合物与含寡聚乙二醇类的醇胺化合物在2-羟基吡啶的催化下进行胺解反应，反应完毕得到所述式II所示化合物；所述式a中，m、n、x和R的定义均与权利要求1中的定义相同。上述方法中，所述直链烷烃醇胺选自乙醇胺、丙醇胺、丁醇胺、戊醇胺和己醇胺中的至少一种；所述支化型醇胺选自异丙醇胺、异丁醇胺和异戊醇胺中的至少一种；所述含寡聚乙二醇类的醇胺化合物选自二乙二醇胺和三乙二醇胺中的至少一种；所述式a所示化合物中氨基酸重复单元与直链烷烃醇胺或支化型醇胺或含寡聚乙二醇类的醇胺化合物的摩尔比为1：5～30，具体为1：20；所述式a所示化合物中氨基酸重复单元与2-羟基吡啶的摩尔比均为1：1～10，具体为1：5；所述胺解反应步骤中，温度均为40℃～60℃，具体为45℃或50℃；时间均为24小时～72小时，具体为48小时。所述胺解反应均在惰性气体下进行，具体可为氮气或氩气。作为原料的式a所示化合物是按照包括如下步骤的方法制备而得：1)将γ-苄基-谷氨酸酯或β-苄基-天冬氨酸酯与光气或三光气进行反应，得到所示的N-羧基-环内酸酐化合物；其中，γ-苄基-谷氨酸酯和β-苄基-天冬氨酸酯的结构式如所示，其中，x＝2时为γ-苄基-谷氨酸酯，x＝1时为β-苄基-天冬氨酸酯；2)将步骤1)所得N-羧基-环内酸酐化合物在烷基链伯胺的引发作用下进行开环聚合反应，得到所述式a所示化合物。上述方法的步骤1)中，γ-苄基-谷氨酸酯或β-苄基-天冬氨酸酯与三光气的投料摩尔比为1:0.3-0.5，具体为1:0.4；所述γ-苄基-谷氨酸酯或β-苄基-天冬氨酸酯与光气的投料摩尔比为1：1.1～1.5；所述反应步骤中，溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯、二氧六环、二氯甲烷或三氯甲烷；温度为40℃～60℃，具体为50℃；时间为3～5小时，具体为4小时；所述反应在惰性条件下进行，具体可为氮气或氩气；所述步骤2)中，所述烷基链伯胺为十二胺、十四胺、十六胺或十八胺；所述烷基链伯胺与N-羧基-环内酸酐化合物的投料摩尔份数比为1：2～30；所述开环聚合反应步骤中，温度为20℃～50℃，具体为25℃或40℃；时间为8小时～36小时，具体为12小时；溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃和二氧六环中本文档来自技高网...
【技术保护点】
式Ⅰ、式II、式III或式IV所示化合物，所述式I和式II中，R为H或所述式III中，R′为‑OH或所述式IV中，R″为‑OH或m均为10、12、14或16，n均为2～30的自然数，x均为1或2，y均为2、3、4、5或6，k均为1、2或3。
【技术特征摘要】
1.式Ⅰ、式II、式III或式IV所示化合物，
所述式I和式II中，R为H或所述式III中，R′为-OH或所述式IV中，R″为-OH或m均为10、12、14或16，
n均为2～30的自然数，
x均为1或2，
y均为2、3、4、5或6，
k均为1、2或3。
2.一种制备权利要求1中式I或式II所示化合物的方法，包括如下步骤：
将式a所示化合物与直链烷烃醇胺或支化型醇胺在2-羟基吡啶的催化下进行胺解
反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；
将式a所示化合物与含寡聚乙二醇类的醇胺化合物在2-羟基吡啶的催化下进行胺
解反应，反应完毕得到所述式II所示化合物；
所述式a中，m、n、x和R的定义均与权利要求1中的定义相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述直链烷烃醇胺选自乙醇胺、
丙醇胺、丁醇胺、戊醇胺和己醇胺中的至少一种；
所述支化型醇胺选自异丙醇胺、异丁醇胺和异戊醇胺中的至少一种；
所述含寡聚乙二醇类的醇胺化合物选自二乙二醇胺和三乙二醇胺中的至少一种；
所述式a所示化合物中氨基酸重复单元与直链烷烃醇胺或支化型醇胺或含寡聚乙
二醇类的醇胺化合物的摩尔比为1：5～30；
所述式a所示化合物中氨基酸重复单元与2-羟基吡啶的摩尔比均为1：1～10；
所述胺解反应步骤中，温度均为40℃～60℃；
时间均为24小时～72小时。
所述胺解反应均在惰性气体下进行。
4.一种制备权利要求1所述式III或式IV所示化合物的方法，包括如下步骤：
将式b所示化合物与直链烷烃醇胺或支化型醇胺在酰胺化试剂催化下进行酰胺化
反应，反应完毕得到所述式III所示化合物；
将式b所示化合物与含寡聚乙二醇类的醇胺化合物在酰胺化试剂催化下进行酰胺
化反应，反应完毕得到所述式IV所示化合物；
所述式b中，m、n和x的定义均与权利要求1中的定义相同。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志波，万耀明，王作宁，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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