一种杂化水凝胶材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种杂化水凝胶材料的制备方法及其在组织工程、医用材料及药物负载方面的应用，该杂化水凝胶材料由聚多肽‑聚乙二醇‑聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA静电结合制备而成，该方法成本低、形成条件温和并表现出响应性、可逆性和自愈性等特点；采用本发明专利技术所述的方法制备的杂化水凝胶材料，既具有共聚物的生物降解性和DNA的结构单元有序、可控，又具有瞬态网络结构的特征，同时解决了传统使用光引发剂和化学交联剂带来的毒性。

Preparation and application of a hybrid hydrogel

The invention provides a preparation method of hybrid hydrogel materials and medical materials in tissue engineering and drug loading, the application, the hybrid hydrogels composed of poly peptide poly peptide three polyethylene glycol copolymer with protamine DNA electrostatic bonding process, the method has low cost, mild conditions and formation response characteristics, reversible and self-healing; using hybrid hydrogel materials by the method of the invention, the structure unit has copolymer biodegradation and DNA orderly and controllable, and has the characteristics of transient network structure, at the same time to solve the traditional use of photoinitiator and crosslinking agent to bring toxicity.

【技术实现步骤摘要】
一种杂化水凝胶材料的制备方法及应用
本专利技术涉及新材料
，具体涉及一种基于聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与DNA静电作用构建的杂化水凝胶材料的制备方法及应用。
技术介绍
水凝胶材料是以水为分散介质的凝胶材料，是具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。由于其良好的性能，在组织工程和药物负载方面都具有广泛地应用前景，特别是基于聚多肽的水凝胶材料。聚多肽的水凝胶材料具有生物可降解性与生物相容性，该类材料在生物医学材料领域应用时拥有独特的优势。专利CN104780909A公开了一种经由将胶凝剂在介质中加热搅拌使其溶解、分散后，一边搅拌一边放冷后，在室温下静置的工序的情况下，也能够形成水凝胶形成用材料，以及即使将水凝胶通过振荡溶胶化后，然后通过在室温下静置也能够再形成凝胶的水凝胶材料。专利CN106397793A公开了一种L-丙氨酸、L-谷氨酸-5-苄酯多肽共聚物水凝胶，为负载纳米银的聚乙二醇与聚(L-丙氨酸-co-L-谷氨酸-5-苄酯)的嵌段共聚物水溶液，该纳米银的水凝胶剂负载简便、负载量高并具有良好的体外抗菌效果。但是这种基于两亲性多肽之间或聚多肽之间二级结构的转变，来对水凝胶的结构与性能进行调控，这种凝胶网络形成机理在某些环境的应用过程中可能存在一定的局限性。生物大分子DNA，除了能够作为基因载体的功能外，还是一类重要的天然聚电解质类高分子材料，由于其结构单元的有序性与可控性，被认为是构建超分子自组装结构的理想原材料。由两种或两种以上不同类型高分子复合而成的杂化材料，由于可以同时兼具不同种类单体或聚合物的性质，使该类材料拥有独特的结构和功能。专利CN103910893A公开了一种聚多肽-DNA水凝胶及其制备方法，包括共价结合有单链DNA分子的多肽和具有两个粘性末端的双链DNA分子，通过单链DNA分子与双链DNA分子的互补形成交联结构，该水凝胶机械强度可调节、生物相容性良好。但是通过共价结合的方式，操作条件复杂、不可逆，同时也未公开通过静电作用构筑杂化超分子水凝胶材料的方法。因此，本专利利用聚多肽与DNA分子这两类性能优良的可降解生物高分子作为主要构筑单元组分构建杂化超分子水凝胶材料，能够充分利用上述两者在结构与性质上的优势，赋予杂化材料更多的性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过苯丙氨酸与聚乙二醇末端羟基进行偶联反应的方法对聚乙二醇(PEG)端基进行改性，获得大分子引发剂-苯丙氨酸端基化聚乙二醇(NH2-Phe-PEG227-Phe-NH2)，然后利用其末端氨基引发Lys(Z)-NCA的开环聚合，再经脱保护基团叔丁氧羰基后成功合成得到三嵌段共聚物PLL-b-PEG-b-PLL。进一步利用该三嵌段聚合物中两端聚赖氨酸中的氨基与DNA分子磷酸二酯键骨架中的磷酸基团，在一定的pH条件下，通过正负电荷之间的静电相互作用，构建杂化交联网络结构，从而建立一种构筑杂化超分子水凝胶材料，该杂化超分子水凝胶材料既具有共聚物的生物降解性和DNA的结构单元有序、可控，又由于是通过静电作用方式结合的杂化超分子而具有瞬态网络结构的特征，同时解决了传统使用光引发剂和化学交联剂带来的毒性。本专利技术的第一方面，涉及一种杂化水凝胶材料的制备方法，由聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA以1:(10-20)的电荷摩尔比通过静电结合制备而成。优选的，所述电荷摩尔比为1:(14-18)；进一步优选的，所述电荷摩尔比为1:16。优选的，所述的聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物为聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸；聚赖氨酸侧链上的氨基的解离常数为10.5左右，因此在通常为pH中性的生物体系水溶液中，能够以正电荷的解离状态存在；DNA作为天然阴离子性聚电解质，其骨架结构磷酸二酯键中的磷酸基团，在水溶液中通常以负电荷的解离状态存在，从而使其能够与上述合成得到的带正电荷的聚赖氨酸侧链利用静电相互作用形成偶联结合位点。三嵌段共聚物中聚赖氨酸嵌段带正电荷的侧基可以与DNA骨架中带负电荷的磷酸基团形成稳定的铆合位点，同时共聚物中间嵌段电中性的柔性PEG链段作为交联网络连接结构，使形成的水凝胶材料具有更多地结构可控性。本专利技术所述的杂化水凝胶材料的制备方法步骤如下：1)将聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA分别溶解于水；2)将步骤1)中溶解的聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与溶解的鱼精DNA混合。优选的，所述步骤2)中按照DNA磷酸二酯键中带负电荷的磷酸基团与三嵌段共聚物中聚赖氨酸侧链质子化的氨基正电荷，两者之间的电荷摩尔比例为(10-20):1混合，常温下，静置过夜，利用翻转样品管的方法，确定形成杂化水凝胶结构的最低成胶质量浓度；进一步优选的，所述两者之间的电荷摩尔比例为(14-18):1；最优选的，两者之间的电荷摩尔比例为16:1；其中，聚赖氨酸带正电荷的氨基与DNA结构中带负电荷的磷酸基团的电荷浓度分别控制在20mM。本专利技术所述的聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸三嵌段共聚物合成步骤如下：1)将苯丙氨酸端基化聚乙二醇油浴、干燥、冷却；2)将Lys(Z)-NCA溶解于DMF中；3)将步骤2)中溶解的Lys(Z)-NCA转移至步骤1)产物中，获得混合液；4)确认步骤3)中的混合液反应完全后，沉淀，得到初步处理物，将初步处理物水解；5)调节pH值、透析、干燥得到聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸产物。优选的，所述步骤1)中油浴温度为45-55℃，优选为50℃，所述干燥为真空干燥，干燥约4小时，冷却至室温；所述步骤2)中将Lys(Z)-NCA在手套箱中溶解于干燥DMF中；所述步骤3)中用注射器抽取后转移到上述反应体系中，其中Lys(Z)-NCA：苯丙氨酸端基化聚乙二醇＝(3-20):1，优选的，Lys(Z)-NCA：苯丙氨酸端基化聚乙二醇＝(8-20):1，最优选的，Lys(Z)-NCA/苯丙氨酸端基化聚乙二醇＝10:1，并将获得的混合液氮气保护、35-45℃，优选为40℃，反应三天；所述步骤4)中确认反应完全利用FT-IR光谱，并利用产物的1H-NMR相应特征吸收峰面积比例关系，计算得聚合度。所述步骤4)中混合液沉淀采用乙醚，所述的水解采用氢溴酸和冰醋酸水解，更优选的，所述的步骤4)为混合液采用乙醚沉淀、三氟乙酸(TFA)溶解沉淀物、5倍当量的氢溴酸和冰醋酸水浴水解后，再进行乙醚沉淀；所述步骤5)中用稀HCl调节pH值，使沉淀物溶解于水中进行透析，所述干燥为将透析液冷冻干燥，得到聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸产物。在本专利技术的一个实施例中，所述聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸的结构式如下：其中，所述结构式中n为3～6；优选的，所述结构式中n为4～5；进一步优选的，所述结构式中n为4。本专利技术所述的初步处理物的结构式如下：本专利技术所述的苯丙氨酸端基化聚乙二醇合成步骤如下：1)聚乙二醇与N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸进行偶联反应，得到偶联物；2)所述步骤1)中反应完全后，过滤除杂，得到粗产物；3)将步骤2)中的粗产物脱去保护基团叔丁氧羰基，洗涤，得到苯丙氨酸端基化聚乙二醇，所述苯丙氨酸端基化聚乙二醇为两端修饰有伯胺基的大分子引发剂的聚乙二醇。其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂化水凝胶材料的制备方法，其特征在于，由聚多肽‑聚乙二醇‑聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA以1:(10‑20)的电荷摩尔比通过静电结合制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种杂化水凝胶材料的制备方法，其特征在于，由聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA以1:(10-20)的电荷摩尔比通过静电结合制备而成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物为聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸三嵌段共聚物合成步骤如下：1)将苯丙氨酸端基化聚乙二醇油浴、干燥、冷却；2)将Lys(Z)-NCA溶解于DMF中；3)将步骤2)中溶解的Lys(Z)-NCA转移至步骤1)中的产物中，获得混合液；4)确认步骤3)中的混合液反应完全后，沉淀，获得初步处理物，将初步处理物水解；5)调节pH值、透析、干燥得到聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸产物。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚赖氨酸-聚乙二醇-聚赖氨酸的结构式如下：其中，所述结构式中n为3～6。5.根据权利要求3所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，王翔，行岳真，支三军，胡华友，仲慧，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32