奇偶效应功能化的手性水凝胶材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种奇偶效应功能化的手性水凝胶材料及其制备方法；所述手性水凝胶材料通过奇偶效应交替改变凝胶因子的空间构象，由单一对映体构建的凝胶因子通过物理相互作用自组装而成；所述凝胶因子的分子结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：

Chiral hydrogel materials functionalized by parity effect and their preparation methods

The invention discloses a chiral hydrogel material functionalized by odd even effect and a preparation method thereof; the chiral hydrogel material alternately changes the spatial conformation of the gel factor through the odd even effect, and the gel factor constructed by a single enantiomer is self assembled through physical interaction; the molecular structure formula of the gel factor is as follows: (1) or formula (II).

【技术实现步骤摘要】
奇偶效应功能化的手性水凝胶材料及制备方法
本专利技术属于超分子化学
，具体涉及一种用于细胞黏附培养用的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料及制备方法。
技术介绍
奇偶效应，原理上是结构元素的位置或数量从奇数或偶数连续变化，使化合物或者材料的某一特性交替变化，产生一种锯齿效应。自从1877年Baeyer教授首次发现一种奇偶效应，奇偶效应就在各个方向和领域中得到广泛的研究与报道。利用奇偶效应交替改变超分子凝胶的成胶能力或其纳米纤维形态已有研究，但是通过奇偶效应调控超分子纳米纤维手性从左手右手之间交替变化鲜有报道。手性是自然界最重要的化学信号之一，对保持人体组织细胞的正常功能起到了决定作用。构建手性微纳米结构，探索手性影响细胞粘附、生长的内在机理不仅在生物医药健康等领域有应用价值，也对探讨自然界生命的手性起源具有重大意义。近年来，国内外学者对分子手性影响细胞的行为进行了研究，证明了分子手性对细胞粘附生长的重要作用。其次，课题组在前期的研究中也证明了手性纳米纤维结构对细胞的粘附与生长也有着非常重要的影响。尽管如此，关于手性调控细胞的研究仍旧处于前期的探索阶段，还存在很多亟需解决的关键科学问题。其中，在分子组装体中分子手性是保留并得到放大的，手性纳米纤维调控细胞行为过程中分子手性起到了什么作用就是一个亟需解决的关键科学问题，这主要因为手性纳米纤维结构与分子手性是细胞外微环境中的一个协同统一体。因此，要阐述清楚分子手性和组装纤维手性对细胞黏附的影响，设计合成由单一对映体构建不同手性的螺旋纤维结构显得越来越重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种奇偶效应功能化的手性水凝胶材料及制备方法。具体而言，本专利技术利用不同数量亚甲基基团(CH2)n之间的奇偶效应，或者利用酰胺基(CONH)与脲基(NHCONH)之间的奇偶效应，改变氨基酸手性碳与刚性苯环之间的亚甲基(CH2)或者NH奇偶数，设计合成了不同数量亚甲基基团或者酰胺基(CONH)与脲基(NHCONH)共价连接的L/D-苯丙氨酸和苯环，交替改变化学分子的空间构象，使其组装体的手性呈现锯齿形变化，不仅得到了单一对映体构建构建不同手性的螺旋纤维结构，并且探索出分子手性和组装纤维手性对细胞黏附的影响。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术涉及一种奇偶效应功能化的手性水凝胶材料，所述手性水凝胶材料是通过奇偶效应交替改变凝胶因子的空间构象，由单一对映体构建的凝胶因子通过物理相互作用自组装而成的手性纳米纤维材料；所述凝胶因子为L-苯丙氨酸衍生物或D-苯丙氨酸衍生物，分子结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：其中，R＝(CH2)n或NH，n＝0、1或2；优选的，所述凝胶因子为式(Ⅰ)结构式的凝胶因子，其中，R＝(CH2)n，n＝0、1或2，或R＝(CH2)n，n＝0，或R＝NH，优选的，所述凝胶因子为式(Ⅱ)结构式的凝胶因子，其中，R＝(CH2)n，n＝0或1，第二方面，本专利技术涉及一种前述的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、叔丁氧羰基-L或D-苯丙氨酸和N-羟基丁二酰亚胺发生二环己基碳二亚胺缩合反应，生成化合物Boc-L/D-FOSuS2、在四氢呋喃、碳酸钾存在的条件下，化合物Boc-L/D-FOSu和二甘醇胺或3-氨基-1,2-丙二醇发生反应，生成化合物Boc-L/D-FAE或化合物Boc-L/D-FAPS3、在二氯甲烷存在的条件下，化合物Boc-L/D-FAE或化合物Boc-L/D-FAP与三氟乙酸发生反应，脱Boc-保护基生成L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐S4、在二氯甲烷、三乙胺存在的条件下，所述L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐，和对苯二甲酰氯对苯二乙酰氯对苯二丙酰氯或对苯二异氰酸酯发生反应，生成所述凝胶因子。优选的，步骤S3中，所述三氟乙酸与二氯甲烷的体积比为1/1～1/4。优选的，步骤S4中，所述对苯二甲酰氯、对苯二乙酰氯、对苯二丙酰氯或对苯二异氰酸酯，与L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐，三乙胺的摩尔比为1:2.1:10～1:2.3:15。优选的，步骤S4具体为：所述L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐用二氯甲烷溶解，冰浴冷却，依次加入三乙胺，对苯二甲酰氯、对苯二乙酰氯、对苯二丙酰氯或对苯二异氰酸酯；将反应溶液缓慢升至室温并搅拌，室温反应；抽滤，二氯甲烷、乙醇、去离子水依次洗涤，烘干，即得所述凝胶因子。优选的，所述冰浴冷却的冷却温度为0℃；所述搅拌的时间为18～24小时。优选的，L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐的无水二氯甲烷溶液的摩尔浓度为0.02～0.3mol/L；反应溶液中对苯二甲酰氯、对苯二乙酰氯、对苯二丙酰氯或对苯二异氰酸酯的摩尔浓度为0.02～0.3mol/L。优选的，所述抽滤采用布氏漏斗抽滤胶体；所述二氯甲烷、乙醇、去离子水依次洗涤采用的二氯甲烷的用量为30～50mL，乙醇的用量为10～20mL，去离子水的用量为30～50mL。第三方面，本专利技术涉及一种前述的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料在分子手性和组装纤维手性对细胞黏附的影响的研究中的用途。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术是利用不同数量亚甲基基团或者酰胺基(CONH)与脲基(NHCONH)之间的奇偶效应来调控纳米纤维的螺旋手性，与传统利用对映体分子、分子结构变化、溶剂、温度、客体分子、光照和pH等变量引起螺旋结构手性的反转相比，明显改进了现有体系的生物相容性差、结构不稳定以及操作困难的缺点。(2)本专利技术由单一对映体构建的手性纳米纤维材料通过分子手性和组装纤维手性的变化调控细胞黏附行为，揭示了手性纳米纤维调控细胞行为过程中分子手性具体起到什么作用。(3)本专利技术奇偶效应功能化的手性纳米凝胶材料具有合成简单、良好生物相容性、可降解的优点，并且是由单一对映体构建的手性纳米纤维，手性易于调控，可望在细胞组织培养和其他医学领域有独特的应用。(4)本专利技术中材料制备方法无需复杂的反应，易于规模化生产，所得产物纯度高，适宜于手性纳米纤维材料的商业化应用；手性纳米纤维水凝胶调控细胞的黏附行为均在生理环境下进行，操作方便，具有实际应用价值。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术奇偶效应功能化的超分子水凝胶图片，其中，A为亚甲基功能化的水凝胶图片，B为酰胺键或脲基功能化的水凝胶图片；图2为BA、BP、d-BE、BE、d-BA的超分子水凝胶的纳米纤维扫描比较图以及BA、u-BDFAE、a-BDFAP和u-BDFAP的扫描比较图；其中，BA、BP和d-BE为右手螺旋，BE和d-BA为左手螺旋；图3为本专利技术Hy926、NIH3T3细胞在本专利技术手性纳米纤维BA、BE和BP薄膜上孵育不同时间后的荧光显微镜照片及细胞黏附密度；其中，A)为BA，BE和BP纳米纤维薄膜以及PS对照板上Hy926细胞培养5天，NIH3T3细胞培养3天后荧光照片；B)，C)为孵育4小时，1天，2天，3天，5天或者7天后，BA，BE和BP纳米纤维膜和PS对照的Hy926细胞(B)和NIH3T3细胞(C)的定量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种奇偶效应功能化的手性水凝胶材料，其特征在于，所述手性水凝胶材料是通过奇偶效应交替改变凝胶因子的空间构象，由单一对映体构建的凝胶因子通过物理相互作用自组装而成的手性纳米纤维材料；所述凝胶因子为L‑苯丙氨酸衍生物或D‑苯丙氨酸衍生物，分子结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：

【技术特征摘要】
1.一种奇偶效应功能化的手性水凝胶材料，其特征在于，所述手性水凝胶材料是通过奇偶效应交替改变凝胶因子的空间构象，由单一对映体构建的凝胶因子通过物理相互作用自组装而成的手性纳米纤维材料；所述凝胶因子为L-苯丙氨酸衍生物或D-苯丙氨酸衍生物，分子结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：其中，R＝(CH2)n或NH，n＝0、1或2；2.如权利要求1所述的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料，其特征在于，所述凝胶因子为式(Ⅰ)结构式的凝胶因子，其中，R＝(CH2)n，n＝0、1或2，或R＝(CH2)n，n＝0，或R＝NH，3.如权利要求1所述的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料，其特征在于，所述凝胶因子为式(Ⅱ)结构式的凝胶因子，其中，R＝(CH2)n，n＝0或1，4.一种如权利要求1所述的奇偶效应功能化的手性水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、叔丁氧羰基-L或D-苯丙氨酸和N-羟基丁二酰亚胺发生二环己基碳二亚胺缩合反应，生成化合物Boc-L/D-FOSuS2、在四氢呋喃、碳酸钾存在的条件下，化合物Boc-L/D-FOSu和二甘醇胺或3-氨基-1,2-丙二醇发生反应，生成化合物Boc-L/D-FAE或化合物Boc-L/D-FAPS3、在二氯甲烷存在的条件下，化合物Boc-L/D-FAE或化合物Boc-L/D-FAP与三氟乙酸发生反应，脱Boc-保护基生成L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐S4、在二氯甲烷、三乙胺存在的条件下，所述L/D–FAE三氟乙酸盐或L/D–FAP三氟乙酸盐，和对苯二甲酰氯对苯二乙酰氯对苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯传良，刘进营，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31