一种利用酶促反应实现水凝胶宏观瞬态组装的方法及应用技术

本发明专利技术属于耗散组装领域，具体涉及一种利用酶促反应实现水凝胶宏观瞬态组装的方法及应用。所述方法为：在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入带负电基团的单体和生物酶形成凝胶A；在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入具有pH响应性的带正电基团的单体和生物酶形成凝胶B；取凝胶A和凝胶B置于含有生物酶对应底物的酸性缓冲液中，实现水凝胶材料宏观瞬态组装。本发明专利技术通过制备具有pH响应性的水凝胶材料，结合酶促反应可实现宏观瞬态组装，并且利用缝合聚合的方式制备出的复合凝胶可以实现宏观材料的精准瞬态组装。凝胶可以实现宏观材料的精准瞬态组装。凝胶可以实现宏观材料的精准瞬态组装。

【技术实现步骤摘要】
一种利用酶促反应实现水凝胶宏观瞬态组装的方法及应用


[0001]本专利技术属于耗散组装领域，具体涉及一种利用酶促反应实现水凝胶宏观瞬态组装的方法及应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]在生命体当中，不管是在微观层面上还是在宏观层面上，耗散组装都是一个非常常见并且十分重要的过程，这样的组装体系始终运行在高能量的非平衡态，通过消耗“燃料”来维持非平衡结构，是实现复杂的生命体功能的基础。因此，向自然学习，模拟这种能量驱动的耗散组装是真正构造仿生组装体的基础。近十年来，化学燃料所供给的耗散组装的研究逐渐兴起，科学家们已经实现了很多微观层面的耗散组装，组装基元的组成非常广泛，既可以是小分子或合成高分子，也可以是核酸、蛋白等生物大分子以及纳米颗粒等，并且目前已从基本的结构化演练研究，逐步制备出一些功能化的体系，可赋予材料一些自修复和自适应等智能仿生特性，比如瞬态调节的微反应器、分子开关等。然而，这些合成体系中的耗散组装研究还处于微观尺度层面，宏观尺度上的耗散组装还没有被研究。
[0004]宏观组装主要是指尺度在10微米以上的组装基元进行组装的一个过程。这样的研究也进行了十多年，研究已经实现了不同种类、硬度、表面化学宏观材料的组装，并且科学家们已经探索了利用宏观组装的方式来制备生物医用材料的可能性。当前，宏观组装存在的问题主要是组装体系的解组装过程难以智能控制以及宏观组装基元的精确组装难以实现。前者主要是因为宏观组装基元形成的组装体一般趋于稳定，不施加外力的条件下不能够发生自动的解组装过程，且解组装的时间等难以调控。而后者则主要是由于宏观材料体积偏大，且非专一位点结合，所以很容易造成组装不精准，如接触面积不可控等。
[0005]针对上述问题，石峰等开发了利用盐诱导进行多次解组装的方法实现精准组装，这种通过多次的刺激响应性组装
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解组装本质上是将多个静态过程拼接，从而构成了一个类动态的过程，而这个类动态过程在宏观组装体系内发挥了关键作用，使组装趋于精准。但事实上，到目前为止，真正的动态宏观组装还没有被报道，其原因是在宏观尺度动态调控吸引与排斥具有难度。动态的耗散宏观组装不仅是值得学习的生命过程，在合成材料的宏观组装领域也至关重要。通过构建宏观耗散体系有助于实现解组装过程的智能调控，提高宏观组装体系的智能性及自适应性，所以开发瞬态宏观组装，尤其是瞬态精准宏观组装具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种利用酶促反应实现水凝胶材料精准宏观瞬态组装的方法，通过制备具有pH响应性的水凝胶材料，结合酶促反应可实现宏观瞬态
组装，并且利用缝合聚合的方式制备出的复合凝胶可以实现宏观材料的精准瞬态组装。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种利用酶促反应实现水凝胶材料宏观瞬态组装的方法：
[0008]在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入带负电基团的单体和生物酶形成凝胶A；
[0009]在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入具有pH响应性的带正电基团的单体和生物酶形成凝胶B；
[0010]取凝胶A和凝胶B置于含有生物酶对应底物的酸性缓冲液中，实现水凝胶材料宏观瞬态组装。
[0011]本专利技术第二方面提供一种利用酶促反应实现水凝胶材料宏观精准瞬态组装的方法：
[0012]将A、B两种水凝胶材料切成所需形状，采用缝合聚合的方式形成包含A、B两种凝胶的复合凝胶C，复合凝胶C在含有底物的酸性缓冲液中，实现宏观精准瞬态组装。
[0013]本专利技术第三方面提供一种上述利用酶促反应实现水凝胶宏观瞬态组装的方法或宏观精准瞬态组装的方法在耗散组装领域中的应用。
[0014]本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：
[0015](1)本专利技术通过一种简单、高效的方法首次实现宏观瞬态组装，这种体系不仅可以在一定程度上解决宏观组装在解组装难以智能控制以及精确组装困难等方面存在的问题，并且在创造新的智能适应性化学系统、药物传递以及组织工程中的三维支架材料方面都具有巨大的应用潜力。
[0016](2)本专利技术采用缝合聚合的方式将两种不同性质的凝胶聚合成复合凝胶，并通过切块进而实现宏观精准组装，可以调节组装体的组装形态，具有很强的可塑性。
[0017](3)本专利技术中实现宏观瞬态组装的方法是基于酶促反应的原理，在组装过程中用到了生物酶，这样的酶促反应是一种绿色环保且高效节能的策略，并且通过反复添加燃料，也可以实现体系的循环组装过程。
附图说明
[0018]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0019]图1为本专利技术实施例2中凝胶A与凝胶B分别在酸性条件和碱性条件下组装体粘接强度的测定，其中图(a)是酸碱性条件下，组装体粘接强度的应力应变曲线，图(b)是酸碱性条件下，组装体粘接力的对比图。
[0020]图2为本专利技术实施例2中凝胶A与凝胶B宏观瞬态组装的过程。
[0021]图3为本专利技术中实施例2中凝胶A与凝胶B进行宏观组装过程中在不同尿素浓度下的缓冲液的pH随时间变化曲线。
[0022]图4为本专利技术中实施例3中复合凝胶C的实物图以及对应的四层结构的示意图。
具体实施方式
[0023]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025]正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中宏观组装存在组装体系的解组装过程难以智能控制以及宏观组装基元的精确组装难以实现的问题，且没有真正的动态宏观组装方法能够解决该问题。
[0026]为了解决如上的技术问题，本专利技术提供一种利用酶促反应实现水凝胶材料宏观瞬态组装的方法：
[0027]在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入带负电基团的单体和生物酶形成凝胶A；
[0028]在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入具有pH响应性的带正电基团的单体和生物酶形成凝胶B；
[0029]取凝胶A和凝胶B置于含有生物酶对应底物的酸性缓冲液中，实现水凝胶材料宏观瞬态组装。
[0030]优选的，所述的生物酶为脲酶，所述的底物为尿素。
[0031]本专利技术中，选择的两种水凝胶材料一种是带负电的凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用酶促反应实现水凝胶材料宏观瞬态组装的方法，其特征在于：在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入带负电基团的单体和生物酶形成凝胶A；在聚丙烯酰胺类聚合物水凝胶的分子结构中引入具有pH响应性的带正电基团的单体和生物酶形成凝胶B；取凝胶A和凝胶B置于含有生物酶对应底物的酸性缓冲液中，实现水凝胶材料宏观瞬态组装。2.一种利用酶促反应实现水凝胶材料宏观精准瞬态组装的方法，其特征在于：将权利要求1所述A、B两种水凝胶材料切成所需形状，采用缝合聚合的方式形成包含A、B两种凝胶的复合凝胶C，复合凝胶C在含有底物的酸性缓冲液中，实现宏观精准瞬态组装。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述带负电基团的单体为对苯乙烯磺酸钠SSNa。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的具有pH响应性的带正电基团的单体为四乙烯基吡啶4
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VP、甲基丙烯酸N,N
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二甲氨基乙酯DMAEMA。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的生物酶为脲酶；或，所述底物为尿素；或，所述的酸性缓冲液为柠檬酸/柠檬酸钠缓冲液。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述酸性缓冲液为初始pH＝3.5的0.1M的柠檬酸/柠檬酸钠溶液，其中的尿素浓度为10～50mg/mL。7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的凝胶A是由单体丙烯酰胺AAm、交联剂亚甲基双丙烯酰胺MBAAm、单体对苯乙烯磺酸钠SSNa在引发剂过硫酸铵APS以及促进剂四乙烯基吡啶TEMED的作用下形成的含脲酶的负电凝胶，在制备过程中加入少量活性炭进行染色，凝胶A呈黑色；所述的凝胶B是由单体a丙烯酰胺AAm、交联剂亚甲基双丙烯酰胺MBAAm、单体b在引发剂过硫酸铵APS以及促进剂四甲基乙二胺TEMED的作用下形成的具有pH响应性的含脲酶正电凝胶，在制备过程中加入少量荧光素O
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甲基丙烯酸酯FM或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，赵婷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：