一種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚氨基酸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料科學(xué)與生命科學(xué)的交叉，推動了生物材料的迅猛發(fā)展。水凝膠（Hydrogel)是 以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團(tuán)和親水 殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合 物。是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水，且吸水后具有 一定的柔軟和彈性，它是由親水性三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與大量水構(gòu)成的獨特分散體系，能夠在水 中溶脹而不溶解。
[0003] 水凝膠有各種分類方法，根據(jù)水凝膠網(wǎng)絡(luò)鍵合的不同，可分為物理凝膠和化學(xué)凝 膠。物理凝膠是通過物理作用力如靜電作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成的，這種凝膠是非永久 性的，通過加熱凝膠可轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?，所以也被稱為假凝膠或熱可逆凝膠。許多天然高分子在 常溫下呈穩(wěn)定的凝膠態(tài)，如k2型角叉菜膠、瓊脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA)是一 典型的例子，經(jīng)過冰凍融化處理，可得到在60°C以下穩(wěn)定的水凝膠?；瘜W(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交 聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，是永久性的，又稱為真凝膠。
[0004] 水凝膠作為一種高吸水高保水材料，被廣泛用于多種領(lǐng)域，如：干旱地區(qū)的抗旱， 在化妝品中的面膜、退熱貼、鎮(zhèn)痛貼、農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中 的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水，在礦業(yè)中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫(yī)療中的 藥物載體等等。值得注意的是，不同的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該選用不同的高分子原料，以滿足不同的 需求。
[0005] 多數(shù)軟組織就是由蛋白質(zhì)和聚糖等生物高分子組成的水凝膠，因此，水凝膠在生 物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是藥物釋放，組織工程，再生醫(yī)學(xué)，生物傳感器，柔性促動器以及人工細(xì)胞 外基質(zhì)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。大部分傳統(tǒng)的合成水凝膠力學(xué)強度較弱且韌性不足， 這些缺陷妨礙了其進(jìn)一步用，目前主要應(yīng)用于對力學(xué)強度要求不高的領(lǐng)域，如藥物控釋和 吸水材料等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠，同 時本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠的制備方法。
[0007] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠，所述水凝膠的交聯(lián)劑為聚氨基酸。
[0009] -種基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)采用γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯和三光氣進(jìn)行反應(yīng)，得到N-羧基-環(huán)內(nèi)酸酐 化合物（NCA);
[0011] 合成路線如下：
[0012]
[0013] 采用γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯和三光氣溶于溶劑中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，用旋轉(zhuǎn)蒸 發(fā)儀除去溶劑，將粗產(chǎn)品通過重結(jié)晶純化，減壓蒸餾得到最終產(chǎn)品；
[0014] (2)在引發(fā)劑作用下，所述Ν-羧基-環(huán)內(nèi)酸酐化合物進(jìn)行開環(huán)聚合反應(yīng)，得到聚 (γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）（PBLG);
[0015] 將NCA和引發(fā)劑在溶于溶劑中，并在一定溫度和惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行反應(yīng)， 反應(yīng)結(jié)束后，將溶液減壓蒸餾除去溶劑，接著將濃縮后的溶液在不良溶劑中沉淀，通過離心 分離得到固體，真空烘干得到最終產(chǎn)物白色固體。合成路線如下：
[0016]
[0017] 所述的惰性氣體指的是不參與反應(yīng)的氣體，下列氣體尤其適合惰性氣體：氮氣，二 氧化碳，氦氣，氖氣和氬氣；
[0018] (3)將所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）與3-氨基丙醇發(fā)生氨解反應(yīng)，得到聚 (氮5_ (3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）（PHPG);
[0019] 先將PBLG溶于3-氨基丙醇，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將溶液加入不良溶劑中沉淀 出來，離心分離法得到固體，真空烘干得到最終產(chǎn)物白色固體。合成路線如下：
[0020]
[0021] 所述的不良溶劑是乙醚；離心機轉(zhuǎn)速是9000轉(zhuǎn)/分鐘；
[0022] (4)將所述聚（氮5_ (3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）與丙烯酰氯反應(yīng)，得到聚氨基酸 非咼子型大分子交聯(lián)劑。
[0023] 將PHPG溶于溶劑中，加入酸吸附劑，在冰水浴條件下慢慢滴加丙烯酰氯，室溫反 應(yīng)是3小時。反應(yīng)結(jié)束后，通過減壓蒸餾除去溶劑，然后將濃縮后的溶液于不良溶劑中沉淀 出來，離心分離，真空干燥得到白色固體。合成路線如下：
[0024]
[0025] 酸吸附劑為三乙胺，酸吸附劑和PHPG的摩爾比為1:1 ;所述的不良溶劑是乙醚，所 述的離心機轉(zhuǎn)速是9000轉(zhuǎn)/分鐘。η為30-500的整數(shù)，X和y分別為重復(fù)單元在無規(guī)共聚 物中的比例，x+y= 1。
[0026] (5)將所述聚氨基酸非離子型大分子交聯(lián)劑與丙烯酸鈉溶液混合均勻，加入引發(fā) 劑和光促進(jìn)劑，反應(yīng)后即得到所述基于聚氨基酸分子交聯(lián)水凝膠。
[0027] 具體過程如下：
[0028] 在冰水浴中，向丙烯酸水溶液中加入氫氧化鈉，攪拌，然后將交聯(lián)劑雙鍵功能化的 非離子型聚氨基酸加入溶液中，攪拌，將過硫酸銨和N，N，N，N-四甲基乙二胺分別加到混合 液中，攪拌均勻之后，將混合液倒入模具當(dāng)中，25°C下反應(yīng)2小時。
[0029] 所述丙烯酸溶液是由5g丙烯酸和20ml去離子水組成，所述丙烯酸使用前經(jīng)過純 化，所述堿是氫氧化物，作為優(yōu)選，所述的堿是氫氧化鈉。
[0030] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，所述γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯與三光氣的摩爾比為 1:0. 30~0, 50 〇
[0031] 作為優(yōu)選，步驟（1)所述反應(yīng)的溶劑為四氫呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷；所述反應(yīng) 的溫度為35-55°C;反應(yīng)時間為4-6小時。
[0032] 作為優(yōu)選，步驟（2)中開環(huán)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑為伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅 胺，開環(huán)聚合反應(yīng)的溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃或二氧六環(huán)。
[0033] 伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅胺；伯胺全部都可以，具體可以是正己胺、芐胺；
[0034] 同理，仲胺可以是二乙胺；叔胺可以是三乙胺，六甲基二硅胺。
[0035] 作為優(yōu)選，步驟（2)開環(huán)聚合反應(yīng)中引發(fā)劑和N-羧基-環(huán)內(nèi)酸酐化合物的摩爾比 為 1:50-200。
[0036] 作為優(yōu)選，步驟（2)中開環(huán)聚合反應(yīng)的溫度為20_50°C，開環(huán)聚合反應(yīng)的時間為 24-36小時。
[0037] 作為優(yōu)選，上述的制備方法中，步驟（3)所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯）與 3_氨基丙醇的摩爾比可為1: (10-30)，步驟（3)的反應(yīng)溫度為50-80°C，反應(yīng)時間為12-36 小時。
[0038] 作為優(yōu)選，步驟（4)反應(yīng)用溶劑為四氫呋喃或二氯甲烷；反應(yīng)溫度為-5_5°C;反 應(yīng)時間為2-5小時；聚（氮5-(3-羥基丙基）L-谷氨酰胺）與丙烯酰氯的摩爾的量比為1: 0. 2_2〇
[0039] 作為優(yōu)選，步驟（4)中產(chǎn)物X為0·5-1。
[0040] 本發(fā)明的交聯(lián)劑首先采用三光氣和γ-苯甲基-L-谷氨酸芐酯合成NCA;然后NCA 在引發(fā)劑的作用下開環(huán)聚合，合成聚谷氨酸芐酯；再在3-氨基丙醇溶液中聚谷氨酸芐酯胺 解得到聚谷氨酸，聚谷氨酸功能化引入雙鍵等官能團(tuán)。
[0041] 本發(fā)明提供的制備方法的原料來源廣泛，可以從現(xiàn)有的商業(yè)途徑獲得，成本低廉， 合成方法簡單易行；將雙鍵引入到α螺旋聚氨基酸分子中，多氫鍵的協(xié)同作用使得這種超 分子作用力不容小覷，在不破壞其共價鍵的情況下，拉伸α螺旋多肽，其氫鍵具有可逆性， 可用于制備高強度可回復(fù)的水凝膠。聚氨基酸是具有良好生物相容性的聚合物，采用該材 料合成的水凝膠，其生物相容性相比于單組份聚丙烯酸水凝膠有顯著提高，可以作為生物 體組織工程和修復(fù)支架材料等。
[0042] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：本發(fā)明制備得到的大分子交聯(lián)劑為聚氨基 酸非離子型大分子交聯(lián)劑，這種交聯(lián)劑具有生物相容性和多重氫鍵，在用于制備水凝膠過 程中能夠增強水凝膠的