双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶及其制备方法

摘要

一种水凝胶技术领域的双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶及其制备方法，包括合成线型聚(L－苄基－谷氨酸酯)－聚乙二醇两嵌段共聚物；制备用于形成反凝胶的聚(L－谷氨酸)－聚乙二醇两嵌段共聚物；组装成α－环糊精－聚乙二醇络合物为内核，聚(L－谷氨酸)为外壳的超分子反胶束；使聚(L－谷氨酸)链段在酸性环境下质子化，通过聚(L－谷氨酸)链段间的氢键相互作用而形成交联，导致超分子反胶束相互聚集后于室温下形成双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶。本发明与现有技术相比凝胶弹性模量得到进一步增强，同时制备所得凝胶体系在pH值大于8时便被破坏，当再次调节pH值至5时，反凝胶又能重新形成，具有很好的pH值可逆性。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种化工技术领域的化学凝胶及其制备方法，具体是一种双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶及其制备方法。

背景技术

与化学凝胶不同，超分子凝胶中的网络结构是依靠分子间氢键、π-π堆积、疏水作用和静电作用等弱相互作用形成的。而且，超分子水凝胶常随外界环境如温度、pH值、溶剂、电磁场或化学物质等变化而产生较大的体积相变。目前，超分子水凝胶在药物控制释放、组织工程、智能材料、生物传感器、酶固定化等方面受到广泛的关注。基于温度和pH值是生理条件中的两个重要因素，因此，设计与构筑具有温度和pH值双重敏感特性的超分子水凝胶具有重要的科学意义，并将在药物/基因传递、再生医学等具有重要的应用前景。

经过对现有技术的检索，未发现本领域类似的现有技术。

发明内容

本发明提供一种双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶的制备方法，采用相对较低的成胶浓度构筑了物理性能较好的凝胶，与现有技术相比凝胶弹性模量得到进一步增强，同时制备所得凝胶体系在pH值大于8时便被破坏，当再次调节pH值至5时，反凝胶又能重新形成，具有很好的pH值可逆性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶，其组分为聚(L-谷氨酸)-聚乙二醇两嵌段共聚物(PLG₃₅-b-PEO)，分子式为C₃₇₂H₇₀₈N₃₈O₂₂₀。

本发明涉及双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶的制备方法，包括以下步骤：

第一步、利用一端具有活性胺基的聚乙二醇(PEO-NH₂)作为大分子引发剂引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，合成线型聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇(PBLG-b-PEO)两嵌段共聚物，具体步骤包括：

(1)称取PEO-NH₂(80mg，0.016mmol)溶解在0.5mL的N，N-二甲基甲酰胺中，溶解过程在密封的试管中进行，抽真空通氮气3次；

(2)称取BLG-NCA(175mg，0.672mmol)置于25mL烧瓶中，加入1.5mLN，N-二甲基甲酰胺充分溶解，并执行抽真空通氮气操作3次；

(3)用一次性注射器移取试管中PEO-NH₂溶液，并迅速加入到溶有BLG-NCA的烧瓶中，于室温下反应24小时后在20mL乙醚中沉降，得到线型聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇两嵌段共聚物(PBLG₃₅-b-PEO)201mg，0.016mmol，转化率为82％。

第二步、利用醋酸(CH₃COOH)和氢溴酸(HBr)混合体系，脱掉PBLG链段苄基后，得到用于形成反凝胶的聚(L-谷氨酸)-聚乙二醇(PLG-b-PEO)两嵌段共聚物，具体步骤包括：

(1)在25mL烧瓶中加入200mg，0.016mmol的PBLG₃₅-b-PEO，并加入7mLCH₃COOH，在48℃油浴中溶解片刻后加入0.41g，0.7mL的HBr；

(2)将烧瓶置于48℃油浴中反应18h，在乙醚中沉降后得到130mg，0.014mmol的PLG₃₅-b-PEO，其产率为85％。

所述的HBr与苄基的摩尔比为9.2∶1；

第三步、采用聚谷氨酸链段质量分数大于45％的聚(L-谷氨酸)-聚乙二醇先在pH＝8的碱性环境中使其完全溶解，然后通过α-CD与PEG链段的主-客体包络作用，在超分子作用下聚集成胶束内核，而PLG链段间由于其负离子的相互排斥作用而构成胶束外壳，由此组装成了α-CD-PEG络合物为内核，PLG为外壳的超分子反胶束；

所述的pH＝8的碱性环境是指通过每次滴加12μL～70μL的3mol/L NaOH溶液直至pH值调节至8。

第四步、将体系pH值调节至5，PLG链段在酸性环境下质子化，通过PLG链段间的氢键相互作用而形成交联，导致超分子反胶束相互聚集后于室温下形成双重刺激响应型聚氨基酸基超分子反凝胶。

所述的体系pH值调节至5是指通过每次滴加浓度为3mol/L HCl溶液直至pH至调节至5。

本发明通过α-环糊精与PEG链段间的包络配合作用和PLG链段间的氢键相互作用，构筑了聚谷氨酸基超分子反凝胶，其制备方法简便，凝胶成胶速度快；首次提出了超分子反凝胶的构筑方法，反凝胶在微酸性环境下能快速形成；凝胶与反凝胶的物化性能均可以通过作为聚谷氨酸共聚物的浓度、α-环糊精的浓度以及聚合物的拓扑结构来共同调节；聚氨基酸基超分子反凝胶具有pH值和温度双重敏感性。

附图说明

图1为实施例示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：制备线型聚氨基酸基超分子反凝胶

利用一端具有活性胺基的聚乙二醇(MPEO-NH₂)作为大分子引发剂引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，再利用醋酸(CH₃COOH)和氢溴酸(HBr)混合体系，脱掉PBLG链段苄基后，得到用于形成反凝胶的聚(L-谷氨酸)-聚乙二醇(PLG₃₅-b-PEO)两嵌段共聚物，其支臂长度为35个重复单元。

采用上述两嵌段共聚物(PLG₃₅-b-PEO，40mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，加入1mL去离子水，搅拌后聚合物不溶解，溶液浑浊，有少量沉淀；微量注射器量取12μL 3mol/L NaOH溶液，使其pH～8，此时体系澄清透明，然后在剧烈搅拌下加入60mgα-CD，搅拌后超声5min，体系有微微浑浊，如图1所示；向其中加入3mol/L HCl溶液，每次加入5μL，调节pH～5，搅拌后体系在2min内转变为乳白色浑浊，转移至25℃恒温油浴静置，5min后形成乳白色凝胶如图1所示，凝胶能克服重力而倒置，此凝胶体系聚合物的质量分数为3.6wt％，α-CD质量分数为5.4wt％。

上述反凝胶体系中，聚合物和α-CD所占质量分数均比现有技术中的组分浓度要低，所得反凝胶的弹性模量(G’)值约为27000Pa，具有很好的物理性能，与现有技术相比凝胶弹性模量要大，因此，本实施例采用相对较低的成胶浓度构筑了物理性能较好的凝胶；

同时本实施例制备所得凝胶体系在pH值大于8时便被破坏，当再次调节pH值至5时，反凝胶又能重新形成，具有很好的pH值可逆性。

实施例2：制备具有八个臂的聚氨基酸基超分子反凝胶

利用一端具有8个支臂氨基的甲氧基聚乙二醇(MPEO-D₃)作为大分子引发剂引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，再利用醋酸(CH₃COOH)和氢溴酸(HBr)体系，脱掉PBLG链段苄基保护之后，得到用于形成反凝胶的八个臂的聚(L-谷氨酸)-聚乙二醇(D3-PBLG₁₃-b-PEO)两嵌段共聚物，其支臂长度为13个重复单元。

采用上述两嵌段共聚物(D3-PLG₁₃-b-PEO，40mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，加入1mL去离子水，搅拌后聚合物不溶解，溶液浑浊，有少量沉淀；微量注射器量取70μL 3mol/L NaOH溶液，使其pH＝8，此时体系澄清透明，然后在剧烈搅拌下加入54mgα-CD，搅拌后超声5min，体系有微微浑浊；向其中加入3mol/L HCl溶液，每次加入5μL，调节pH＝5，搅拌后体系在2min内转变为乳白色浑浊，转移至25℃恒温油浴静置，12min后形成乳白色凝胶，此凝胶体系聚合物的质量分数为3.6wt％，α-CD质量分数为4.9wt％。

上述反凝胶体系中，聚合物和α-CD所占质量分数均比现有技术中的组分浓度要低，所得反凝胶的弹性模量(G’)值约为30000Pa，具有很好的物理性能，比实例1的线型反凝胶弹性模量要大，因此，用相对较低的成胶浓度构筑了物理性能较好的凝胶，而且通过引入支化结构，提高了凝胶的弹性模量；同时，此凝胶体系在pH值大于8时便被破坏，再调节pH值至5时，反凝胶又能重新形成，也具有很好的pH值可逆性。