光敏性超分子水凝膠成膠因子及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】光敏性超分子水凝膠成膠因子及其制備方法和應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)通式如下所示，由于該水凝膠的成膠濃度低，其中水占比可大于99.9%，可用于干旱地區(qū)的抗旱、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、原油或成品油的脫水，食品中的保鮮劑、增稠劑，細(xì)胞三維支架以及利用光點(diǎn)擊后產(chǎn)物的熒光可以實(shí)現(xiàn)信息的記錄與讀取。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光敏性超分子水凝膠成膠因子及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光敏性超分子水凝膠成膠因子及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]超分子水凝膠是一種小分子進(jìn)行通過(guò)氫鍵、靜電相互作用、π - π堆積等作用自組裝而形成的介于水溶液及固體狀態(tài)的“軟物質(zhì)”。與高分子水凝膠相比，超分子水凝膠由于其自組裝機(jī)理可以使其易受外界環(huán)境如溫度、pH、光照、酶等影響形成智能超分子水凝膠，可以廣泛被用于藥物釋放及組織工程等領(lǐng)域。超分子短肽水凝膠，尤其是含有功能性短肽序列的水凝膠，具有生物相容性、可降解、能被生物體系識(shí)別而功能化等優(yōu)勢(shì)在近幾年的研究中得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
[0003]光敏性超分子水凝膠通常利用光致變色基團(tuán)(如螺吡喃、偶氮苯)及光致離去基團(tuán)(如鄰硝基芐醇類(lèi)、香豆素類(lèi)化合物)等在光照下發(fā)生結(jié)構(gòu)變化從而導(dǎo)致水凝膠自組裝結(jié)構(gòu)的改變，使得宏觀(guān)上發(fā)生收縮/膨脹甚至凝膠/溶液的相變過(guò)程，實(shí)現(xiàn)水凝膠的智能響應(yīng)，應(yīng)用于藥物的控制釋放、細(xì)胞基質(zhì)的修飾等過(guò)程。
[0004]二取代四氮唑可經(jīng)過(guò)光引發(fā)脫去一分子N2進(jìn)而與烯烴，如甲基丁烯酸酯，發(fā)生1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)。此類(lèi)四氮唑與烯烴間的光反應(yīng)具有高立體選擇性，反應(yīng)底物較為廣泛，是一個(gè)優(yōu)秀的生物正交反應(yīng)。且其產(chǎn)物二氫二氮唑類(lèi)化合物已被報(bào)導(dǎo)具有廣泛的生物活性，如抗菌活性(幽門(mén)螺桿菌)、抗病毒活性(西尼羅病毒)、治療肥胖藥劑以及可以作為治療帕金森綜合癥的候選藥物(Rajendra Prasad, Y.; Lakshmana Rao, A.;Prasoona, L.;Murali, Κ.; Ravi Kumar, P.Bioorg Med Chem Lett2005, 15, 5030 ；Camacho, M.E.; Leon, J.;Entrena, A.; Velasco, G.; Carrion, M.D.;Escamesj G.; Vivo, A.; Acuna-Castroviejoj D.;Gallo，M.A.; Espinosa, A.Journal of Medicinal Chemistry2004，47，5641.)?將二取代四氮唑與短肽分子相連是一種新穎的構(gòu)建光敏性超分子水凝膠的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]解決的技術(shù)問(wèn)題:
[0006]本發(fā)明提供一種光敏性超分子水凝膠成膠因子及其制備方法和應(yīng)用，由于超分子水凝膠在生物體系潛在的用途，對(duì)于生物相容性具有較高的要求。如圖1所示，不同濃度的Tet (I)-GFF存在下，不同的細(xì)胞C2C12及hMSC細(xì)胞在不同的培養(yǎng)時(shí)間下均有較高的細(xì)胞存活率，表明基于連有二取代四氮唑的短肽水凝膠具有較好的生物相容性。
[0007] 由于之前的光敏性超分子水凝膠體系多數(shù)基于鄰硝基芐醇類(lèi)化合物的光致離去過(guò)程或者螺吡喃、偶氮苯類(lèi)化合物的光致變色過(guò)程，這兩種結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)較為一般，所得到的水凝膠發(fā)生光響應(yīng)所需要的時(shí)間都一般限制在數(shù)小時(shí)以上(Muraoka，T.;Koh, C.Y.; Cui，H.G.; Stupp，S.1.Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，5946 ;Haines，L.A.; Rajagopal, K.; Ozbasj B.; Sal ick, D.A.; Pochanj D.J.; Schneider, J.P.J.Am.Chem.Soc.2005, 127，17025.)。由于長(zhǎng)時(shí)間的光照對(duì)于生物體系帶來(lái)的不可避免的影響，如生物酶的活性降低、細(xì)胞毒性等，這大大影響了該類(lèi)水凝膠在生物體系的應(yīng)用?；诙〈牡虻乃z由于二取代四氮唑與烯烴之間反應(yīng)在數(shù)分鐘之內(nèi)即完成，使得該類(lèi)水凝膠在光照下IOmin內(nèi)即可產(chǎn)生凝膠向溶液的轉(zhuǎn)變過(guò)程，提高了在生物體系的應(yīng)用價(jià)值。
[0008]由于光的特殊性質(zhì)，使得二取代四氮唑的水凝膠獲得了對(duì)光的時(shí)空分辨的響應(yīng)，這在調(diào)控細(xì)胞在水凝膠的三維骨架結(jié)構(gòu)中的微環(huán)境從而控制細(xì)胞的行為具有巨大的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)光掩模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水凝膠200 μ m分辨率下的調(diào)控，同時(shí)利用反應(yīng)產(chǎn)物的熒光可以對(duì)調(diào)控后的區(qū)域進(jìn)行追蹤研究細(xì)胞的行為。此外，通過(guò)對(duì)于光照時(shí)間的改變，可以調(diào)節(jié)該類(lèi)水凝膠的機(jī)械性能，結(jié)合兩者，可以從時(shí)空分辨上來(lái)調(diào)控細(xì)胞的行為。利用該類(lèi)水凝膠將生物分子包裹在水凝膠中，通過(guò)光照將生物分子控制釋放到細(xì)胞培養(yǎng)液中，從而調(diào)控C2C12細(xì)胞的調(diào)控過(guò)程。此外，將hMSC細(xì)胞包裹在水凝膠的三維骨架結(jié)構(gòu)中，通過(guò)控制光照時(shí)間的不同可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的行為。
[0009]技術(shù)方案:
[0010]一種光敏性超分子水凝膠成膠因子，其結(jié)構(gòu)通式如式I所示:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于其結(jié)構(gòu)通式如式I所示:
2.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述化合物結(jié)構(gòu)式如式14或15所示:
3.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述天然氨基酸為:甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、賴(lài)氨酸、精氨酸、色氨酸或組氨酸，非天然氨基酸為羊毛硫氨酸、2-氨基異丁酸、脫氫丙氨酸、Y -氨基丁氨酸、硒代半胱氨酸、8-羥基2，7，10-三氨基癸酸或β -丙氨酸。
4.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述Ar2為苯環(huán)、2-甲氧基苯環(huán)、3-甲氧基苯環(huán)、4-甲氧基苯環(huán)、2-烯丙氧基苯環(huán)、4-乙酰氨基苯環(huán)、1-萘環(huán)、2-萘環(huán)、吡啶環(huán)、吡咯、呋喃、噻吩、吡喃或噻喃。
5.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述Ar2為取代或非取代的苯環(huán)、1-萘環(huán)或2-萘環(huán)時(shí)，R2為NHCOC2H4CO或缺失。
6.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述R3SH、F、Cl、Br、CF3> CON(CH3)2' NHCOCH3' N(CH3)2' 0CnH2n+1、CN、CO2CH3 或?yàn)橛?Xaa1Xaa2Xaa3Xaa4Xaa5Xaa6Xaa7Xaa8Xaa9Xaa1(l表示的短肽,其中Xaa1, Xaa2為天然氨基酸或非天然氨基酸；Xaa3、Xaa4> Xaa5>Xaa6、Xaa7、Xaa8、Xaa9或Xaaltl中任意多個(gè)缺失、為天然氨基酸或非天然氨基酸，氨基酸的構(gòu)型為 D 型或 L 型!Xaa1, Xaa2, Xaa3, Xaa4, Xaa5, Xaa6, Xaa7, Xaa8, Xaa9, Xaa10 同時(shí)為天然氨基酸、同時(shí)為非天然氨基酸、或任意多個(gè)為天然氨基酸，其中n=l、2、3。
7.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述Ar1為苯環(huán)、2-甲氧基苯環(huán)、3-甲氧基苯環(huán)、4-甲氧基苯環(huán)、2-烯丙氧基苯環(huán)、4-乙酰氨基苯環(huán)、1-萘環(huán)、2-萘環(huán)、吡啶環(huán)、吡咯、呋喃、噻吩、吡喃或噻喃。
8.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述R1為H、F、C1、Br、CF3> CON (CH3) 2> NHCOCH3' N(CH3)2' OCnH2n+1、CN、CO2CH3 或?yàn)橛?Xaa1Xaa2Xaa3Xaa4Xaa5Xaa6Xaa7Xaa8Xaa9Xaa10表示的短肽,其中Xaa1, Xaa2為天然氨基酸或非天然氨基酸，Xaa3, Xaa4, Xaa5,Xaa6, Xaa7, Xaa8, Xaa9, Xaa10中任意多個(gè)缺失、為天然氨基酸或非天然氨基酸，氨基酸的構(gòu)型為 D 型或 L 型。Xaa1, Xaa2, Xaa3, Xaa4, Xaa5, Xaa6, Xaa7, Xaa8, Xaa9, Xaa10 同時(shí)為天然氨基酸、同時(shí)為非天然氨基酸、或任意多個(gè)為天然氨基酸，其中n=l、2、3。
9.如權(quán)利要求1所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，如式2 ，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12及其對(duì)應(yīng)的鹽:
10.如權(quán)利要求9所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述R1，R3，R5，R7,R9均為H。
11.如權(quán)利要求9所述光敏性超分子水凝膠成膠因子，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)Rn缺失， Rn+1與NRn上的N原子相連形成C3-C6的雜環(huán)。
12.一種通過(guò)光控制將如權(quán)利要求1或2所述的成膠因子形成的水凝膠進(jìn)行熒光打開(kāi)、由凝膠向溶液轉(zhuǎn)變或降低水凝膠的機(jī)械性能以致破壞凝膠的方法。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述光源為波長(zhǎng)為254nm、302nm或365nm的紫外燈，405nm的激光，可進(jìn)行雙光子激發(fā)的激光源，功率范圍為100W-500W的高壓汞燈，功率范圍為100W-500W的氙燈，以及通過(guò)濾光片、光掩?？刂乒庠床ㄩL(zhǎng)和光照面積方式的光源，熒光打開(kāi)的光照時(shí)間從ls-120s，由凝膠向溶液轉(zhuǎn)變或破壞凝膠的光照時(shí)間從lmin-24h，水凝膠中摻雜或不摻雜如式13所示的烯烴，其中B1, B2, B3, B4可任意為CO2Me,CN, CHO, CONHR, alkyl，Ph，取代的芳環(huán)或缺失

14.一種利用權(quán)利要求1或2所述光敏性超分子水凝膠成膠因子在光照下對(duì)生物大分子、重組蛋白及藥物分子進(jìn)行控制釋放中的應(yīng)用。
15.權(quán)利要求1或2所述光敏性超分子水凝膠成膠因子在進(jìn)行一種波長(zhǎng)光照下信息的記錄、在同一種或另一種波長(zhǎng)光照下讀取中的應(yīng)用。
16.權(quán)利要求1或2所述光敏性超分子水凝膠成膠因子在作為生物支架在其表面進(jìn)行二維培養(yǎng)細(xì)胞或在其內(nèi)部進(jìn)行三維培養(yǎng)中的應(yīng)用。
17.含有四氮唑的短肽Tet(I)-GFF的合成方法，其特征在于步驟為按比例:四氮唑Tet⑴-OH的合成:將2mL含有5mmol亞硝酸鈉的水溶液滴加到8mL含有5mmol2-烯丙氧基苯胺和1.3mL37%wt濃鹽酸的50%wt的乙醇水溶液中，控制反應(yīng)過(guò)程中的溫度低于5°C，滴加完即得到2-烯丙氧基氯化重氮苯的I水溶液；I水溶液在30min內(nèi)滴加到30mL含5mmol有4-((2-磺酰腙)甲基)苯甲酸的吡啶溶液中整個(gè)反應(yīng)溫度控制在-10~-15°C，反應(yīng)Ih后，反應(yīng)液用氯仿和水萃?。宦确聦臃謩e用稀鹽酸和水洗，無(wú)水硫酸鈉干燥；減壓蒸去溶劑后，粗產(chǎn)物用柱層析分離，石油醚:乙酸乙酯體積比=1:1，得到白色粉末四氮唑Tet(I)-OH;.1.在固相合成管中，加入lg2-chlorotrityl chloride樹(shù)脂和8mL無(wú)水CH2Cl2,在擺床上震蕩 5min 后，抽濾除去溶劑；2.加入 2.2mmol Fmoc-Gly-OH,4.4mmol DIEA 溶于 CH2Cl2 后，加入到樹(shù)脂中，振搖30min，抽濾；DMF洗樹(shù)脂，DCM:MeOH:DIEA體積比=80:15:5的溶液洗樹(shù)脂；再用DMF洗，10mL25%wt哌啶的DMF溶液洗滌3min，抽濾后再用10mL25%wt哌啶的DMF溶液洗漆樹(shù)脂IOmin,用DMF洗漆6次除去哌唳后抽濾；3.將5mmol Fmoc-Phe-OH>5mmoIH0BT、5mmol TBTU加入到5mL DMF后，加入IOmmol的DIEA充分混合，使其成透明粘稠液，加入到樹(shù)脂中，反應(yīng)lh，做Kaiser檢測(cè)，若樹(shù)脂不變色則反應(yīng)完全，抽濾，分別用DMF洗3次、20%wt哌啶的DMF溶液洗3次、DMF洗6次后抽濾；若樹(shù)脂顯示藍(lán)色，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，Kaiser檢測(cè)還是藍(lán)色則抽去反應(yīng)液，DMF洗漆5次,重新加入5mmol Fmoc-Phe-OH>5mmoIH0BT、5mmol TBTUUOmmol的DIEA反應(yīng)液，直到Kaiser檢測(cè)不變色；4.重復(fù)第3步，將Fmoc-Phe-OH接到樹(shù)脂上，再次重復(fù)第3步，用5mmol Tet (I) -OH替換Fmoc-Phe-OH，將其接到樹(shù)脂上；5.反應(yīng)結(jié)束后，樹(shù)脂經(jīng)DMF、異丙醇、正己烷的洗滌，抽干后，浸沒(méi)于三氟乙酸中靜置3h，抽濾，CH2Cl2洗滌，減壓除去濾液中的CH2Cl2和三氟乙酸，用乙醚分散得到黃色固體，用乙醚洗滌固體3次，得到的固體在真空干燥箱中干燥，稱(chēng)重，利用高壓液相色譜對(duì)短肽進(jìn)行提純 得產(chǎn)物。
【文檔編號(hào)】C08J3/28GK103936826SQ201410116554
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】張艷, 何明桃, 李金波, 陳淑美, 王入志 申請(qǐng)人:南京大學(xué)