CN101619132A - 聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种化工技术领域的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，包括如下步骤：采用点击化学的方法，利用具有端炔基化聚酰胺－胺制备具有端胺基的聚乙二醇大分子；利用步骤一所得的具有端胺基的聚乙二醇大分子引发γ－苄基－L－谷氨酸－N－羧基酸酐的开环聚合，制备聚(L－苄基－谷氨酸酯)－聚乙二醇－聚(L－苄基－谷氨酸酯)三嵌段共聚物；将步骤二得到的聚(L－苄基－谷氨酸酯)－聚乙二醇－聚(L－苄基－谷氨酸酯)三嵌段共聚物溶于甲苯中，加热搅拌，然后降温，静置得凝胶。本发明构筑了不同拓扑结构的对称扇形－线形－扇形聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶，可以方便地通过大分子的拓扑结构和聚合物的支臂长度来调节聚氨基酸凝胶的物化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工技术领域的制备方法，具体是一种聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法。
背景技术
聚氨基酸或聚肽通常具有和天然蛋白质类似的二级结构(包括α-螺旋、β-折叠等)，且在一定条件下(如温度、pH、离子强度等)分子链的构象会发生相互转变。天然支化生物大分子和人工合成的聚氨基酸仿生材料，因其生物相容性、生物降解性、自组装性能、以及可调控的力学性能，越来越多地应用到纳米材料和生物医学材料。同时，基于各类星型、树枝状、扇形以及超支化聚合物的自组装性能和具有高表面官能团密度的三维结构，其广泛的被应用到药物控制释放、基因传递、生物纳米技术等领域。由于具有刺激敏感性和类似细胞外基质的三维结构，聚氨基酸基水凝胶和有机凝胶在组织工程支架、智能性人工器件、纳米药物等有重要的前景。因此，设计聚氨基酸基共聚物凝胶体系为获得新型组织工程支架和纳米药物载体提供了一个切实而有效的途径。
经对现有技术的文献检索发现，Kyoung Taek Kim等在2005年《Angew.Chem.Int.Ed.》(德国应用化学)第44期7964～7968页上发表了“Gelation of HelicalPolypeptide-Random Coil Diblock Copolymers by a Nanoribbon Mechanism”(基于纳米带机理构筑的螺旋状聚肽-无规线团双嵌段共聚物凝胶体系)，该文提出螺旋状聚氨基酸-无规线团类两嵌段共聚物在甲苯体系中可以在一定浓度下形成热力学可逆的透明有机凝胶，提出了基于苄基间π-π偶极相互作用而排列成有序纳米带的无规线团-棒状聚氨基酸嵌段共聚物的凝胶化机理。其不足之处在于：(1)文献仅仅研究了基于棒状-线团类两嵌段聚氨基酸在甲苯中的凝胶化现象，没有研究棒状-线团-棒状三嵌段聚氨基酸基共聚物的凝胶现象和机理；(2)文献没有提出不同拓扑结构的支化聚氨基酸基嵌段共聚物有机凝胶的制备方法，使其不能通过大分子拓扑结构来调节聚肽有机凝胶的物化性能；(3)文献仅研究了具有α-螺旋二级结构的聚氨基酸两嵌段共聚物的凝胶化，没有研究聚氨基酸二级结构及其浓度对有机凝胶的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法。本发明构筑了不同拓扑结构的对称扇形-线形-扇形聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶，可以方便地通过大分子的拓扑结构和聚合物的支臂长度来调节聚氨基酸凝胶的物化性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，采用点击化学的方法，利用具有端炔基化聚酰胺-胺制备具有端胺基的聚乙二醇大分子；
步骤二，利用步骤一所得的具有端胺基的聚乙二醇大分子引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐的开环聚合，制备聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物；
步骤三，将步骤二得到的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物溶于甲苯中，加热搅拌，然后降温，静置得凝胶。
步骤一中，所述具有端炔基化聚酰胺-胺具有的臂数为2m个，其中m＝0、1、2或3。
步骤三中，所述溶于甲苯具体为，将步骤二所得共聚物按0.2wt％～2wt％比例溶于甲苯中。
步骤三中，所述溶于甲苯具体为，将步骤二所得共聚物按0.5wt％、0.6wt％、1wt％或2wt％比例溶于甲苯中。
步骤三中，所述降温，降至温度≤51℃。
步骤三中，所述降温，降至温度≤48℃。
步骤三中，所述降温，降至温度≤47℃。
步骤三中，所述降温，降至温度≤46℃。
步骤三中，所述降温，降至温度为22℃。
步骤三中，所述加热，加热到温度为90℃。
本发明利用具有“点击”功能化并具有不同臂数(2m，m＝0，1，2，3)的端炔基化聚酰胺-胺(Dm)，采用“点击”化学(Click Chemistry)的方法，得到对称的具有不同臂数端胺基的聚乙二醇大分子引发剂；然后，利用其引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，来合成不同代数并兼具对称结构的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)(Dm-PBLG-b-PEO-b-Dm-PBLG)三嵌段共聚物。所述的不同代数(零代、一代、二代、三代)相对应的共聚物支臂数分别为2、4、8、16，其支臂长度通过引发剂与BLG-NCA的投料比来控制。凝胶制备方法为，采用上述不同代数的三嵌段共聚物，按不同的质量分数(0.2wt％～2wt％)溶于甲苯中，搅拌，降温，于恒温条件下静置成凝胶。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明利用点击化学和开环聚合，制备了两端具有对称聚氨基酸嵌段结构的三嵌段共聚物，解决了仅能用线型两嵌段聚氨基酸共聚物来构筑有机凝胶的局限性。本发明通过制备不同代数的多臂拓扑结构三嵌段共聚物，可以方便地通过聚合物的拓扑结构来调节有机凝胶的物化性能，解决了线型两嵌段共聚物的凝胶性能难于调控的缺陷。本发明制备的三嵌段共聚物具有多个端胺基，可以方便地对该共聚物进行端基功能化，解决了线型两嵌段共聚物难于进行功能化的缺陷。本发明构筑了不同拓扑结构的对称扇形-线形-扇形聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶，可以方便地通过大分子的拓扑结构和聚合物的支臂长度来调节聚氨基酸凝胶的物化性能；该凝胶体系具有热力学可逆性，为设计新型温敏性聚氨基酸基共聚物凝胶体系提供了切实有效的途径。
附图说明
图1为不同臂数嵌段共聚物有机凝胶成胶照片。
具体实施方式
以下结合附图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
制备具有两个臂的对称聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶
步骤一，通过点击化学方法，利用具有1(20)条臂的端炔基化聚酰胺-胺制备具有对称两个臂数端胺基的聚乙二醇大分子，其具体实施步骤为：准确称取两端叠氮化的聚乙二醇(N3-PEG-N3)(100mg，0.025mmol)加入到25mL茄型反应瓶中，然后加入1.2mL蒸馏过的DMF以及2μL(0.0098mmol)N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯三胺(PMDETA)，盖好翻口塞，抽真空-通氮气操作3次，然后迅速加入1.4mg(0.0098mmol)溴化亚铜(CuBr)，再抽真空-通氮气一次后，用微量注射器迅速打入炔丙基胺(D0)(4μL，0.059mmol)，35℃反应24小时，最终溶液直接沉降到20mL乙醚中，离心，干燥，得到99.8mg具有对称两个臂数端胺基的聚乙二醇大分子(D0-PEG-D0)，产率约97.17％。反应物体系的物质的量比例为[N3-PEG-N3]/[D0]/[CuBr]/[PMDETA]＝1/2.4/0.4/0.4；
步骤二，以步骤一所得的聚乙二醇大分子作为引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，得到具有2个支臂的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物，共聚物的支臂长度为32个重复单元；
步骤三，将步骤二得到的三嵌段共聚物(D0-PBLG32-b-PEO-b-D0-PBLG32，17.7mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，再用1mL移液管移取1mL甲苯(866mg)加入到容量瓶中，此时聚合物的质量分数为2wt％；将容量瓶转移至温度为90℃的油浴中，缓慢搅拌确保溶液体系均匀混合，然后将油浴温度降至22℃，于恒温条件下静置12小时成胶(图1中A图所示)，从图中可以看出，将样品瓶倒置后，体系能克服重力作用呈稳定形态，证明了体系由溶液转变成了有机凝胶。
实施例2
本实施例步骤同实施例1，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至46℃。本实施例所得凝胶与图1中A图所示类似。
实施例3
本实施例步骤同实施例1，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至10℃。本实施例所得凝胶与图1中A图所示类似。
实施例4
制备具有四个臂的对称聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶
步骤一，通过点击化学方法，利用具有2(21)条臂的端炔基化聚酰胺-胺制备具有对称四个臂数端胺基的聚乙二醇大分子，其具体实施步骤为：准确称取两端叠氮化的聚乙二醇(N3-PEG-N3)(100mg，0.025mmol)加入到25mL茄型反应瓶中，加入1.2mL蒸馏过的DMF以及2μL(0.0098mmol)N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯三胺(PMDETA)，再加入具有2条臂的端炔基化聚酰胺-胺(D1)(16.8mg，0.059mmol)。盖好翻口塞，抽真空-通氮气操作3次后，于35℃反应24小时，最终溶液直接沉降到20mL乙醚中，离心，干燥，得到109mg具有对称四个臂数端胺基的聚乙二醇大分子(D1-PEG-D1)，产率约95.6％。反应物体系的物质的量比例为[N3-PEG-N3]/[D1]/[CuBr]/[PMDETA]＝1/2.4/0.4/0.4；
步骤二，以步骤一所得的聚乙二醇大分子作为引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，得到具有4个支臂的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物，共聚物的支臂长度为28个重复单元；
步骤三，将步骤二所得的三嵌段共聚物(D1-PBLG28-b-PEO-b-D1-PBLG28，8.8mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，再用1mL移液管移取1mL甲苯(866mg)加入到容量瓶中，此时聚合物的质量分数为1wt％；然后将容量瓶转移至温度为90℃油浴中，缓慢搅拌确保溶液体系均匀混合，然后将油浴温度降至22℃，于恒温条件下静置12小时成胶(图1中B图所示)。
实施例5
本实施例步骤同实施例4，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至47℃。本实施例所得凝胶与图1中B图所示类似。
实施例6
本实施例步骤同实施例4，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至9℃。本实施例所得凝胶与图1中B图所示类似。
实施例7
制备具有八个臂的对称聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶
步骤一，通过点击化学方法制备具有对称八个臂数端胺基的聚乙二醇大分子；具体步骤同实施例2，不同之处在于：本实施例步骤中加入4(22)条臂的端炔基化聚酰胺-胺代替实施例2中的2条臂的端炔基化聚酰胺-胺；
步骤二，以步骤一所得的聚乙二醇大分子作为引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，得到具有8个支臂的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物，共聚物的支臂长度为18个重复单元；
步骤三，将步骤二所得三嵌段共聚物(D2-PBLG18-b-PEO-b-D2-PBLG18，4.4mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，再用1mL移液管移取1mL甲苯(866mg)加入到容量瓶中，此时聚合物的质量分数为0.5wt％；然后将容量瓶转移至温度为90℃油浴中，缓慢搅拌确保溶液体系均匀混合，然后将油浴温度降至22℃，于恒温条件下静置12小时成胶(图1中C图所示)。
实施例8
本实施例步骤同实施例7，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至48℃。本实施例所得凝胶与图1中C图所示类似。
实施例9
本实施例步骤同实施例7，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至8℃。本实施例所得凝胶与图1中C图所示类似。
实施例10
制备具有十六个臂的对称聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶
步骤一，通过点击化学方法制备具有对称十六个臂数端胺基的聚乙二醇大分子；具体步骤同实施例2，不同之处在于：本实施例步骤中加入8(23)条臂的端炔基化聚酰胺-胺代替实施例2中的2条臂的端炔基化聚酰胺-胺；
步骤二，以步骤一所得的聚乙二醇大分子作为引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐(BLG-NCA)的开环聚合，得到具有16个支臂的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物，共聚物的支臂长度为16个重复单元；
步骤三，将步骤二所得三嵌段共聚物(D3-PBLG16-b-PEO-b-D3-PBLG16，5.5mg)加入到一个含有磁子的5mL容量瓶，再用1mL移液管移取1mL甲苯(866mg)加入到容量瓶中，此时聚合物的质量分数为0.6wt％；然后将容量瓶转移至温度为90℃油浴中，缓慢搅拌确保溶液体系均匀混合，然后将油浴温度降至22℃，于恒温条件下静置12小时成胶(图1中D图所示)。
实施例11
本实施例步骤同实施例10，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至51℃。本实施例所得凝胶与图1中D图所示类似。
实施例12
本实施例步骤同实施例10，不同之处在于，步骤三中，将油浴温度降至7℃。本实施例所得凝胶与图1中D图所示类似。
Claims (10)
1、一种聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，采用点击化学的方法，利用具有端炔基化聚酰胺-胺制备具有端胺基的聚乙二醇大分子；
步骤二，利用步骤一所得的具有端胺基的聚乙二醇大分子引发γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧基酸酐的开环聚合，制备聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物；
步骤三，将步骤二得到的聚(L-苄基-谷氨酸酯)-聚乙二醇-聚(L-苄基-谷氨酸酯)三嵌段共聚物溶于甲苯中，加热搅拌，然后降温，静置得凝胶。
2、根据权利要求1所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤一中，所述具有端炔基化聚酰胺-胺具有的臂数为2m个，其中m＝0、1、2或3。
3、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述溶于甲苯具体为，将步骤二所得共聚物按0.2wt％～2wt％比例溶于甲苯中。
4、根据权利要求3所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述溶于甲苯具体为，将步骤二所得共聚物按0.5wt％、0.6wt％、1wt％或2wt％比例溶于甲苯中。
5、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述降温，降至温度≤51℃。
6、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述降温，降至温度≤48℃。
7、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述降温，降至温度≤47℃。
8、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述降温，降至温度≤46℃。
9、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述降温，降至温度为22℃。
10、根据权利要求2所述的聚氨基酸基三嵌段共聚物凝胶的制备方法，其特征是，步骤三中，所述加热，加热到温度为90℃。
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