CN104829830B - 一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶，甲硫氨酸嵌段共聚物包含第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段，第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构；第二共聚物嵌段具有式III结构。该甲硫氨酸嵌段共聚物中的第二共聚物嵌段具有氧化响应性，其侧链氧化后由疏水变为亲水，使甲硫氨酸嵌段聚合物的亲疏水性发生变化，进一步使制备的水凝胶的结构和性质发生变化，表现出氧化响应性。通过控制第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段的聚合度，得到不同分子量的甲硫氨酸嵌段共聚物，从而形成具有不同相变温度的温度敏感型水凝胶；水凝胶的氧化响应性在高浓度活性氧部位对细胞具有保护作用，可以实现药物分子的响应性释放。

Description

一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶

技术领域

本发明属于聚氨基酸技术领域，尤其涉及一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶。

背景技术

温度敏感型高分子水凝胶具有独特的溶液-凝胶转变特性，当其转变温度接近人体体温时，可以用作组织修复支架及原位的药物释放载体。在低温时高分子材料的水溶液具有比较好的流动性，可以方便的和细胞或药物分子混合，当注入体内后，由于温度的升高，溶液转变为凝胶，从而使细胞或药物分子包埋到凝胶内部。在注射部位形成的凝胶作为包埋细胞生长的支架，可以与周围损伤组织部位吻合，实现与周围组织之间的物质交换，达到组织修复的目的；混合在凝胶当中的药物分子通过扩散或水凝胶自身的降解缓慢释放，从而达到局部长效缓释的目的。这种温度敏感型的高分子水凝胶操作方法简单，不会引入有机溶剂，安全性高，并且不会造成新的创口。

高分子聚合物可形成温度敏感水凝胶，近年来得到了研究者的广泛关注。形成温度敏感型水凝胶的高分子材料一般可以分为聚烯烃类、聚醚类、天然高分子、聚酯类、聚氨基酸类等。其中，聚氨基酸由于具有良好的生物相容性和可降解性，在生物医学领域具有广泛的应用价值。聚氨基酸类温度敏感型水凝胶一般通过氨基化的PEG，Pluronic或者PVP引发α-氨基酸N-羧基内酸酐(NCA)进行开环聚合制备，目前，用于制备温度敏感水凝胶的氨基酸主要包括甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、γ-烷基-L-谷氨酸酯等。

目前已经报导的聚氨基酸温度敏感型水凝胶一般性质稳定，但缺乏对人体组织微环境的响应性，如氧化响应性，使其应用比较缺乏针对性，不能更好的发挥其作为原位载体的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶，本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物形成的水凝胶具有氧化响应性。

本发明提供了一种甲硫氨酸嵌段共聚物，包括第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段；

所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构：

所述第二共聚物嵌段具有式III结构：

其中，m为聚合度，10≤m≤227；

n为聚合度，10≤n≤226；

q为聚合度，3≤q≤150。

优选地，所述第二共聚物嵌段占甲硫氨酸嵌段共聚物的质量百分数为25％～70％。

本发明提供了一种上述技术方案所述甲硫氨酸嵌段共聚物的制备方法，包括以下步骤：

将聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐进行聚合反应，得到甲硫氨酸嵌段共聚物；

所述聚合物具有式IV结构或式V结构：

优选地，所述聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的物质的量比为1:3～150。

优选地，所述L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的制备方法包括以下步骤：

将L-甲硫氨酸与双(三氯甲基)碳酸酯进行缩合反应，得到L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐。

优选地，所述缩合反应的温度为40℃～60℃；

所述缩合反应的时间为1h～3h。

优选地，所述聚合反应的温度为20℃～35℃；

所述聚合反应的时间为48h～72h。

本发明提供了一种水凝胶，包括甲硫氨酸嵌段共聚物和溶剂；

所述甲硫氨酸嵌段共聚物为上述技术方案所述的甲硫氨酸嵌段共聚物或上述技术方案所述制备方法制备的甲硫氨酸嵌段共聚物。

优选地，所述溶剂包括水、生理盐水、缓冲溶液、组织培养液和体液中的一种或多种。

优选地，所述甲硫氨酸嵌段共聚物占水凝胶的质量分数为1％～30％。

本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物包含第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段，所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构；所述第二共聚物嵌段具有式III结构。本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第二共聚物嵌段，即聚L-甲硫氨酸具有氧化响应性，其侧链氧化后由疏水变为亲水，使甲硫氨酸嵌段聚合物的亲疏水性发生变化，进一步使水凝胶的结构和性质发生变化，表现出氧化响应性。另外，本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段均具有不同的聚合度，可以得到不同分子量的甲硫氨酸嵌段共聚物，从而形成具有不同相变温度的温度敏感型水凝胶；该水凝胶的降解周期可调控，降解产物为氨基酸和聚乙二醇，对人体无害，其氧化响应性在生物体内高浓度活性氧部位对细胞具有保护作用，并且可以实现药物分子的响应性释放。

本发明提供的甲硫氨酸嵌段聚合物的制备方法简单，原料简单易得，反应条件温和。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的嵌段共聚物的核磁共振氢谱图；

图2为本发明实施例2得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图；

图3为本发明实施例3得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图；

图4为本发明实施例4得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图；

图5为本发明实施例11、实施例12和实施例13制备的水凝胶在不同条件下降解产物的红外谱图；

图6为本发明实施例11制备的水凝胶在PBS溶液中的降解示意图；

图7为本发明实施例12制备的水凝胶在H₂O₂浓度为1mmol/L的PBS溶液中的降解示意图；

图8为本发明实施例13制备的水凝胶在H₂O₂浓度为10mmol/L的PBS溶液中的降解示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种甲硫氨酸嵌段共聚物，包括第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段；

所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构：

所述第二共聚物嵌段具有式III结构：

其中，10≤m≤227；10≤n≤226；3≤q≤150。

在本发明中，所述甲硫氨酸嵌段共聚物包括第一共聚物嵌段。在本发明中，所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构：

式I中，所述m为聚合度，10≤m≤227。

式II中，所述n为聚合度，10≤n≤226。

在本发明中，所述甲硫氨酸嵌段共聚物包括第二共聚物嵌段。所述第二嵌段共聚物具有式III结构：

式III中，所述q为聚合度，3≤q≤150。

在本发明中，所述第二共聚物嵌段占甲硫氨酸嵌段共聚物的质量百分数优选为25％～70％，更优选为30％～65％，最优选为35％～60％。

本发明提供了一种上述技术方案所述甲硫氨酸嵌段共聚物的制备方法，包括以下步骤：

将聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐进行聚合反应，得到甲硫氨酸嵌段共聚物；

所述聚合物具有式IV结构或式V结构：

在本发明中，所述聚合物具有式IV结构或式V结构：

式IV中，所述m为聚合度，10≤m≤227。在本发明的具体实施例中，具有式IV结构的聚合物的分子量为2000g/mol、750g/mol、5000g/mol或10000g/mol。

式V中，所述n为聚合度，10≤n≤226。在本发明的具体实施例中，具有式V结构的的聚合物的分子量为2000g/mol、750g/mol、5000g/mol或10000g/mol。

在本发明中，所述具有式IV结构的聚合物为端氨基化的聚乙二醇单甲醚。在本发明中，所述具有式IV结构的聚合物的制备方法包括以下步骤：

将聚乙二醇单甲醚和取代的磺酰氯进行酯化反应，得到取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯；

将所述取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯进行氨解反应，得到具有式IV结构的聚合物。

本发明优选将聚乙二醇单甲醚和甲苯共沸除水；除水后继续除去甲苯，再向其中加入二氯甲烷，得到聚乙二醇单甲醚溶液。

在本发明中，所述聚乙二醇单甲醚的数均分子量优选为750g/mol～10000g/mol；所述聚乙二醇单甲醚的质量和二氯甲烷的体积比优选为1g:(5～15)mL。

本发明优选在胺类化合物的存在下进行聚乙二醇单甲醚和取代的磺酰氯的酯化反应。在本发明中，所述胺类化合物作为有机碱中和酯化反应生成的酸性物质，促使反应的发生；所述胺类化合物优选为三乙胺。在本发明中，所述取代的磺酰氯包括甲基磺酰氯、乙基磺酰氯和对甲苯磺酰氯中的一种或多种；所述胺类化合物和取代的磺酰氯的物质的量比优选为(4～7):(15～24)。

本发明优选在-5℃～5℃下，向聚乙二醇单甲醚溶液中加入胺类化合物，同时滴加取代的磺酰氯，在得到的混合溶液中，所述聚乙二醇单甲醚与取代的磺酰氯进行酯化反应，得到取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯。在本发明中，所述酯化反应在-5℃～5℃下进行2小时后，在室温条件下继续反应48小时～72小时。

酯化反应完毕后，将得到的反应液浓缩，用乙醚沉降，然后过滤、洗涤，在真空条件下干燥24小时，得到取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯。

得到取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯后，本发明将所述取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯进行氨解反应，得到具有式IV结构的聚合物。本发明优选将所述取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯和氨水进行氨解反应。本发明为了促进取代的磺酸聚乙二醇单甲醚在氨水中的溶解，优选在氯化铵的存在下进行氨解反应。在本发明中，所述氯化铵和取代的磺酸聚乙二醇单甲醚的质量比优选为1：1；所述取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯的质量和氨水的体积比优选为1g:(30～50)mL。本发明优选将取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯和氯化铵溶于氨水中进行氨解反应。在本发明中，所述取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯和氯化铵的质量比为1:1。

在本发明中，所述氨解反应的温度优选为10℃～40℃，更优选为15℃～30℃；所述氨解反应的时间优选为65小时～75小时，更优选为70小时～72小时。

氨解反应完成后，反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗两遍，无水硫酸钠干燥后，过滤浓缩，乙醚沉降两遍。沉降产物在真空条件下干燥24小时，得到具有式IV结构的端氨基化的聚乙二醇单甲醚。

在本发明中，所述具有式V结构的聚合物的制备方法包括以下步骤：

将聚乙二醇和取代的磺酰氯进行酯化反应，得到取代的磺酸聚乙二醇酯；

将所述取代的磺酸聚乙二醇酯进行氨解反应，得到具有式V结构的聚合物。

本发明优选将聚乙二醇和甲苯共沸除水；除水后继续除去甲苯，再向其中加入二氯甲烷，得到聚乙二醇溶液。

在本发明中，所述聚乙二醇的数均分子量优选为750g/mol～10000g/mol；所述聚乙二醇的质量和二氯甲烷的体积比优选为1g:(5～15)mL。

本发明优选在胺类化合物的存在下进行聚乙二醇和取代的磺酰氯的酯化反应。在本发明中，所述胺类化合物作为有机碱中和反应生成的酸性物质，促使反应的发生；所述胺类化合物优选为三乙胺。在本发明中，所述取代的磺酰氯包括甲基磺酰氯、乙基磺酰氯和对甲苯磺酰氯中的一种或多种。

本发明优选在-5℃～5℃下，向聚乙二醇溶液中加入胺类化合物，同时滴加取代的磺酰氯，在得到的混合溶液中，所述聚乙二醇和取代的磺酰氯进行酯化反应，得到取代的磺酸聚乙二醇酯。在本发明中，所述酯化反应在-5℃～5℃下进行2小时后，在室温条件下继续反应48小时～72小时。

酯化反应完毕后，将得到的反应液浓缩，用乙醚沉降，然后过滤、洗涤，在真空条件下干燥24小时，得到取代的磺酸聚乙二醇酯。

得到取代的磺酸聚乙二醇单甲醚酯后，本发明将所述取代的磺酸聚乙二醇酯进行氨解反应，得到具有式V结构的聚合物。本发明优选将所述取代的磺酸聚乙二醇酯和氨水进行氨解反应。本发明为了促进取代的磺酸聚乙二醇单甲醚在氨水中的溶解，优选在氯化铵的存在下进行氨解反应。在本发明中，所述氯化铵和取代的磺酸聚乙二醇单甲醚的质量比优选为1：1；所述取代的磺酸聚乙二醇酯的质量和氨水的体积比优选为1g:(30～50)mL。本发明优选将取代的磺酸聚乙二醇酯和氯化铵溶于氨水中进行氨解反应。在本发明中，所述取代的磺酸聚乙二醇酯和氯化铵的质量比为1:1。

在本发明中，所述氨解反应的温度优选为10℃～40℃，更优选为15℃～30℃；所述氨解反应的时间优选为65小时～75小时，更优选为70小时～72小时。

氨解反应完成后，反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗两遍，无水硫酸钠干燥后，过滤浓缩，乙醚沉降两遍；将得到的沉降产物在真空条件下干燥24小时，得到具有式V结构的端氨基化的聚乙二醇。

在本发明中，所述L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的制备方法优选包括以下步骤：

将L-甲硫氨酸和双(三氯甲基)碳酸酯进行缩合反应，得到L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐。

本发明优选在无水条件下，将L-甲硫氨酸分散在有机溶剂中，再和双(三氯甲基)碳酸酯进行缩合反应。在本发明中，用于分散L-甲硫氨酸的有机溶剂优选为无水四氢呋喃。在本发明中，所述L-甲硫氨酸与双(三氯甲基)碳酸酯的摩尔比优选为1:(0.5～0.8)，所述缩合反应温度优选为40℃～60℃；所述缩合反应时间优选为1小时～3小时。

缩合反应结束后，将得到的反应液优选用石油醚沉降，将得到的沉降物分离，然后将得到的分离产物洗涤、干燥、浓缩，得到L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐粗产物。所述L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐粗产物通过柱层析纯化，柱层析所用淋洗剂优选为乙酸乙酯和正己烷体积比1：1，柱层析温度优选为4℃～10℃，柱层析在氮气氛围下进行。柱层析纯化后产物浓缩得到L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐。

本发明优选将聚合物与无水甲苯共沸除水后继续除去甲苯，然后将其溶解于有机溶剂中，得到聚合物溶液。在本发明中，所述聚合物的质量和无水甲苯的体积比优选为1g:(30mL～50mL)，所述共沸温度优选为120℃～135℃，所述共沸时间优选为2小时～3小时。在本发明中，溶解聚合物的有机溶剂优选包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或三氯甲烷，更优选为N,N-二甲基甲酰胺；所述聚合物的质量和有机溶剂的体积比优选为1g:(10～20)mL。

本发明优选在氮气气氛下，将L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐加入到聚合物溶液中，搅拌，进行聚合反应。在本发明中，所述聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的物质的量比优选为1:3～150，更优选为1:5～90。在本发明中，所述聚合反应的温度优选为20℃～35℃；所述聚合反应的时间优选为48小时～72小时。

聚合反应结束后，反应溶液用乙醚沉降，沉降物用氯仿溶解后再用乙醚沉降一次，对得到的沉降物进行抽虑、洗涤、真空干燥，得到甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明提供了一种水凝胶，包括甲硫氨酸嵌段共聚物和溶剂；

所述甲硫氨酸嵌段共聚物为上技术方案所述的甲硫氨酸嵌段共聚物或上述技术方案所述制备方法制备的甲硫氨酸嵌段共聚物。

在本发明中，所述水凝胶包括甲硫氨酸嵌段共聚物。所述甲硫氨酸嵌段共聚物的来源与上述技术方案所述甲硫氨酸嵌段共聚物的来源一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述溶剂优选为水、生理盐水、缓冲溶液、组织培养液或体液，更优选为缓冲溶液或生理盐水，最优选为缓冲溶液。在本发明中，所述缓冲溶液优选为PBS缓冲溶液；所述PBS缓冲溶液即为磷酸缓冲溶液，其离子强度优选为0.01～0.1mol/L。在本发明中，所述组织培养液优选包括DMEM培养液、DMEM/F12培养液。在本发明中，所述体液为动物血清或血浆。

在本发明中，所述甲硫氨酸嵌段共聚物占水凝胶的质量分数优选为1％～30％，更优选为3％～25％。

在本发明中，所述水凝胶为温度敏感型水凝胶。本发明对含有不同链长聚L-甲硫氨酸的嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶的相变行为进行测试，结果表明，其相变温度随聚L-甲硫氨酸链长的不同而改变：在本发明的某些实施例中，聚L-甲硫氨酸链长为10个链结的嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶的相变温度为40℃～55℃；在本发明的某些实施例中，链长为14个链结的嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶的相变温度为36℃～50℃；在本发明的某些实施例中，链长为20个链结的嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶的相变温度为14℃～30℃。因此，本发明可以通过调节嵌段共聚物的链长，聚合物的浓度来调节其形成的温度敏感型水凝胶的相变行为。

在本发明中，温度敏感型的水凝胶具有氧化响应性，其氧化响应性是由于所述嵌段共聚物的聚L-甲硫氨酸侧链硫醚基团可以被氧化成亚砜或砜。将上述技术方案得到的温度敏感型水凝胶置于不同介质当中，其降解速率受到介质当中氧化剂浓度的调控，表现出氧化响应性。本发明采用下述方法对温度敏感型凝胶的氧化响应性进行了测试。

将上述技术方案得到的甲硫氨酸嵌段共聚物溶解于缓冲溶液中，得到甲硫氨酸嵌段共聚物溶液。所述缓冲溶液优选为磷酸盐缓冲溶液，所述缓冲溶液的pH优选为6.5～7.5。将得到的甲硫氨酸嵌段共聚物溶液优选在恒温水浴中放置10分钟，所述恒温水浴的温度优选为20℃～30℃，得到甲硫氨酸嵌段共聚物的水凝胶。然后优选将1.5mL的含有不同浓度氧化剂的磷酸缓冲溶液缓慢加入所述嵌段共聚物的水凝胶中，优选将所述嵌段共聚物水凝胶置于35℃～40℃的恒温振荡箱中。所述氧化剂优选为过氧化氢，氧化剂浓度优选为0.1mmol/L～100mmol/L，更优选为1mmol/L～10mmol/L。所述放置时间优选为1周～4周。

本发明采用称重法和红外光谱进行分析，结果表明所述嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶的降解速率受到氧化剂浓度的调节，降解产物的结构中出现亚砜和砜基团。

在本发明中，所述水凝胶的制备方法优选包括以下步骤：

将甲硫氨酸嵌段共聚物和溶剂混合，得到水凝胶。

本发明优选将甲硫氨酸嵌段共聚物和溶剂混合，得到甲硫氨酸嵌段共聚物溶液，将得到的甲硫氨酸嵌段共聚物溶液置于恒温水浴中，得到水凝胶。在本发明中，所述甲硫氨酸嵌段共聚物溶液的质量浓度优选为1％～30％，更优选为3％～25％，所述恒温温度优选为5℃～60℃，所述放置时间优选为8分钟～12分钟。

本发明提供的温度敏感型水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，其降解周期为4周～10周，降解得到的产物为氨基酸和聚乙二醇，可通过肾脏直接排除体外，对人体无害。本发明将甲硫氨酸用于温度敏感型水凝胶的制备，制备的温度敏感型水凝胶具有氧化敏感性。水凝胶可以作为细胞支架，包埋在凝胶内细胞分泌的氧化性物质可以使凝胶发生氧化，凝胶内部的孔径变大，为细胞的生长提供空间，同时保护细胞不受局部组织高浓度氧化剂的损害；作为原位的药物载体，凝胶对病变部位的氧化环境敏感，其降解速率受到局部微环境的调控，其内部包埋的药物分子具有响应性释放。

本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物包含第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段，所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构；所述第二共聚物嵌段具有式III结构。本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第二共聚物嵌段，即聚L-甲硫氨酸具有氧化响应性，其侧链氧化后由疏水变为亲水，使甲硫氨酸嵌段聚合物的亲疏水性发生变化，进一步使水凝胶的结构和性质发生变化，表现出氧化响应性。另外，本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段均具有不同的聚合度，可以得到不同分子量的甲硫氨酸嵌段共聚物，从而形成具有不同相变温度的温度敏感型水凝胶；该水凝胶的降解周期可调控，降解产物为氨基酸和聚乙二醇，对人体无害，其氧化响应性在生物体内高浓度活性氧部位对细胞具有保护作用，并且可以实现药物分子的响应性释放。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种甲硫氨酸嵌段共聚物、其制备方法及水凝胶进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将10g数均分子量为750的聚乙二醇单甲醚与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入9.3mL三乙胺和20.6mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇单甲醚。将得到的甲基磺酸聚乙二醇单甲醚和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为750的端氨基化的聚乙二醇单甲醚。

将1.5g、数均分子量为750的端氨基化的聚乙二醇单甲醚与70mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于30mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将2.8g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为65％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为787，占嵌段共聚物总重量的51.2％。

实施例2

将10g数均分子量为2000的聚乙二醇单甲醚与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入3.5mL三乙胺和7.7mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇单甲醚。将得到的甲基磺酸聚乙二醇单甲醚和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚。

将2g、数均分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚与80mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将2.28g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，见图1，图1为本发明实施例2制备的嵌段共聚物的核磁共振氢谱图，分析图1可知，所述嵌段共聚物的产率为69.2％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为1310，占嵌段共聚物总重量的39.6％。

将本实施例2制备的嵌段共聚物配制成质量浓度为8％～15％的磷酸缓冲溶液，采用小管倒置法观察其在5℃～60℃的黏度变化，以小管倒置时，30s内不发生流动为凝胶化，每个温度下平衡10min，升温速率为2℃/min。

本实施例2制得的嵌段共聚物随温度变化的相图见图2，图2为本发明实施例2得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图，在图2中，直线下方的区域代表溶液，直线上方的区域代表凝胶，由图2可知，该凝胶化过程是可逆的，当嵌段共聚物浓度为15％时，其由溶液形成水凝胶的温度接近37℃，即可在体温下形成水凝胶，因此可用作温度敏感型可注射水凝胶，作为药物载体或支架材料应用。

实施例3

将实施例2制备的数均分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚2g与80mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将4.03g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为78.7％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为1840，占嵌段共聚物总重量的47.9％。

将实施例3制备的嵌段共聚物配制成质量浓度为6％～12％的磷酸缓冲溶液，采用小管倒置法观察其在5℃～60℃的黏度变化，以小管倒置时，30s内不发生流动为凝胶化，每个温度下平衡10min，升温速率为2℃/min。

结果参见图3，图3为本发明实施例3得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图，在图3中，直线下方的区域代表溶液，直线上方的区域代表凝胶，由图3可知，该凝胶化过程是可逆的，当嵌段共聚物浓度为12％时，其由溶液形成水凝胶的温度接近37℃，即可在体温下形成水凝胶，因此可用作温度敏感型可注射水凝胶，作为药物载体或支架材料应用。

实施例4

将实施例2制备的数均分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚2g与80mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将2.28g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为73.9％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为2620，占嵌段共聚物总重量的56.7％。

将实施例4制备的嵌段共聚物配制成质量浓度为6％～12％的磷酸缓冲溶液，采用小管倒置法观察其在5℃～60℃的黏度变化，以小管倒置时，30s内不发生流动为凝胶化，每个温度下平衡10min,升温速率为2℃/min。

结果参见图4，图4为本发明实施例4得到的不同浓度的嵌段共聚物溶液随温度变化的相图，在图4中，直线下方的区域代表溶液，直线上方的区域代表凝胶，由图4可知，该凝胶化过程是可逆的，当嵌段共聚物浓度为6％～12％时，其由溶液形成水凝胶的温度低于37℃，即可在体温下形成水凝胶，因此可用作温度敏感型可注射水凝胶，作为药物载体或支架材料应用。

实施例5

将10g数均分子量为5000的聚乙二醇单甲醚与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入1.4mL三乙胺和3.1mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇单甲醚。将得到的甲基磺酸聚乙二醇单甲醚和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为5000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚。

将2.5g、数均分子量为5000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚与100mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于50mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将3.5g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为68.9％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为4720，占嵌段共聚物总重量的48.6％。

实施例6

将10g数均分子量为10000的聚乙二醇单甲醚与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入0.7mL三乙胺和1.5mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇单甲醚。将得到的甲基磺酸聚乙二醇单甲醚和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为10000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚。

将5g、数均分子量为10000的端氨基化的聚乙二醇单甲醚与200mL无水甲苯在130℃共沸3h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于50mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将4.82g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇单甲醚-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为72.7％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为6560，占嵌段共聚物总重量的39.6％。

实施例7

将10g数均分子量为2000的聚乙二醇与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入7mL三乙胺和15.4mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇。将得到的甲基磺酸聚乙二醇和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇。

将2g、数均分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇与60mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将2.45g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为81.4％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为1570，占嵌段共聚物总重量的44％。

实施例8

将实施例7制备的数均分子量为2000的端氨基化的聚乙二醇2g与60mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将3.68g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为81.4％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为2360，占嵌段共聚物总重量的54.1％。

实施例9

将10g数均分子量为4000的聚乙二醇与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入3.5mL三乙胺和7.7mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇。将得到的甲基磺酸聚乙二醇和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为4000的端氨基化的聚乙二醇。

将2g、数均分子量为4000的端氨基化的聚乙二醇与60mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于40mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将3.07g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为72.8％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为4200，占嵌段共聚物总重量的51.2％。

实施例10

将10g数均分子量为10000的聚乙二醇与甲苯共沸除水后溶解于100mL干燥的二氯甲烷，向溶液当中加入1.4mL三乙胺和3.1mL甲基磺酰氯，反应72h后将反应液浓缩，用乙醚沉降后过滤、洗涤、干燥，得到甲基磺酸聚乙二醇。将得到的甲基磺酸聚乙二醇和等质量的氯化铵溶解在300mL氨水中进行氨解反应，反应72h后，将反应液用二氯甲烷萃取，饱和氯化钠溶液洗涤，干燥后用乙醚沉降、过滤、干燥，得到分子量为10000的端氨基化的聚乙二醇。

将5g、数均分子量为10000的端氨基化的聚乙二醇与150mL无水甲苯在130℃共沸2h除水，然后减压抽干剩余的甲苯；将得到的固体溶解于100mL干燥的N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围中，将7.97g的L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐溶解到上述的溶液中。反应在室温、氮气保护条件下搅拌进行72h，反应结束后，直接用乙醚沉降，抽虑、干燥后，得到聚乙二醇-聚L-甲硫氨酸嵌段共聚物。

本发明对得到的嵌段共聚物进行核磁共振分析，实验结果表明，所述嵌段共聚物的产率为86.2％，其中，聚L-甲硫氨酸的数均分子量为11940，占嵌段共聚物总重量的54.4％。

实施例11

将本发明实施例4制备的嵌段共聚物配置成质量浓度为8％的PBS缓冲溶液，将0.3mL缓冲溶液在37℃的恒温震荡箱中放置10min，形成水凝胶；然后将1.5mL所述PBS溶液加入到上述水凝胶中，在设定的时间段，将溶液取出，采用称重法对样品进行分析，然后加入1.5mL新的缓冲溶液；同时结合红外光谱(IR)对样品进行分析，其红外光谱见图5，图5为本发明实施例11、实施例12和实施例13制备的水凝胶在不同条件下降解产物的红外谱图，其中图5中曲线A为本发明实施例11制备的水凝胶的降解产物的红外谱图。称重法结合红外光谱法分析结果表明嵌段共聚物形成的水凝胶在PBS中的降解周期大于3周，降解产物未发生明显的氧化反应。

结果参见图6，图6为本发明实施例11制备的水凝胶在PBS溶液中的降解示意图，随着时间的延长，水凝胶逐步降解。因此，本发明所述的水凝胶可作为药物长期释放载体及细胞生长支架材料。

实施例12

将本发明实施例4制备的嵌段共聚物配置成质量浓度为8％的PBS缓冲溶液，将0.3mL缓冲溶液在37℃的恒温震荡箱中放置10min，形成水凝胶；然后将1.5mL所述H₂O₂浓度为1mmol/L的PBS溶液加入到上述水凝胶中，在设定的时间段，将溶液取出，采用称重法对样品进行分析，然后加入1.5mL新的H₂O₂浓度为1mmol/L的PBS缓冲溶液；同时结合红外光谱(IR)(图5中曲线B)对样品进行分析，结果表明嵌段共聚物形成的水凝胶在PBS中的降解周期为19天，降解产物中亚砜和砜的含量增加，嵌段聚合物发生氧化反应。

结果参见图7，图7为本发明实施例12制备的水凝胶在H₂O₂浓度为1mmol/L的PBS溶液中的降解示意图；由图7可以看出，随着时间的延长，凝胶逐步降解，降解周期为19d，在氧化剂存在条件下，嵌段聚合物发生氧化反应，凝胶降解速度加快。

实施例13

将本发明实施例4制备的嵌段共聚物配置成质量浓度为8％的PBS缓冲溶液，将0.3mL缓冲溶液在37℃的恒温震荡箱中放置10min，形成水凝胶；然后将1.5mL所述H₂O₂浓度为10mmol/L的PBS溶液加入到上述水凝胶中，在设定的时间段，将溶液取出，采用称重法对样品进行分析，然后加入1.5mL新的H₂O₂浓度为10mmol/L的PBS缓冲溶液；同时结合红外光谱(IR)(图5中曲线C)对样品进行分析，结果表明嵌段共聚物形成的水凝胶在PBS中的降解周期为4天，降解产物中亚砜和砜的含量明显增加，嵌段聚合物发生氧化反应。

结果参见图8，图8为本发明实施例13制备的水凝胶在H₂O₂浓度为1mmol/L的PBS溶液中的降解示意图；由图8可以看出，随着时间的延长，凝胶逐步降解，降解周期为4d，在较高浓度氧化剂存在条件下，嵌段聚合物发生氧化反应，凝胶降解速度加快。

由以上实施例可知，本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物包含第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段，所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构；所述第二共聚物嵌段具有式III结构。本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第二共聚物嵌段，即聚L-甲硫氨酸具有氧化响应性，其侧链氧化后由疏水变为亲水，使甲硫氨酸嵌段聚合物的亲疏水性发生变化，进一步使制得的水凝胶的结构和性质发生变化，表现出氧化响应性。另外，本发明提供的甲硫氨酸嵌段共聚物中的第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段均具有不同的聚合度，可以得到不同分子量的甲硫氨酸嵌段共聚物，从而形成具有不同相变温度的温度敏感型水凝胶；该水凝胶的降解周期可调控，降解产物为氨基酸和聚乙二醇，对人体无害，其氧化响应性在生物体内高浓度活性氧部位对细胞具有保护作用，并且可以实现药物分子的响应性释放。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水凝胶，包括甲硫氨酸嵌段共聚物和溶剂；

所述甲硫氨酸嵌段共聚物包括第一共聚物嵌段和第二共聚物嵌段；

所述第一共聚物嵌段具有式I结构或式II结构：

所述第二共聚物嵌段具有式III结构：

其中，10≤m≤227；10≤n≤226；3≤q≤150；

所述第二共聚物嵌段占甲硫氨酸嵌段共聚物的质量百分数为35％～60％。

2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述甲硫氨酸嵌段共聚物的制备方法包括以下步骤：

将聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐进行聚合反应，得到甲硫氨酸嵌段共聚物；

所述聚合物具有式IV结构或式V结构：

3.根据权利要求2所述的水凝胶，其特征在于，所述聚合物和L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的物质的量比为1:3～150。

4.根据权利要求2所述的水凝胶，其特征在于，所述L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐的制备方法包括以下步骤：

将L-甲硫氨酸与双(三氯甲基)碳酸酯进行缩合反应，得到L-甲硫氨酸-N-羧酸内酸酐。

5.根据权利要求4所述的水凝胶，其特征在于，所述缩合反应的温度为40℃～60℃；

所述缩合反应的时间为1h～3h。

6.根据权利要求2所述的水凝胶，其特征在于，所述聚合反应的温度为20℃～35℃；

所述聚合反应的时间为48h～72h。

7.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述溶剂包括水、生理盐水、缓冲溶液、组织培养液和体液中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述甲硫氨酸嵌段共聚物占水凝胶的质量分数为1％～30％。