CN110755610B - 一种具有聚集诱导发光效应的抗菌水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)黄连素水溶液的配制(2)氨基酸衍生物Fmoc‑Phe‑OH溶液的配制(3)Fmoc‑Phe‑OH溶液与黄连素水溶液按比例混合，室温下静置得到具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶。该方法具有体系简单、反应迅速以及水凝胶可塑性高等优点。同时，利用氨基酸衍生物自组装形成的纳米纤维网络结构及静电相互作用来限制黄连素分子内运动，进一步实现黄连素的聚集诱导发光，从而最终制备得到具有光动力抗菌效果的水凝胶。

Description

一种具有聚集诱导发光效应的抗菌水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物材料领域，具体涉及一种具有聚集诱导发光效应的抗菌水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是包含有大量水的三维网络结构，展现出柔性材料的性质、类固态的流变行为以及膨胀-收缩行为。水凝胶既可以通过化学交联的聚合物构筑，也可以通过低分子量凝胶剂或物理交联的聚合物来构筑。其中，小的低分子量的化合物通过非共价键相互作用(包括氢键、疏水相互作用、π-π相互作用、范德华力等)进行自组装，所形成的水凝胶被称为超分子水凝胶。
由于肽基超分子水凝胶具有良好的生物相容性、无毒性以及对外界环境具有优异的响应特性，使其在药物递送、组织工程、传感器、控制释放等多个领域具有十分广阔的应用前景。然而，单一的肽基水凝胶体系依然具有一些不足，如稳定性较低、机械性能较弱等，这些缺点限制了其在高机械性和高可塑性方面的应用潜能。针对这些问题，一个非常有效的解决方法是利用物理或化学交联的方法，向肽基水凝胶中引入功能性物质或化学基团，形成自组装杂化水凝胶。物理交联杂化水凝胶是指，将一种或一种以上的功能性物质引入肽基自组装水凝胶中，形成的网络结构与功能性物质以非共价键形式相连的一种物理方式。这类凝胶过程通常具有可逆性，并且杂化胶在保持肽基水凝胶自身的物理网络结构的同时，引入的聚合物还能赋予水凝胶新的环境响应或机械强度等性能。引入肽基水凝胶的功能性物质主要有多糖、蛋白质、无机物、有机聚合物等。
光动力杀菌通过光敏剂(photosensitizers,PSs)通过在白光照射下产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)来杀灭细菌，是一种新型的杀菌方法。光动力杀菌具有毒性低和副作用小的优点。除此之外，光动力杀菌还能够避免耐药菌株的产生。具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)特性的PSs吸引了科研人员越来越多的关注。与聚集诱导淬灭(aggregation-caused quenching,ACQ)相反，具有AIE特性的分子在溶解状态下几乎没有荧光发射，但在聚集状态下具有强烈的荧光发射。AIE分子不仅具有高的荧光强度，而且还具有高的ROS产生效率，可以在光照下产生ROS杀灭细菌。AIE分子的优异特性使其可作为抗菌材料，用于光动力杀菌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨基酸衍生物和黄连素组装的抗菌水凝胶及其快速制备方法。
本发明的技术原理：
Fmoc-Phe-OH在静电作用力和疏水作用力的作用下，Fmoc-Phe-OH逐渐由无规则的状态形成有序的β－折叠结构。随着时间的增长，有序的β－折叠纤维相互缠绕形成多孔的三维网状结构，从而形成水凝胶。当Fmoc-Phe-OH溶液中有黄连素存在时，由于黄连素具有丰富的氮阳离子，两者通过静电相互作用进行有序结合，进而形成立体三维的网状结构。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
可选地，所述氨基酸衍生物为Fmoc-Phe-OH；所述黄连素纯度＞97％。
可选地，所述氨基酸衍生物与黄连素的质量比为1:1-6。
可选地，所述的抗菌水凝胶的方法，包括如下步骤：
(1)黄连素水溶液的配制
称取一定量的盐酸黄连素水合物于烧杯中，加入超纯水，超声成均匀溶液，放置备用。
(2)氨基酸衍生物Fmoc-Phe-OH溶液的配制
称取一定量的Fmoc-Phe-OH于20mL的pH7.4、50mM的磷酸缓冲溶液中，超声分散10min直至获得均匀溶液，然后置于80℃水浴锅中温和加热以帮助溶解，直至获得透明溶液。
(3)Fmoc-Phe-OH溶液与黄连素以1:1-6的比例混合，室温下静置5min，即得到抗菌水凝胶。
可选地，氨基酸衍生物Fmoc-Phe-OH的浓度为5～30mg/mL；黄连素的浓度为40-640μg/mL。
本发明的有益效果是：
(1)相比单独的氨基酸衍生物水凝胶或黄连素水溶液，本发明制备的水凝胶具有更优的抑菌效果，通过黄连素的聚集诱导发光特性来实现光动力抗菌效果，且具有较广的抑菌谱、良好的生物相容性。
(2)本发明采取的制备方法，体系简单、反应迅速、不需要额外添加辅助成胶因子。
附图说明
图1为本发明中水凝胶形成效果图
图2为本发明中水凝胶荧光发光效果图
图3为本发明水凝胶透射电镜图
图4为本发明水凝胶对大肠杆菌的光动力抑制效果图
图5为本发明水凝胶对金黄色葡萄球菌的光动力抑制效果图
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行说明，但本发明并不仅局限于此。
下面实施例中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下面实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面实施例中所采用的Fmoc-Phe-OH，购自上海吉尔生化有限公司，CAS号35661-40-6，货号35701。盐酸黄连素水合物购自上海源叶生物有限公司，CAS号141433-60-5，货号s30594。pH 7.4、0.2M的PB溶液配制方法:称取二水磷酸二氢钠31.2g溶于蒸馏水中，定容至1000mL，为A液；称取十二水磷酸氢二钠71.6g溶于蒸馏水中，定容至1000mL，为B液。分别取A液19.0mL、B液81.0mL于烧杯中混匀，使用时稀释成50mM即可。
实施例1.Fmoc-Phe-OH和黄连素抗菌水凝胶的制备
利用分析天平称量黄连素0.00575g于50mL离心管中，向管中加入12mL超纯水，超声10min，得到均匀的黄连素水溶液。
称取Fmoc-Phe-OH粉末0.1g于20mL PB溶液中，使用超声细胞破碎仪超声10min直至获得均匀溶液，然后置于80℃水浴锅中加热以帮助溶解，直至获得透明溶液。
先取黄连素水溶液0.5mL于玻璃瓶中，后取Fmoc-Phe-OH溶液0.5mL于玻璃瓶中，室温下静置5min得稳定水凝胶，如图1，倒置以检验凝胶的形成。通过透射电镜分析水凝胶结构，如图2所示水凝胶内部为交错的纤维网络结构，其中黄连素以10-20nm的颗粒形式存在。如图3，通过对抗菌水凝胶在365nm波长紫外灯下照射，观察到水凝胶发出明亮的黄绿光。
图4、图5为制备的抗菌水凝胶进行的抗菌实验，分别以大肠杆菌、金色葡萄球菌为实验对象，由图所示，经水凝胶处理1h后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌存活率分别为21.3％、0％，证明该种水凝胶优异的光动力抗菌效果。
实施例2.Fmoc-Phe-OH和黄连素抗菌水凝胶的制备
利用分析天平称量黄连素0.00288g于20mL离心管中，向管中加入12mL超纯水，超声10min，得到均匀的黄连素水溶液。
称取Fmoc-Phe-OH粉末0.18g于20mL PB溶液中，使用超声细胞破碎仪超声10min直至获得均匀溶液，然后置于80℃水浴锅中加热以帮助溶解，直至获得透明溶液。
先取黄连素水溶液0.5mL于玻璃瓶中，后取Fmoc-Phe-OH溶液1mL于玻璃瓶中，室温下静置30s得稳定水凝胶，倒置以检验凝胶的形成。

Claims (5)

1.一种具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶，其特征在于，制备方法按以下步骤进行：
(1)黄连素水溶液的配制
称取一定量的盐酸黄连素水合物于烧杯中，加入超纯水，超声溶解，成均匀溶液，放置备用；
(2)氨基酸衍生物Fmoc-Phe-OH溶液的配制
称取一定量的Fmoc-Phe-OH于20mL的pH7.4、50mM的磷酸缓冲溶液中，超声分散10min直至获得均匀溶液，然后置于80℃水浴锅中温和加热以帮助溶解，直至获得透明溶液；
(3)黄连素水溶液与Fmoc-Phe-OH溶液按质量比例混合，室温下静置即得到水凝胶。
2.根据权利要求1所述的具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶，其特征在于，所述盐酸黄连素水合物的纯度＞97％。
3.根据权利要求1所述的具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶，其特征在于，所述氨基酸衍生物Fmoc-Phe-OH与黄连素水溶液的质量比为1:1-6。
4.根据权利要求1所述的具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶，其特征在于，所述氨基酸衍生物Fmoc-Phe-OH的浓度为5～30mg/mL，黄连素的浓度为40-640μg/mL。
5.根据权利要求1所述的具有聚集诱导发光特性的抗菌水凝胶，其特征在于，凝胶过程迅速，凝胶时间5min内，具有光动力抗菌效果。
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