一种基于两亲性寡肽自组装新型溶致液晶的制备和应用的制作方法

本发明涉及生物材料
技术领域：
，具体涉及一种基于两亲性寡肽自组装新型溶致液晶的制备和应用。
背景技术：
：液晶(lc)材料由于自身有序性和流动性在生物组织领域和人工合成系统中具有广泛的应用。例如，在生物组织内，lc的有序排列和流动性能对生物体内组织结构的形成起着至关重要的作用。近年来，人工合成的液晶系统也展现出了广阔的应用前景。lc内部有序的纳米结构可以为离子和电子传输提供良好的通道，其拓扑结构内的缺陷能引导分子自组装和无机粒子的取向。此外，lc模板可介导其他材料的定向生长，从而制备新型有序的纳米和亚纳米材料。因此，构建功能化液晶体系具有重要的应用价值。目前，科学家发现多种聚合物例如dna，纤维素，多肽等都能形成lc材料。但是，经由聚合物制备的液晶材料通常会涉及到苛刻或繁琐的制备方法。例如：为了确保聚合物液晶在低浓度下实现内部有效的取向，聚合物的分子量必须很大，这样会牵涉苛刻的合成条件。因此，依赖于简单分子制备lc引起了研究者们极大的兴趣。最近，基于低分子量化合物的lc材料快速涌现。其中，寡肽由于其简单成熟的合成方法、序列结构的多样性以及较强的自组装能力在低分子量液晶领域备受关注。研究表明，通过调节肽的序列结构，寡肽能在甲醇，二硫化碳以及水等溶剂中自组装形成各种溶致液晶。然而，以纯二甲基亚砜(dmso)为溶剂的溶致性寡肽lc的构建仍然未得到解决，这是因为寡肽很难在dmso中自组装形成有序结构。另外，在这些已经建立的寡肽lc系统中，结构必需含有如苯丙氨酸和酪氨酸等含芳环残基的刚性片段。因此，如果能够构建一种dmso相容的柔顺型寡肽液晶，不仅可以为设计新型不含刚性基团的液晶提供依据，同时能够研究基于dmso溶剂为体系的溶致液晶新的性能。技术实现要素：为了解决上述的技术问题，本发明提供一种基于两亲性寡肽自组装成新型溶致液晶及其制备方法，其目的在于，提供了一种新型柔性两亲性寡肽，其可以在纯dmso中发生组装，实现dmso相容的柔顺型寡肽液晶体系的构建。此溶致lc具有较好的流动性和取向性，可以作为有序介质应用于生物分子rdcs的精确测量。因为该液晶所用dmso为许多分子的良溶剂，dmso-d6又为常见氘代试剂，故此液晶体系有效扩大了基于核磁检测的被测底物的范围。本发明提供一种基于两亲性寡肽自组装成新型溶致液晶，其特征在于，所述寡肽如结构式(i)所示：作为本发明进一步的改进，根据上述基于两亲性寡肽自组装成新型溶致液晶，将所述寡肽加入dmso溶剂中超声充分溶解后得到。作为本发明进一步的改进，所述液晶是由寡肽在纯dmso溶剂中组装而成。作为本发明进一步的改进，所述液晶在寡肽浓度为2wt％-10wt％时在dmso-d6溶液中的氘共振表现出5-76hz的残余四极耦合。本发明进一步还保护了一种上述基于两亲性寡肽自组装成新型溶致液晶作为有序介质精确测量生物分子的rdcs的应用。作为本发明进一步的改进，所述液晶可测量溶于dmso的生物分子的rdcs，并借此分析其结构。作为本发明进一步的改进，所述液晶可测量雌酮的rdcs，并分析雌酮的结构。作为本发明进一步的改进，所述液晶可测量10-羟基喜树碱的rdcs，并分析10-羟基喜树碱的结构。作为本发明进一步的改进，所述介质可测量青蒿素的rdcs，并分析青蒿素的结构。本发明具有如下有益效果：1.本发明溶致lc是通过寡肽两亲物(opa)在dmso中自组装构建。所述寡肽全部由柔性链构成，不含刚性芳香族基团。2wt％的所述寡肽在dmso中的氘共振表现出5hz的rqc，当浓度为10wt％时，其rqc为76hz。低浓度、高rqc说明自组装opa纤维具有高度取向的性质，是一种理想的可测量生物分子rdcs的有序介质。2.本发明制备的寡肽链不含刚性芳族基团，避免了有序介质与分析底物之间可能存在的π-π相互作用，因此，该溶致lc可以对芳香族分子如抗肿瘤药物10-羟基喜树碱和雌酮进行rdcs测量。3.本发明自组装寡肽lc的溶剂为纯dmso，实现了以纯dmso为溶剂的寡肽lc的制备，大大扩展了分析物的种类，因为对于常见的氘代试剂，许多分子只能溶解在dmso-d6中进行rdcs测量。附图说明图1为本发明制备的opa在dmso中自组装成纳米纤维示意图；图2为本发明实施例1制备的opa的基质辅助激光解析飞行时间质谱仪(maldi-tofms)图；图3为本发明实施例1制备的opa的高效液相色谱(hplc)图，纯度为95.67％；图4为本发明实施例1制备的opa的动态光散射(dls)谱图；图5为0.5wt％opa的本发明实施例1制备的扫描电子显微镜(sem)图；图6为4.0wt％opa的本发明实施例1制备的sem图；图7为本发明实施例1制备的opa的小角度x射线散射(saxs)曲线图；图8为本发明实施例1制备的opa在dmso-d6(1wt％)中的1hnmr(600mhz)谱图(a)，本发明实施例1制备的opa纤维的红外(ft-ir)谱图(b)，本发明实施例1制备的自组装的opa纤维的广角度x射线衍射(wxrd)曲线(c)；图9为本发明实施例1制备的自组装opalc在核磁管中的交叉偏振滤光器图片；图10为不同浓度的本发明实施例1制备的opalc的偏光显微镜(pom)下向列型液晶纹理图；图11为本发明实施例1制备的opalc的二维(2d)saxs图；图12为不同浓度的本发明实施例1制备的opalc的氘(2h)nmr图；图13为10mg雌酮溶解在本发明实施例1制备的opalc(lc浓度为40.0mg/ml)的2hnmr图；图14为使用本发明实施例1制备的自组装液晶作为有序介质记录雌酮的[1h,13c]-jsb-hsqc谱；图15为使用本发明实施例1制备的自组装液晶作为有序介质测量雌酮的rdcs和计算的rdcs拟合后的线性关系图；图16为10mg10-羟基喜树碱溶解在本发明实施例1制备的opalc(lc浓度为40.0mg/ml)的2hnmr图；图17使用本发明实施例1制备的自组装lc作为有序介质记录10-羟基喜树碱的[1h,13c]-jsb-hsqc谱；图18为10mg青蒿素溶解在本发明实施例3制备的opalc(lc浓度为40.0mg/ml)的2hnmr图；图19为使用本发明实施例1制备的自组装lc作为有序介质记录青蒿素的[1h,13c]-jsb-hsqc谱；图20为使用本发明实施例1制备的自组装液晶作为有序介质测量10-羟基喜树碱的rdcs和计算的rdcs拟合后的线性关系图；图21为使用本发明实施例1制备的自组装液晶作为有序介质测量青蒿素的rdcs和计算的rdcs拟合后的线性关系图。具体实施方式下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。实施例1本发明的两亲性寡肽为软脂酸-丙氨酸-丙氨酸-丙氨酸-丙氨酸-丙氨酸-赖氨酸-谷氨酸-谷氨酸(c15h31-conh-aaaaakee-conh2)，通过标准fmoc化学固相多肽合成法合成。本发明还提供了一种基于两亲性寡肽自组装成新型溶致液晶的制备方法如下：将上述的寡肽链加入dmso溶液中超声充分溶解后得到。其中，获得的寡肽(opa)的结构图如下：本发明通过maldi-tofms检测opa的准确分子量。其测试结果如附图2所示，图2中，横坐标表示质荷比，纵坐标表示离子流的相对强度，(m/z(％))：opa：997.76(100)[m]+，(m/z(％))：opa：1019.75(100)[m+na]+，(m/z(％))：opa：1035.72(100)[m+k]+。通过实验值与理论分子量想对比，以鉴证其结构的准确性。进一步的，通过高效液相色谱仪分析所合成opa的纯度，分析测试结果显示为一单峰其纯度在95.67％，分析结果参见附图3，图3中，横坐标表示保留时间，纵坐标为电信号。opa在dmso中自组装成纳米纤维如附图1所示。值得注意的是，自组装纳米纤维在该有机体系中表现出良好的有序排列和溶致lc行为。通过研究发现，这种有序的介质可以定向生物分子并限制它们的分子运动，其有利于捕获分子的rdcs。为了初步研究opa是否能在dmso中自发组装，本发明首先通过dls评估opa在dmso中自组装情况，结果显示其在120nm和550nm处显示出两个峰，如图4所示，该图中的横坐标表示粒径尺寸，纵坐标表示相对强度，由图4可以显示有聚集体的存在。进一步的，本发明还通过sem成像观察自组装纳米纤维的形态，其观测形态如图5所示，0.5wt％的opa在dmso中自组装成平均直径为约70nm的纤维状纳米线。通过观测可以发现，纳米线表现出有序的排列状态。将opa含量提高至4.0wt％后，纳米线的直径变小，如图6。利用saxs来测量dmso溶液中自组装纳米线尺寸的大小。当opa的含量低于4wt％时，从散射曲线图中仅观察到接近的峰，如图7，表明类似的纳米线具有约6.2nm的直径，图7中的横坐标表示q值，纵坐标表示相对强度。因此，从sem图像中观察到的纳米线都是由几个单个纳米纤维组成。同时，当opa含量超过4％时，就会发现在接近处有新的信号峰，其高q值可能归因于opa分子的尺寸为3.8nm。为了探究opa在dmso中自组装的分子间相互作用力，本发明通过nmr来监测酰胺质子在不同温度下的化学位移来确定是否有氢键的参与。如附图8a所示，温度从293k增加到323k导致肽骨架的酰胺质子从低场向高场移动。然而，其他质子的化学位移并不受影响。该结果表明氢键参与肽自组装。此外，冻干的opa的ft-ir光谱在3295cm-1处显示出的特征吸收峰(酰胺a)，如图8b所示，其被指定为与氢键结合相关的nh振动。图8b中，wavenumber表示波长，intensity表示相对强度。另外，ft-ir光谱也提供了opa纳米纤维中分子排列的信息。ft-ir光谱显示在1628cm-1和1540cm-1附近的两个伸缩振动峰，其对应于β-折叠中的酰胺i和ii的特征吸收峰。与此同时，wxrd曲线中21°衍射峰也表明了纳米纤维的β-折叠二次构象，如图8c所示。将自组装纳米纤维溶液倒入nmr管中，并且通过两个交叉偏振滤光器观察其流动性和双折射主要特征。从图9中可以看出显著的双折射性质。把不同浓度的opalc滴在载玻片上，通过pom观察到典型的向列型液晶纹理，如图10所示。向列型液晶纹理的出现取决于opa的浓度(>4.0wt％)。另外，10wt％opa的二维saxs图案产生具有高轴比的椭圆漫射图案，如图11，表明opa纳米纤维具有有序的特性。随着肽浓度的增加，相应的2d图案显示出典型的漫反射弧，这归因于布拉格反射。为了进一步证实纳米纤维溶液的液晶性质，通过氘(2h)nmr验证其有序排列。在600mhz(1h)光谱仪中，2wt％opa在dmso-d6溶液中的氘共振表现出5hz的残余四极耦合值，表明溶液中的纳米纤维具有一定的取向。观察到opa在dmso-d6的rqc值与其浓度正相关。当opa浓度为10wt％时，其rqc为76hz，如图12所示，其中，图12中横坐标表示频率，纵坐标表示相对强度。核磁中2h四极分裂的信号是高度对称的，半峰宽为2.5hz，相对较窄的半峰宽从侧面表明其粘性较小。opa自组装lc显示出优异的有序性和流动性，这表明opalc作为理想的有序介质在测量生物分子rdcs表现出的巨大潜力。实施例2为了研究自组装lc作为介质在dmso-d6中准确获得rdcs的适用性，以下将使用含有芳环的雌酮作为模型分子进行了研究。其中，雌酮结构式如下式(ii),其c-13光谱在表1中给出。表1雌酮的c-13光谱表如附图13所示，将10.0mg雌酮溶解在opalc(lc浓度为40.0mg/ml)中，其2hnmr光谱显示rqc为20.42hz。在图13中，横坐标表示频率，纵坐标表示相对强度。使用自组装lc作为有序介质记录雌酮的[1h，13c]-jsb-hsqc谱，并在等温情况下将纯dmso-d6用作对照，如图14所示，图中横坐标表示氢谱，纵坐标表示碳谱，图中的backgroundsignals表示背景信号。根据实验结果分析，可以得出雌酮骨架上所有的c-h偶联均可以在有序的opalc介质中检测到，表明opalc介质与雌酮具有良好的相容性。雌酮的rdcs大小范围为-10.8-30.9hz(表1)。为了检验这些rdcs的准确性,本发明使用奇异值分解(svd)方法和mspin程序进行理论计算。引入b3lyp/6-31g*(d)水平的密度泛函理论(dft)用于计算理论的rdcs。测量的rdcs和计算的rdcs之间的线性关系如附图15所示，其中图15中，experimentalrdcs含义为实验rdcs，calculatedrdcs含义为计算rdcs,estrone表示雌酮。雌酮的q因子为0.079(q值越低，说明建模预测构型与其实际构型吻合越好)，表明自组装lc是精确测量rdcs的优良介质。实施例3以下将抗肿瘤药物10-羟基喜树碱来证明芳香分子与自组装opalc的相容性，以进一步研究自组装lc作为介质在dmso-d6中准确获得rdcs适用性。使用抗肿瘤药物10-羟基喜树碱来证明芳香分子与自组装opalc的相容性。如附图16所示，将10.0mg10-羟基喜树碱溶解在opalc(lc浓度为40.0mg/ml)中，其2hnmr光谱显示rqc为25.39hz。其中，图16中，横坐标表示频率，纵坐标表示相对强度。使用自组装lc作为有序介质记录10-羟基喜树碱的[1h,13c]-jsb-hsqc谱，并在等温情况下将纯dmso-d6用作对照，实验结果如图17,其c-13光谱在表2中给出，图17中，横坐标表示氢谱，纵坐标表示碳谱，backgroundsignals含义为背景信号。结果显示，10-羟基喜树碱骨架上所有的c-h偶联均可以在有序的opalc介质中检测到，表明opalc介质与10-羟基喜树碱同样具有良好的相容性。检测到的10-羟基喜树碱的rdcs为-31.7-3.42hz(表2)。通过拟合得到q因子值为0.076，低的q因子值表明能用该介质有效准确测量10-羟基喜树碱的rdcs值，请参图20所示，其横坐标表示氢谱，纵坐标表示碳谱，backgroundsignals为背景信号。表213c定位δcppm1h定位δhppm1jch1tch1dch1dch计算值c550.70h5a,b5.21148.44---c7129.65h78.42163.95140.62-23.33-20.98c9109.22h97.26159.12134.47-24.65-25.20c11123.36h117.41160.90129.16-31.74-31.17c12131.03h128.00161.86137.80-24.06-25.26c1496.29h147.24172.44153.15-19.29-20.08c1765.70h17a,b5.41152.35---c187.90h18(me)0.88128.08131.503.426.52c1930.00h19a,b1.86130.72129.55-1.17-1.52实施例4为了进一步研究opalc对分析其他有机分子结构的可行性，以下将以青蒿素作为底物进行探讨。青蒿素是一种有效的疟疾药物，并于2015年获得诺贝尔生理学或医学奖。如附图18所示，将10.0mg青蒿素溶解在opalc(lc浓度为40.0mg/ml)中，其2hnmr光谱显示rqc为21.31hz。在图18中，横坐标表示频率，纵坐标表示相对强度。使用自组装lc作为有序介质记录青蒿素的[1h,13c]-jsb-hsqc谱，并在等温情况下将纯dmso-d6用作对照，如图19，其c-13光谱在表3中给出。检测到青蒿素的rdcs为-1.71-6.95hz(表3)。对于青蒿素也获得了极好的拟合，低q因子值为0.088，如图21所示，在图20和图21中，10-hydroxycamptothecine表示10-羟基喜树碱，artemisinin表示青蒿素。表313c定位δcppm1h定位δhppm1jch1tch1dch1dch计算值c149.94h11.32131.76138.376.616.81c224.86h2a,b1.92,1.32129.48131.471.992.34c335.92h3a,b2.26,2.05128.55132.644.093.66c593.75h56.13179.25177.54-1.71-1.65c744.37h71.78133.10140.056.956.58c822.96h8a,b1.71,1.14127.42130.523.103.71c933.53h9a,b1.62,1.01126.90128.371.471.74c1036.51h101.53127.00133.846.846.82c1132.93h113.16127.25126.86-0.39-0.50c1312.93h13(me)1.06129.09128.65-0.44-0.14c1420.10h14(me)0.91126.29127.070.781.35c1525.56h15(me)1.35129.86130.710.850.91与现有的肽lc晶系统相比较，本发明具有两个优点：1)它可以通过柔性寡肽两亲物构建，因不含传统液晶所需要的刚性结构，为设计开发其他新型液晶提供了思路。2)自组装肽lc的溶剂为纯dmso。鉴于上述的优点，寡肽lc在rdcs测量中显示出很大的前景。本发明中opa可由仪器自动合成，制备容易；可通过直接溶解寡肽制备液晶，方法简单，可操作性强。opa中不存在刚性芳族基团，这就避免了有序介质和分析物之间发生强烈的π-π相互作用的风险。同时体系中用到的溶剂为dmso，能有效解决被检测底物在常规溶剂中不能溶解的问题，从而有效扩展了被检测底物的种类和数量。本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。当前第1页12