一种基于聚氨基酸分子交联水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚氨基酸技术领域，具体涉及一种基于聚氨基酸分子交联水凝胶及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 材料科学与生命科学的交叉，推动了生物材料的迅猛发展。水凝胶（Hydrogel)是 以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水 残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合 物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，且吸水后具有 一定的柔软和弹性，它是由亲水性三维网状结构与大量水构成的独特分散体系，能够在水 中溶胀而不溶解。
[0003] 水凝胶有各种分类方法，根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝 胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，这种凝胶是非永久 性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然高分子在 常温下呈稳定的凝胶态，如k2型角叉菜胶、琼脂等；在合成聚合物中，聚乙烯醇（PVA)是一 典型的例子，经过冰冻融化处理，可得到在60°C以下稳定的水凝胶。化学凝胶是由化学键交 联形成的三维网络聚合物，是永久性的，又称为真凝胶。
[0004] 水凝胶作为一种高吸水高保水材料，被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱， 在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中 的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的 药物载体等等。值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的 需求。
[0005] 多数软组织就是由蛋白质和聚糖等生物高分子组成的水凝胶，因此，水凝胶在生 物医学领域，特别是药物释放，组织工程，再生医学，生物传感器，柔性促动器以及人工细胞 外基质等方面具有广泛的应用前景。大部分传统的合成水凝胶力学强度较弱且韧性不足， 这些缺陷妨碍了其进一步用，目前主要应用于对力学强度要求不高的领域，如药物控释和 吸水材料等。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于聚氨基酸分子交联水凝胶，同 时本发明的另一个目的是提供一种基于聚氨基酸分子交联水凝胶的制备方法。
[0007] 为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种基于聚氨基酸分子交联水凝胶，所述水凝胶的交联剂为聚氨基酸。
[0009] -种基于聚氨基酸分子交联水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0010] (1)采用γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯和三光气进行反应，得到N-羧基-环内酸酐 化合物（NCA);
[0011] 合成路线如下：
[0012]
[0013] 采用γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯和三光气溶于溶剂中反应，反应结束后，用旋转蒸 发仪除去溶剂，将粗产品通过重结晶纯化，减压蒸馏得到最终产品；
[0014] (2)在引发剂作用下，所述Ν-羧基-环内酸酐化合物进行开环聚合反应，得到聚 (γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯）（PBLG);
[0015] 将NCA和引发剂在溶于溶剂中，并在一定温度和惰性气体保护条件下进行反应， 反应结束后，将溶液减压蒸馏除去溶剂，接着将浓缩后的溶液在不良溶剂中沉淀，通过离心 分离得到固体，真空烘干得到最终产物白色固体。合成路线如下：
[0016]
[0017] 所述的惰性气体指的是不参与反应的气体，下列气体尤其适合惰性气体：氮气，二 氧化碳，氦气，氖气和氩气；
[0018] (3)将所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯）与3-氨基丙醇发生氨解反应，得到聚 (氮5_ (3-羟基丙基）L-谷氨酰胺）（PHPG);
[0019] 先将PBLG溶于3-氨基丙醇，进行反应，反应结束后，将溶液加入不良溶剂中沉淀 出来，离心分离法得到固体，真空烘干得到最终产物白色固体。合成路线如下：
[0020]
[0021] 所述的不良溶剂是乙醚；离心机转速是9000转/分钟；
[0022] (4)将所述聚（氮5_ (3-羟基丙基）L-谷氨酰胺）与丙烯酰氯反应，得到聚氨基酸 非呙子型大分子交联剂。
[0023] 将PHPG溶于溶剂中，加入酸吸附剂，在冰水浴条件下慢慢滴加丙烯酰氯，室温反 应是3小时。反应结束后，通过减压蒸馏除去溶剂，然后将浓缩后的溶液于不良溶剂中沉淀 出来，离心分离，真空干燥得到白色固体。合成路线如下：
[0024]
[0025] 酸吸附剂为三乙胺，酸吸附剂和PHPG的摩尔比为1:1 ;所述的不良溶剂是乙醚，所 述的离心机转速是9000转/分钟。η为30-500的整数，X和y分别为重复单元在无规共聚 物中的比例，x+y= 1。
[0026] (5)将所述聚氨基酸非离子型大分子交联剂与丙烯酸钠溶液混合均匀，加入引发 剂和光促进剂，反应后即得到所述基于聚氨基酸分子交联水凝胶。
[0027] 具体过程如下：
[0028] 在冰水浴中，向丙烯酸水溶液中加入氢氧化钠，搅拌，然后将交联剂双键功能化的 非离子型聚氨基酸加入溶液中，搅拌，将过硫酸铵和N，N，N，N-四甲基乙二胺分别加到混合 液中，搅拌均匀之后，将混合液倒入模具当中，25°C下反应2小时。
[0029] 所述丙烯酸溶液是由5g丙烯酸和20ml去离子水组成，所述丙烯酸使用前经过纯 化，所述碱是氢氧化物，作为优选，所述的碱是氢氧化钠。
[0030] 作为优选，步骤（1)中，所述γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯与三光气的摩尔比为 1:0. 30~0, 50 〇
[0031] 作为优选，步骤（1)所述反应的溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷；所述反应 的温度为35-55°C;反应时间为4-6小时。
[0032] 作为优选，步骤（2)中开环聚合反应的引发剂为伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅 胺，开环聚合反应的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或二氧六环。
[0033] 伯胺、仲胺、叔胺或六甲基二硅胺；伯胺全部都可以，具体可以是正己胺、苄胺；
[0034] 同理，仲胺可以是二乙胺；叔胺可以是三乙胺，六甲基二硅胺。
[0035] 作为优选，步骤（2)开环聚合反应中引发剂和N-羧基-环内酸酐化合物的摩尔比 为 1:50-200。
[0036] 作为优选，步骤（2)中开环聚合反应的温度为20_50°C，开环聚合反应的时间为 24-36小时。
[0037] 作为优选，上述的制备方法中，步骤（3)所述聚（γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯）与 3_氨基丙醇的摩尔比可为1: (10-30)，步骤（3)的反应温度为50-80°C，反应时间为12-36 小时。
[0038] 作为优选，步骤（4)反应用溶剂为四氢呋喃或二氯甲烷；反应温度为-5_5°C;反 应时间为2-5小时；聚（氮5-(3-羟基丙基）L-谷氨酰胺）与丙烯酰氯的摩尔的量比为1: 0. 2_2〇
[0039] 作为优选，步骤（4)中产物X为0·5-1。
[0040] 本发明的交联剂首先采用三光气和γ-苯甲基-L-谷氨酸苄酯合成NCA;然后NCA 在引发剂的作用下开环聚合，合成聚谷氨酸苄酯；再在3-氨基丙醇溶液中聚谷氨酸苄酯胺 解得到聚谷氨酸，聚谷氨酸功能化引入双键等官能团。
[0041] 本发明提供的制备方法的原料来源广泛，可以从现有的商业途径获得，成本低廉， 合成方法简单易行；将双键引入到α螺旋聚氨基酸分子中，多氢键的协同作用使得这种超 分子作用力不容小觑，在不破坏其共价键的情况下，拉伸α螺旋多肽，其氢键具有可逆性， 可用于制备高强度可回复的水凝胶。聚氨基酸是具有良好生物相容性的聚合物，采用该材 料合成的水凝胶，其生物相容性相比于单组份聚丙烯酸水凝胶有显著提高，可以作为生物 体组织工程和修复支架材料等。
[0042] 本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明制备得到的大分子交联剂为聚氨基 酸非离子型大分子交联剂，这种交联剂具有生物相容性和多重氢键，在用于制备水凝胶过 程中能够增强水凝胶的