专利名称：聚谷氨酸衍生物及其水凝胶和制备方法
技术领域：
本发明涉及生物医用高分子材料领域，具体涉及一种聚谷氨酸衍生物及其水凝胶和制备方法。
背景技术：
生物医用材料(biomedical material)是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高分子材料。它是研究人工器官和医疗器械及药物制剂的基础，已成为材料学科的重要分支。生物医用高分子材料作为高分子材料学科的一个分支学科，更是在近40年时间内，伴随着生物技术的迅猛发展才真正开始了人们对它的研究和认识。除了天然医用高分子材料，合成生物医用高分子材料则伴随着高分子合成技术的不断进步而应运而生。聚肽材料作为一种主链由肽键相连接的高分子材料又被称为聚氨基酸材料，通常由一种或者几种氨基酸或其衍生物通过聚合反应得到均聚物或者共聚物，其具有独特的二级结构、良好的生物可降解性和生物相容性，被广泛的应用于药物释放和组织工程等领域。不同结构的氨基酸合成的聚氨基酸具有不同的侧链，控制侧链集团的亲疏水性，荷电荷性或酸碱性，可以调节聚合物的物理化学性能和降解速度。聚氨基酸独特的结构使其区别于传统的聚合物，并具有很多传统聚合物所不具备的优点，其良好地生物相容性、可降解性、自组装行为、液晶现象及力学性能为生物医学和组织工程学领域提供了理想的材料。其中聚氨基酸及其共聚物的自组装行为为开发新型的药物载体创造了条件，这种药物载体具有可控释、靶向输送、提高不溶药物吸收率及可降解等诸多优点，目前已成为生物高分子领域的重要研究方向。
多数的聚肽由于严重的分子内及分子间氢键作用，以至于其在水溶液中的溶解性并不好。而聚乙二醇作为一种常用的生物医用高分子材料，具有优良的水溶性以及生物相容性，近几十年被越来越多的研究者用于改善疏水性聚合物的水溶性，或者对共聚物的自组装行为进行深入的研究。近些年，聚肽基的共聚物，尤其是聚乙二醇聚肽共聚物，已经成为了目前研究的热点领域；并由于其独一无二的生物特性，越来越多的被应用于新的生物活性材料上。此外，水凝胶是一种典型的在软组织和骨工程方面有重大应用前景的材料。水凝胶良好的吸水性和渗透结构可以模拟自然界的细胞外模型，这些关键特性使得其在这些方面可以有很好的应用。为了替代自然界模型，需要在合成水凝胶中构建许多结构和功能特性。令人满意的特性包括生物相容性、可允许细胞的生长的可降解性、可注射性和在伤口处快速的形成、可以适应不同用途的机械性能等等。但是，在许多实际例子中，水凝胶的合成和形成是非常复杂的，这限制了材料的实际应用。更重要的是，这些体系的复杂性结合了调整分子参数的有限手段，导致了无法独立调节大部分的特性；比如说，调节支架强度的同时也保持一个恒定的水凝胶网格尺寸是非常有益的，这样一个体系应该允许直接测试支架强度对细胞增殖的影响。然而，由于水凝胶的可降解性通常是因为采用了可降解的交联体，因此这很难通过改变交联密度来调节降解速率和因而增加的初始水凝胶的机械性能。由于很多水凝胶的特性调节都是同时发生的，因此目前很难确定最重要的凝胶性能。合成聚肽类的水凝胶却可以很好地调节很多性能参数，为其在组织工程的应用提供了一个很好的平台。目前，通过聚谷氨酸衍生物制备的水凝胶材料还较为罕见。Deming课题组(SoftMatter, 2005，1:28 - 35)曾经合成得到聚(L-赖氨酸-溴化氢)、聚(L-谷氨酸钠盐)分别与疏水性的α -螺旋聚L-丙氨酸组成两亲性嵌段共聚肽，并制备其水凝胶材料，通过化学合成和结构表征的结合，把详细的材料结构与性能关系建立起来，使得凝胶强度，凝胶空隙，介质稳定性等性能高度可控，并且许多参数可以进行单独的调节。但是这种共聚肽凝胶的力学强度较低也导致了其应用的领域受到了极大的限制，无法应用于对材料力学强度要求较高的组织工程领域；并且，目前侧链为酰胺键的聚肽水凝胶材料的制备也未见有过报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚谷氨酸衍生物及其水凝胶和制备方法。本发明通过简单的化学修饰方法将异丙胺成功引入聚乙二醇单甲醚-b_聚谷氨酸嵌段共聚物上并成功将其制备成有一定力学强度的生物可降解水凝胶材料，可以通过可控的改变聚合物连段的长度来改变水凝胶材料的力学性能并具有一定的力学强度；本发明的聚谷氨酸衍生物及其水凝胶可以广泛地应用在药物载体、组织工程支架等领域。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:第一方面，本发明涉及一种聚谷氨酸衍生物，其结构式如式(1)所示:
权利要求
1.一种聚谷氨酸衍生物，其结构式如式(I )所示:
2.一种根据权利要求1所述的聚谷氨酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: Α、以无水N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，在氮气保护下，以端氨基的聚乙二醇单甲醚作为大分子引发剂引发L-谷氨酸苄酯-N-羧酸内酸酐聚合得到聚乙二醇单甲醚-b-聚谷氨酸苄酯嵌段共聚物； B、将所述聚乙二醇单甲醚-b-聚谷氨酸苄酯嵌段共聚物溶解在二氯乙酸中，加入含HBr33wt%的CH3COOH溶液，在室温下水解去除苄基酯保护基团，得聚乙二醇单甲醚_b_聚谷氨酸嵌段共聚物； C、将所述聚乙二醇单甲醚-b-聚谷氨酸嵌段共聚物溶解在无水N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌下加入EDC、NHS活化后，加入异丙胺搅拌反应，反应产物用去离子水进行透析后冷冻干燥，即得所述聚谷氨酸衍生物。
3.根据权利要求2所述的聚谷氨酸衍生物的制备方法，其特征在于，通过调节所述步骤A中的端氨基的聚乙二醇 单甲醚与L-谷氨酸苄酯-N-羧酸内酸酐单体的摩尔投料比，得到不同分子量和组成的聚谷氨酸衍生物。
4.根据权利要求3所述的聚谷氨酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述端氨基的聚乙二醇单甲醚的数均分子量为2000。
5.根据权利要求3所述的聚谷氨酸衍生物的制备方法，其特征在于，所述端氨基的聚乙二醇单甲醚与L-谷氨酸苄酯-N-羧酸内酸酐单体的摩尔投料比为1: (20 60)。
6.根据权利要求2所述的聚谷氨酸衍生物的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述聚乙二醇单甲醚-b_聚谷氨酸嵌段共聚物与EDC、NHS的摩尔比为1:5:5。
7.一种根据权利要求1所述的聚谷氨酸衍生物制备而得的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶是通过如下方法制备而得的:其特征在于，将所述聚谷氨酸衍生物加入pH=7.4的磷酸缓冲溶液中配成粘稠状溶液，37°C恒温震荡，即得所述水凝胶。
8.根据权利要求7所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶中，所述聚谷氨酸衍生物占总重的质量百分比含量为7.5 12.5%。
全文摘要
本发明公开了一种聚谷氨酸衍生物及其水凝胶和制备方法。该聚谷氨酸衍生物结构式如下式(Ⅰ)；其中，n为20～60中任一整数。制备时，本发明通过简单的化学修饰方法将异丙胺成功引入聚乙二醇单甲醚-b-聚谷氨酸嵌段共聚物上并成功将其制备成有一定力学强度的生物可降解水凝胶材料。由于可以通过可控的改变聚合物连段的长度来改变水凝胶材料的力学性能；本发明的聚谷氨酸衍生物及其水凝胶可以广泛地应用在药物载体、组织工程支架等领域。
文档编号C08J3/075GK103113579SQ201310055049
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月21日 优先权日2013年2月21日
发明者郎美东, 肖艳, 卜宇 申请人:华东理工大学