一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法与流程

本发明具体涉及一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法，属于生物纳米材料制备技术领域。

背景技术：

作为细胞外基质的主要组成部分,胶原蛋白由于良好的生物学性能和结构特点，它在再生医学和组织工程中得到广泛的关注和应用。胶原蛋白具有完美的(Gly-X-Y)n重复氨基酸序列和经典的三重螺旋结构。胶原蛋白纤维形成的分子支架，可以为哺乳动物提供完整的结构和较好的机械强度。因此，胶原蛋白仿生多肽的设计在构建新型生物功能材料方面有很多潜在的应用。

对仿生胶原多肽的研究已经发现多种策略来制备胶原多肽纳米材料，包括：半胱氨酸修饰的多肽、静电相互作用、π-π堆积作用、阳离子-π相互作用、金属配位作用、两亲性多肽、成核现象以及疏水作用等。利用各种胶原多肽，现已经成功合成了高度有序的微丝状、网状、微型管、空心球、纳米盘、纳米片等结构。由于胶原多肽自身具有良好的生物相容性和降解性能，利用胶原多肽自组装方法构建的纳米材料在药物控制释放、组织工程支架材料以及生物矿化等领域具有巨大的应用前景。

镧系金属离子作为光致发光材料，具有发光寿命长、低毒性、线性发射、光化学稳定性高等优点，因而在医学诊断和细胞成像领域广泛应用。固相合成法具有反应过程不需要对中间体进行分离纯化、收率较高、过程易于检测等诸多优点。本发明涉及一种镧系金属介导的自组装胶原多肽及其仿生发光材料的制备方法。特殊设计的胶原多肽在不同的镧系金属离子的介导下，在非常温和的条件下，均可自组装形成结构可控的纳米材料；而且，该纳米材料具有良好且可调控的发光性能。胶原多肽与镧系金属离子自组装形成的胶原仿生发光材料，在细胞成像、医疗诊断、以及细胞培养发光支架等方面具有巨大潜力。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提出了一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法，特殊设计的胶原多肽在镧系金属离子的介导下，在非常温和的条件下，自组装形成结构可控，并具有良好发光性能的纳米材料。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)仿生胶原多肽的设计与合成

设计特定氨基酸序列的胶原多肽，包括:①、中间含有较多的(Gly-Pro-Hyp)n或(Gly-Pro-Pro)n重复序列，以帮助多肽形成胶原经典的三重螺旋结构；②、两端含有天冬氨酸或谷氨酸，以实现与镧系金属的配位；设计好的胶原多肽采用Fmoc固相合成法，利用手动合成仪逐步合成的方式合成，包括：a、树脂处理溶胀；b、活化氨基酸；c、缩合反应；d、α-氨基脱保护；e、延伸肽树脂；f、切割肽树脂；g、肽的分离纯化。

(2)胶原仿生发光纳米材料的制备

在0.1M HEPES，pH 7.0的缓冲溶液条件下，配制浓度为0.1-10.0mg/ml的胶原多肽溶液；配置浓度为50mM的不同镧系金属的硝酸盐溶液；按照镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比分别为1:1-15:1的条件下，配置镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液；将上述混合溶液在4-70℃的恒温箱里放置1-96hrs；将反应产物在10000rpm下进行固液分离，得到固体沉淀；并用乙醇分散固体，再离心纯化3-5次，得到可发光的纳米材料。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(1)中所述胶原多肽的两端第一个氨基酸为天冬氨酸或谷氨酸，第二个氨基酸为天冬氨酸，谷氨酸或色氨酸，中间序列为GPO，GPP，GDP或GEP。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(1)中所述镧系金属元素为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(1)中所述胶原多肽固相合成使用的树脂为二氯树脂，缩合体系为高效的HBTU/HOBt/DIEA缩合体系。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述胶原多肽的浓度为1.0-5.0mg/ml，镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比为1:1-9:1。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液在4-45℃的恒温箱里放置6-64hrs。

本发明公开的一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法，具有以下优点：胶原多肽多肽在不同的镧系金属离子的介导下，在非常温和的条件下，均可自组装形成结构可控的纳米材料；而且该纳米材料具有良好且可调控的发光性能；胶原多肽与镧系金属离子自组装形成的胶原仿生发光材料，在细胞成像、医疗诊断、以及细胞培养发光支架等方面具有巨大潜力。

附图说明

图1为胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD在镧系金属离子介导下自组装形成纳米材料的扫描电子显微镜图；

图2为胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD在镧系金属离子介导下自组装形成纳米材料的透射电子显微镜图；

图3为胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD在镧系金属离子介导下自组装形成纳米材料的荧光发射光谱图；

图4为胶原多肽DD(GPO)₇DD在镧系金属离子介导下自组装形成纳米材料的扫描电子显微镜图；

图5为胶原多肽DW(GPO)₇WD在镧系金属离子介导下自组装形成纳米材料的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-图5所示，一种镧系金属介导的胶原多肽及其仿生材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)仿生胶原多肽的设计与合成

设计特定氨基酸序列的胶原多肽，包括:①、中间含有较多的(Gly-Pro-Hyp)n或(Gly-Pro-Pro)n重复序列，以帮助多肽形成胶原经典的三重螺旋结构；②、两端含有天冬氨酸或谷氨酸，以实现与镧系金属的配位；设计好的胶原多肽采用Fmoc固相合成法，利用手动合成仪逐步合成的方式合成，包括：a、树脂处理溶胀；b、活化氨基酸；c、缩合反应；d、α-氨基脱保护；e、延伸肽树脂；f、切割肽树脂；g、肽的分离纯化。

(2)胶原仿生发光纳米材料的制备

在0.1M HEPES，pH 7.0的缓冲溶液条件下，配制浓度为0.1-10.0mg/ml的胶原多肽溶液；配置浓度为50mM的不同镧系金属的硝酸盐溶液；按照镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比分别为1:1-15:1的条件下，配置镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液；将上述混合溶液在4-70℃的恒温箱里放置1-96hrs；将反应产物在10000rpm下进行固液分离，得到固体沉淀；并用乙醇分散固体，再离心纯化3-5次，得到可发光的纳米材料。

其中，步骤(1)中所述胶原多肽序列来自于表1或表2中的肽序列的一种或几种，多肽的两端第一个氨基酸为天冬氨酸或谷氨酸，第二个氨基酸为天冬氨酸，谷氨酸或色氨酸，中间序列为GPO,GPP,GDP或GEP。

表1

表2

其中，步骤(1)中所述镧系金属元素为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。

其中，步骤(1)中所述胶原多肽固相合成使用的树脂为二氯树脂，缩合体系为高效的HBTU/HOBt/DIEA缩合体系。

其中，步骤(2)中所述胶原多肽的浓度为1.0-5.0mg/ml，镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比为1:1-9:1。

其中，步骤(2)中所述镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液在4-45℃的恒温箱里放置6-64hrs。

实施例1

一种镧系金属介导的自组装胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD及其仿生发光材料的制备，实现步骤如下：

(1)固相合成法合成胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD

采用Fmoc固相合成法，利用手动合成仪逐步合成的方式合成胶原多肽DD(GPP)₅GDP(GPP)₆DD。

(2)胶原仿生发光纳米材料的制备

在0.1M HEPES，pH 7.0的缓冲溶液条件下，配制浓度为5mg/ml的胶原多肽溶液；配置浓度为50mM的不同镧系金属的硝酸盐溶液；按照镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比为2:1的条件下，配置镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液；将上述混合溶液在25℃的恒温箱里放置48hrs；将反应产物在10000rpm下进行固液分离，得到固体沉淀；并用乙醇分散固体，再离心纯化3-5次，得到可发光的纳米材料。

实施例2

一种镧系金属介导的自组装胶原多肽DD(GPO)₇DD及其仿生发光材料的制备，实现步骤如下：

(1)固相合成法合成胶原多肽DD(GPO)₇DD

采用Fmoc固相合成法，利用手动合成仪逐步合成的方式合成胶原多肽DD(GPO)₇DD。

(2)胶原仿生发光纳米材料的制备

在0.1M HEPES，pH 7.0的缓冲溶液条件下，配制浓度为3mg/ml的胶原多肽溶液；配置浓度为50mM的不同镧系金属的硝酸盐溶液；按照镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比为1:1的条件下，配置镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液；将上述混合溶液在4℃的恒温箱里放置24hrs；将反应产物在10000rpm下进行固液分离，得到固体沉淀。并用乙醇分散固体，再离心纯化3-5次，得到可发光的纳米材料。

实施例3

一种镧系金属介导的自组装胶原多肽DW(GPO)₇WD及其仿生发光材料的制备，实现步骤如下：

(1)固相合成法合成胶原多肽DW(GPO)₇WD

采用Fmoc固相合成法，利用手动合成仪逐步合成的方式合成胶原多肽DW(GPO)₇WD。

(2)胶原仿生发光纳米材料的制备

在0.1M HEPES，pH 7.0的缓冲溶液条件下，配制浓度为1mg/ml的胶原多肽溶液；配置浓度为50mM的不同镧系金属的硝酸盐溶液；按照镧系金属离子与胶原多肽的摩尔比为1:1的条件下，配置镧系金属离子与胶原多肽的混合溶液；将上述混合溶液在25℃的恒温箱里放置24hrs；将反应产物在10000rpm下进行固液分离，得到固体沉淀；并用乙醇分散固体，再离心纯化3-5次，得到可发光的纳米材料。

以上所述为本发明的一个示范性实施案例的细节。对于本领域的技术人员来说，本发明在实际应用过程中根据具体的制备条件可以有各种更改和变化，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的保护范围之内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。