一种具有g-四链体结构的糖响应超分子凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医药材料领域，涉及一种具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]糖尿病现已成为危害中国人健康最严重的疾病之一，现有的治疗方法是依靠每日对病人皮下注射胰岛素以控制血糖浓度。该方法存在两大问题，一是频繁注射不但对注射部位造成不可愈合的伤害，给病人带来生理的痛楚和心理上的阴影;二是注射胰岛素只能短期降低血糖，不能控制血糖浓度，注射量过多会造成低血糖而导致严重的休克。因此，开发能够根据血糖水平智能响应控制释放胰岛素的体系具有重大意义。
[0003]苯硼酸及其衍生物在电离后非常容易和葡萄糖等含有邻二醇的物质通过可逆共价键结合，并形成更加亲水的结构。基于苯硼酸的葡萄糖响应性聚合物材料体系有多种制备方式，包括共价键交联微/纳米凝胶，嵌段共聚物自组装胶束和囊泡以及模板法制备囊泡等。目前，常用的一类负载胰岛素的聚合物材料体系多采用苯硼酸修饰的聚合物，如Jianfeng Zhang,Ning Ma,Lidong Li等“pH-and Glucose-Responsive Core-ShelIHybrid Nanoparticles with Controllable Metal-Enhanced Fluorescence Effects，，利用两嵌段聚合物组装形成胶束。采用聚合物的方法，聚合物的合成及修饰有一定的难度，并且存在负载率低，释放快速等问题。而水凝胶则有较大的药物负载率，能解决一定程度的暴释问题。
[0004]水凝胶内部有三维网络结构，疏松多孔的交联结构可作为药物载体体系和组织工程支架，在生物材料医学领域获得广泛应用。水凝胶可以通过化学或物理交联而形成，化学交联制备的水凝胶力学强度大，稳定性好。非共价键作用形成的水凝胶形成条件温和，能与包载的蛋白药物分子一起形成凝胶而不会破坏蛋白分子的活性。利用动态共价化学构筑的刺激响应性水凝胶，能够随外界的刺激发生响应，如光，温度，还原条件等，还能发生可逆的溶胶-凝胶转变，所以具有更广泛的应用。利用动态共价键构筑的葡萄糖响应的水凝胶，有期望发展成为治疗糖尿病的胰岛素载体体系。
[0005]在人体中，G-四链体结构常见于DNA的端粒部分和启动子区域，在该区域常有丰富的鸟嘌呤核苷，在金属离子的稳定下形成G-四分体正方形结构，层层堆积，成为G-四链体结构。因为G-四链体结构的形成有潜在的抗癌效果，因而引起了人们的广泛研究。本研究利用动态共价键形成了具有G-四链体结构的凝胶。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶及其制备方法，该方法制备过程简单、成胶快速、原料价廉易得，制备的凝胶稳定、强度较高、糖响应性良好且能够大量负载大/小分子凝胶。
[0007]本发明的技术方案:
[0008]—种具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶，以2-甲酰基苯硼酸的糖响应为中心，利用鸟嘌呤核苷具有的邻二醇结构与其形成动态共价键硼酯键，再通过三(2-氨基乙基)胺中的伯胺与2-甲酰基苯硼酸的醛基形成动态亚胺键，鸟嘌呤核苷的碱基之间在钾离子的稳定下形成G-四分体正方形结构;该凝胶包含一种非共价键氢键和两种动态共价键硼酷键、亚胺键。
[0009]—种所述具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶的制备方法，步骤如下:
[0010]I)室温下将鸟嘌呤核苷、2-甲酰基苯硼酸、三(2-氨基乙基)胺和氯化钾与溶剂纯净水混合，得到悬浊液，所述鸟嘌呤核苷、2-甲酰基苯硼酸、三(2-氨基乙基)胺和氯化钾的摩尔比为1:1:0.33:0.25,鸟嘌呤核苷的成胶最低浓度为25mM;
[0011 ] 2)将上述悬浊液在100°C温度下反应至溶液变成澄清液；
[0012]3)将上述澄清液静置，待冷却至室温，得到乳白色的具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶。
[0013]—种所述具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶的应用，用于负载小分子美兰，步骤如下:
[0014]I)制备pH为7.4、离子浓度为1mM的磷酸二氢钠缓冲溶液；
[0015]2)将鸟嘌呤核苷、2-甲酰基苯硼酸、三(2-氨基乙基)胺和氯化钾与I)所述缓冲溶液混合，得到悬浊液，其中鸟嘌呤核苷、2-甲酰基苯硼酸、三(2-氨基乙基)胺和氯化钾的浓度分别为35111]\1、35111]\1、11.7111]\1、8.75111]\1;
[0016]3)采用在凝胶中负载信号分子的方法，检测信号分子的释放得出凝胶解离的程度，方法如下:将上述悬浊液加热至沸腾，浑浊液变为澄清液体，缓慢冷却至40 °C后，在澄清溶液中加入信号分子美兰(MB)，静置后形成蓝色的凝胶。
[0017]一种所述具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶的应用，用于检测该凝胶在葡萄糖溶液和酸性溶液中对美兰的释放效果，步骤如下:
[0018]I)以美兰在367nm处的最大吸收峰作为检测波长，建立浓度-吸收值标准曲线；
[0019]2)在形成的负载美兰的凝胶上方缓慢加入浓度为10g/L的葡萄糖溶液，保持环境温度为37 °C，随着时间的增加，依次测量37 °C下凝胶上方溶液在367nm处的紫外吸收值，每次测量间隔约5h，将各吸收值根据3)所述的标准曲线换算为浓度，由初始加入的美兰浓度，计算美兰释放的百分比，即可得到凝胶解离的百分比。
[0020]该G-四链体结构的超分子凝胶具有糖响应性的原理:
[0021]苯硼酸及其衍生物是一类路易斯酸，苯硼酸在电离后非常容易和葡萄糖等含有邻二醇的物质通过可逆共价键结合，本方法利用2-甲酰基苯硼酸与鸟嘌呤核苷中的邻二醇形成凝胶的交联点，而相比于鸟嘌呤核苷中的邻二醇，葡萄糖与2-甲酰基苯硼酸能够形成更加亲水的结构，这样凝胶中的关键交联点遭到破坏，因此本方法形成的凝胶在加入葡萄糖后表现出葡萄糖响应性。
[0022]本发明的优点是:
[0023]该方法制备的凝胶稳定、强度较高、糖响应性良好且能够大量负载大/小分子凝胶;制备方法涉及的原料简单，无需经过复杂的合成步骤，即可利用小分子制备超分子水凝胶，成本底，生产过程简单，产品可长期保存，不会变质，原料毒性较低，易于推广应用。
【附图说明】
[0024]图1为G-四链体凝胶的形成机理示意图。
[0025]图2为制备的超分子凝胶的扫描电镜(SEM)照片。
[0026]图3为制备的超分子凝胶的透射电镜(TEM)照片。
[0027]图4为超分子凝胶在10g/L葡萄糖溶液刺激下的响应性。
【具体实施方式】
[0028]实施例:
[0029]—种具有G-四链体结构的糖响应超分子凝胶，以2-甲酰基苯硼酸的糖响应为中心，利用鸟嘌呤核苷具有的邻二醇结构与其形成动态共价键硼酯键，再通过三(2-氨基乙基)胺中的伯胺与2-甲酰基苯硼酸的醛基形成动态亚胺键，鸟嘌呤核苷的碱基之间在