專利名稱：基于商用氨基酸的自組裝納米球、水凝膠及它們的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類基于商用氨基酸的自組裝納米球、水凝膠及其制備方法。具體說(shuō)是一類利用商業(yè)化的N-芴甲氧羰基-氨基酸(Fmoc-氨基酸)，通過(guò)分子間氫鍵和芳香性堆積，從而高效率、大批量制備自組裝納米球以及超分子水凝膠的方法和產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
自組裝是超分子化學(xué)的一個(gè)分支，它是在沒(méi)有人為干涉的情況下，利用分子間非化學(xué)鍵力自發(fā)地組織成有序或特定結(jié)構(gòu)的過(guò)程。(Science, 2002, 295，2418-2421)自組裝是自然與科技生活中的一種普遍現(xiàn)象。直到1987年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予研究超分子與自組裝的三位科學(xué)家之后(Jean-Marie Lehn>Donald J.Cram、Charles J.Pedersen),科學(xué)家才開(kāi)始廣泛、深入地對(duì)自組裝展開(kāi)研究。近年來(lái)，有關(guān)自組裝的研究成果已達(dá)到井噴的境地，其已滲入到化學(xué)、材料、納米、生物醫(yī)藥等等多個(gè)領(lǐng)域。利用自組裝技術(shù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出的材料已成為人們獲取新型功能材料的重要手段之一。水凝膠(hydrogel)是充滿水分子的半固體膠狀物質(zhì)。水凝膠可以分為高分子水凝膠(也叫化學(xué)凝膠)和超分子水凝膠(也叫物理水凝膠，或自組裝水凝膠)，前者是由化學(xué)交聯(lián)形成高分子網(wǎng)絡(luò)束縛水分子制備而成，后者是由小分子(也稱凝膠因子，hydrogelator)通過(guò)自組裝形成三維網(wǎng)絡(luò)束縛水分子制備而成。近二十年，隨著有機(jī)凝膠因子的興起(Chem.Rev.1997，97，3133)，水凝膠因子(Chem.Rev.2004，104，1201)逐漸引起研究者們的興趣。超分子水凝膠的制備過(guò)程一般是在水性環(huán)境中，水凝膠因子通過(guò)分子間的非化學(xué)鍵力(氫鍵、離子鍵、疏水作用、堆積、范德華力等等)，自組裝形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以此束縛水分子形成半固體果凍狀凝膠物質(zhì)?，F(xiàn)今，超分子水凝膠大多通過(guò)多肽自組裝而成。鑒于多肽的合成比較繁瑣，成本高昂，分子設(shè)計(jì)與組裝方法復(fù)雜等等，開(kāi)發(fā)出廉價(jià)并可大量獲得的小分子(工業(yè)級(jí))，利用簡(jiǎn)單的方法即可制備成超分子凝膠，勢(shì)必有利于該領(lǐng)域進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用。納米球(nanosphere )由于其內(nèi)在的特性,如比表面大,尺寸可控,易于表面官能化等，吸引了大量研究者的興趣。納米球在藥物載體、納米材料模板、化學(xué)與生物傳感、表面增強(qiáng)拉曼光譜平臺(tái)等方面已有廣泛的應(yīng)用。目前制備納米球的方法有很多，包括共聚物的自組裝、兩親分子自組裝、高分子交聯(lián)、模板輔助等等。然而，利用工業(yè)級(jí)的小分子，通過(guò)自組裝的方法，簡(jiǎn)單快捷的制備納米球的方法，還鮮有報(bào)道。所以，尋求可組裝成納米球的廉價(jià)商用小分子，將有利于該領(lǐng)域進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用。商用氨基酸(commercially available amino acids)包括帶保護(hù)氨基酸與不帶保護(hù)氨基酸。其中帶保護(hù)的商用氨基酸一般有叔丁氧羰基(Boc)保護(hù)氨基酸與N-芴甲氧羰基(Fmoc)保護(hù)氨基酸，這些帶保護(hù)氨基酸已經(jīng)工業(yè)化，主要用于多肽或蛋白質(zhì)的合成。自從1984年的諾貝爾化 學(xué)獎(jiǎng)得主R.Bruce Merrifield開(kāi)發(fā)出多肽固相合成(solid phasepeptide synthesis)法之后，多肽的人工合成很快地達(dá)到工業(yè)化。直到現(xiàn)今,大多數(shù)商業(yè)化定制多肽鏈都是利用Fmoc保護(hù)的氨基酸通過(guò)多肽固相合成技術(shù)得到的。Fmoc氨基酸的商業(yè)化極大地促進(jìn)了多肽與蛋白質(zhì)的研究與應(yīng)用。鑒于Fmoc氨基酸中有一個(gè)荷基和一個(gè)酰胺基,我們考慮將Fmoc氨基酸設(shè)計(jì)成能自組裝成特定超分子結(jié)構(gòu)的材料(如納米球或水凝膠等等)。其設(shè)計(jì)原理是:Fmoc中的荷基利用鍵，氨基酸中的酰胺基利用氫鍵(部分氨基酸側(cè)鏈有鍵),協(xié)調(diào)Fmoc氨基酸中的非共價(jià)鍵，則其可以在水中自組裝成納米球或水凝膠。利用以上原理，我們成功制備出基于商用Fmoc氨基酸的納米球與超分子水凝膠。所制備的納米球形貌分布比較均一，尺寸可控；所制備的水凝膠只需超聲即可成膠，不易變質(zhì)。我們得到的納米球與水凝膠是基于廉價(jià)、可大量獲得的商用氨基酸，且制備方法簡(jiǎn)單快捷，制備的材料穩(wěn)定性良好，為納米球與水凝膠的工業(yè)化的應(yīng)用鋪平道路。目前為止，在納米球方面，沒(méi)有關(guān)于Fmoc氨基酸自組裝成納米球的報(bào)道；在超分子水凝膠方面，沒(méi)有關(guān)于Fmoc氨基酸通過(guò)簡(jiǎn)單超聲即成凝膠的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用廉價(jià)、可大量獲得的商用氨基酸通過(guò)自組裝制備出納米球及超分子水凝膠的方法和制備得到的產(chǎn)品。一類基于商用氨基酸的自組裝納米球的制備方法:取商用氨基酸，先用二甲基亞砜溶解成80 120mg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋到
0.01wt% 0.lwt%,超聲2-3秒，即得到納米球；所述的商用氨基酸包括商用的Fmoc氨基酸中的一種或幾種。所述的商用氨基酸單體分子為Fmoc-His (Trt) -OH, Fmoc-Cys (Trt) -OH, Fmoc-Asn (Trt)-OH, Fmoc-Gln(Trt)-OH, Fmoc-His(Fmoc)-0H。

上述的制備方法，具體優(yōu)選為:稱取Fmoc氨基酸，加入二甲基亞砜，配制成IOOmg/HiL的溶液，超聲10 20秒鐘待Fmoc氨基酸溶解后，再用pH為7.4的磷酸緩沖溶液稀釋到
0.lwt% ;然后再超聲2 3秒即得所述納米球。一種基于商用氨基酸的自組裝納米球，是由上述的方法制備得到的。一類基于商用氨基酸的自組裝水凝膠的制備方法，取商用氨基酸，先用二甲基亞砜溶解成80 120mg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋至
0.3 1.5wt%,超聲10-30分鐘，即得到水凝膠；所述的商用氨基酸包括商用的Fmoc氨基酸中的一種或幾種。所述的商用氛基酸單體分子為Fmoc-Met-OH, Fmoc-Trp-OH, Fmoc-Asp-OMe, Fmoc-GIu-OMe0上述的制備方法，具體優(yōu)選為:稱取Fmoc氨基酸，加入二甲基亞砜，配制成IOOmg/HiL的溶液，超聲10 20秒鐘待Fmoc氨基酸溶解后，再用pH為7.4的磷酸緩沖溶液稀釋至
0.3 1.5wt% ;然后再超聲10 30分鐘即得所述水凝膠。上述的制備方法還可以是:取Fmoc-Asn (Trt)-0H,先用二甲基亞砜溶解成150 200mg/mL的溶液，超聲3 5min，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋至1.5 2.0wt%,超聲30 40分鐘，即得到水凝膠。一種基于商用氨基酸的自組裝水凝膠，是由上述的方法制備得到的。
我們利用商用氨基酸成功制備出兩類自組裝納米材料:納米球和水凝膠。其中，能自組裝成納米球的商用氨基酸包括:Fmoc-His (Trt) -OH, Fmoc-Cys (Trt) -OH, Fmoc-Asn (Trt)-0H，F(xiàn)moc-Gln (Trt)-0H，F(xiàn)moc-His (Fmoc)-0H。其相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)式分別如下:
權(quán)利要求
1.一類基于商用氨基酸的自組裝納米球的制備方法，其特征在于:取商用氨基酸，先用二甲基亞砜溶解成80 120mg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋到0.01wt% 0.lwt%,超聲2-3秒，即得到納米球；所述的商用氨基酸包括商用的Fmoc氨基酸中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的商用氨基酸單體分子為Fmoc-His (Trt)-OH, Fmoc-Cys(Trt)-OH, Fmoc-Asn(Trt)-OH, Fmoc-Gln(Trt)-OH, Fmoc-His(Fmoc)-0H。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:具體為:稱取Fmoc氨基酸，加入二甲基亞砜，配制成lOOmg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘待Fmoc氨基酸溶解后，再用pH為7.4的磷酸緩沖溶液稀釋到0.lwt% ;然后再超聲2 3秒即得所述納米球。
4.一種基于商用氨基酸的自組裝納米球，其特征在于，是由權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法制備得到的。
5.一類基于商用氨基酸的自組裝水凝膠的制備方法，其特征在于，取商用氨基酸，先用二甲基亞砜溶解成80 120mg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋至0.3 1.5wt%,超聲10-30分鐘， 即得到水凝膠；所述的商用氨基酸包括商用的Fmoc氨基酸中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述的商用氨基酸單體分子為Fmoc-Met-OHjFmoc-Trp-OHjFmoc-Asp-OMejFmoc-Glu-OMe0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:具體為:稱取Fmoc氨基酸，加入二甲基亞砜，配制成lOOmg/mL的溶液，超聲10 20秒鐘待Fmoc氨基酸溶解后，再用pH為7.4的磷酸緩沖溶液稀釋至0.3 1.5wt% ;然后再超聲10 30分鐘即得所述水凝膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于:取Fmoc-Asn(Trt)-OH,先用二甲基亞砜溶解成150 200mg/mL的溶液，超聲3 5min，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋至1.5 2.0wt%，超聲30 40分鐘，即得到水凝膠。
9.一種基于商用氨基酸的自組裝水凝膠，其特征在于，是由權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的方法制備得到的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一類基于商用氨基酸的自組裝納米球、水凝膠及它們的制備方法。該方法包括以下操作步驟取一定量商用氨基酸，先用二甲基亞砜溶解成儲(chǔ)備溶液，再用pH為7.4的磷酸緩沖液稀釋，超聲，即得到納米球或水凝膠。本發(fā)明制備的納米球簡(jiǎn)單廉價(jià)，形貌分布比較均一，尺寸根據(jù)濃度易于調(diào)控；所制備的水凝膠只需超聲即可成膠，不易變質(zhì)。本發(fā)明得到的納米球與水凝膠是基于廉價(jià)、可大量獲得的商用氨基酸，且制備方法簡(jiǎn)單快捷，制備的材料穩(wěn)定性良好，為納米球與水凝膠的工業(yè)化應(yīng)用鋪平道路。
文檔編號(hào)B01J13/02GK103223321SQ201310164370
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者張翼, 戴璇, 孫志方, 石婷婷, 趙欣欣 申請(qǐng)人:中南大學(xué)