[发明专利]一种杂化水凝胶材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种杂化水凝胶材料的制备方法及其在组织工程、医用材料及药物负载方面的应用，该杂化水凝胶材料由聚多肽‑聚乙二醇‑聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA静电结合制备而成，该方法成本低、形成条件温和并表现出响应性、可逆性和自愈性等特点；采用本发明所述的方法制备的杂化水凝胶材料，既具有共聚物的生物降解性和DNA的结构单元有序、可控，又具有瞬态网络结构的特征，同时解决了传统使用光引发剂和化学交联剂带来的毒性。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种基于聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与DNA静电作用构建的杂化水凝胶材料的制备方法及应用。

背景技术

水凝胶材料是以水为分散介质的凝胶材料，是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。由于其良好的性能，在组织工程和药物负载方面都具有广泛地应用前景，特别是基于聚多肽的水凝胶材料。

聚多肽的水凝胶材料具有生物可降解性与生物相容性，该类材料在生物医学材料领域应用时拥有独特的优势。专利CN104780909A公开了一种经由将胶凝剂在介质中加热搅拌使其溶解、分散后，一边搅拌一边放冷后，在室温下静置的工序的情况下，也能够形成水凝胶形成用材料，以及即使将水凝胶通过振荡溶胶化后，然后通过在室温下静置也能够再形成凝胶的水凝胶材料。专利CN106397793A公开了一种L-丙氨酸、L-谷氨酸-5-苄酯多肽共聚物水凝胶，为负载纳米银的聚乙二醇与聚(L-丙氨酸-co-L-谷氨酸-5-苄酯)的嵌段共聚物水溶液，该纳米银的水凝胶剂负载简便、负载量高并具有良好的体外抗菌效果。但是这种基于两亲性多肽之间或聚多肽之间二级结构的转变，来对水凝胶的结构与性能进行调控，这种凝胶网络形成机理在某些环境的应用过程中可能存在一定的局限性。

生物大分子DNA，除了能够作为基因载体的功能外，还是一类重要的天然聚电解质类高分子材料，由于其结构单元的有序性与可控性，被认为是构建超分子自组装结构的理想原材料。

由两种或两种以上不同类型高分子复合而成的杂化材料，由于可以同时兼具不同种类单体或聚合物的性质，使该类材料拥有独特的结构和功能。专利CN103910893A公开了一种聚多肽-DNA水凝胶及其制备方法，包括共价结合有单链DNA分子的多肽和具有两个粘性末端的双链DNA分子，通过单链DNA分子与双链DNA分子的互补形成交联结构，该水凝胶机械强度可调节、生物相容性良好。但是通过共价结合的方式，操作条件复杂、不可逆，同时也未公开通过静电作用构筑杂化超分子水凝胶材料的方法。

因此，本专利利用聚多肽与DNA分子这两类性能优良的可降解生物高分子作为主要构筑单元组分构建杂化超分子水凝胶材料，能够充分利用上述两者在结构与性质上的优势，赋予杂化材料更多的性能。

发明内容

本发明提供了一种通过苯丙氨酸与聚乙二醇末端羟基进行偶联反应的方法对聚乙二醇(PEG)端基进行改性，获得大分子引发剂-苯丙氨酸端基化聚乙二醇(NH₂-Phe-PEG₂₂₇-Phe-NH₂)，然后利用其末端氨基引发Lys(Z)-NCA的开环聚合，再经脱保护基团叔丁氧羰基后成功合成得到三嵌段共聚物PLL-b-PEG-b-PLL。进一步利用该三嵌段聚合物中两端聚赖氨酸中的氨基与DNA分子磷酸二酯键骨架中的磷酸基团，在一定的pH条件下，通过正负电荷之间的静电相互作用，构建杂化交联网络结构，从而建立一种构筑杂化超分子水凝胶材料，该杂化超分子水凝胶材料既具有共聚物的生物降解性和DNA的结构单元有序、可控，又由于是通过静电作用方式结合的杂化超分子而具有瞬态网络结构的特征，同时解决了传统使用光引发剂和化学交联剂带来的毒性。

本发明的第一方面，涉及一种杂化水凝胶材料的制备方法，由聚多肽-聚乙二醇-聚多肽三嵌段共聚物与鱼精DNA以1:(10-20)的电荷摩尔比通过静电结合制备而成。