[发明专利]苝酰亚胺-糖肽类自组装抗冻化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种苝酰亚胺‑糖肽类自组装抗冻化合物及其制备方法和应用。所述制备方法是以苝酐为原料，经缩合反应、click反应和脱乙酰化反应制备得到甘露糖、半乳糖或葡萄糖修饰的苝酰亚胺类化合物PBI‑Man、PBI‑Gal和PBI‑Glu；该化合物都对冰晶的生长具有抑制作用；其中，甘露糖和葡萄糖修饰的苝酰亚胺‑糖肽分子在40 mg/mL的浓度下对冰晶的抑制效果的MGA值是氯化钠‑氯化钾缓冲溶液的38.0%；甘露糖、半乳糖和葡萄糖修饰的苝酰亚胺‑糖肽分子对人宫颈癌细胞HeLa的冻存复活率从18.62%提高到44.24、38.08%和22.20%。

技术领域

本发明涉及抗冻材料技术领域，具体地说是涉及一种苝酰亚胺-糖肽类自组装抗冻化合物及其制备方法和应用。

背景技术

低温保存技术在医学、生物学、药学和食品科学等领域具有广泛应用，尤其是在细胞、组织和器官等低温保存方面，是现代生物学和医学发展的基础。其中，低温保存剂，即抗冻材料是低温保存技术应用的关键。目前，常用的低温保存剂主要是二甲亚砜(DMSO)和甘油等。但是，DMSO和甘油的加入会导致细胞产生不同程度的损伤，如胚胎干细胞在5％的DMSO溶液中的复活率仅有5％左右。另外，现有低温保存剂存在用量大、有毒性、保存时间短和存活率低等问题。因此，开发新型抗冻材料已成为世界各国科学家研究的热点。

天然抗冻蛋白和抗冻糖蛋白可有效保护动植物免于因体内水冻结而死亡。然而，抗冻蛋白及抗冻糖蛋白含量低，加之目前基因工程合成技术不完善，限制了其应用。仿生合成抗冻材料为抗冻分子的研究提供了强劲动力，主要包括多肽类、糖和糖肽类、聚乙烯醇及其衍生物、聚电解质类、自组装染料类、二维和三维纳米材料等。典型的研究工作包括Gibson等人研究的聚脯氨酸类抗冻材料，可使细胞复苏率由20％提高到50％以上。Ben等人发现糖的类型影响着冰晶生长。Drori和Kahr等人发现有机染料番红O的组装体具有好的抗冻效果。国内中科院化学研究所的王健君研究员在抗冻材料研究方面做了系统和突出的工作，如在超电荷多肽类、氮化碳量子点、银材料、氧化石墨烯、聚电解质和聚多胺等方面，提高了对冰晶形成分子机制的理解，发现了冰异相成核的离子效应，揭示了蛋白调控冰核形成的Janus机制等等。尽管新型抗冻材料的研究已取得丰硕成果，但大都处于研究阶段，难以实际应用，因此，制备可用于实际生产的抗冻材料仍是挑战，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种苝酰亚胺-糖肽类自组装抗冻化合物及其制备方法和应用，从而为抑制冰晶形成和细胞冻存提供了一种应用效果好的新型抗冻材料。

本发明采用的技术方案是：一种苝酰亚胺-糖肽类自组装抗冻化合物，所述化合物的结构通式如下所示：

其中，R为式(1)、式(2)、式(3)中的一种，

上述的苝酰亚胺-糖肽类自组装抗冻化合物的制备方法，包括以下步骤：

a、以苝酐为原料，将苝酐加入到吡啶溶剂中，再加入醋酸锌和丙胺酰-苯丙胺酰-苯丙氨酸修饰的炔基衍生物1，然后将混合液加热至110～120℃，反应14～18小时；停止反应，将反应液冷却至室温，然后蒸发去除吡啶，并用乙酸乙酯溶解固体，同时加入盐酸进行洗涤，之后用无水硫酸钠除去水分，过滤，浓缩乙酸乙酯，最后用硅胶柱进行分离，得到暗红色固体中间体2；

b、将中间体2和糖类叠氮中间体溶解于四氢呋喃溶剂中，其中，糖类叠氮中间体为甘露糖叠氮中间体Man-N₃、半乳糖叠氮中间体Gal-N₃或葡萄糖叠氮中间体Glu-N₃；然后加入硫酸铜水溶液和抗坏血酸钠水溶液，并加热至50～60℃，反应10～14小时；停止反应，并冷却至室温，之后蒸发去除四氢呋喃，并加入二氯甲烷分液，干燥，最后经柱层析进行分离，得到红色固体PBI-AcMan、PBI-AcGal或PBI-AcGlu；