专利名称：一种胆碱酯酶调控的动态聚轮烷及其制备方法
一种胆碱酯酶调控的动态聚轮烷及其制备方法技术领域：
本发明属于纳米超分子材料技术领域，特别是一种胆碱酯酶调控的动态聚轮烷及其制备方法。
背景技术：
主客体识别以其特有的键合强度和选择性代表着一类典型的自组装构筑超分子聚合物的方法，并赋予了组装体系所期望的刺激响应性质乃至自修复功能，正在发展成为嫁接超分子化学和聚合物化学两大领域的重要研究方向之一，参见:a)L.Brunsveld, B.J.B.Folmer, E.ff.Meijer, R.P.Sijbesma, Chem.Rev.2001, 101, 4071-4097; b) T.Aida, E.ff.Meijer, S.1.Stupp, Science2012, 335, 813-817; c) F.Huang, 0.A.Scherman, Chem.Soc.Rev.2012, 41, 5879-5880; d) R.K.Castellano, C.Nuckolls, S.H.Eichhorn, M.R.Wood, A.J.Lovingen, J.Rebek, Jr., Angew.Chem.1nt.Ed.1999, 38, 2603 - 2606。轮烷(Rotaxane)是一类由一个环状分子套在一个哑铃状的线型分子上的而形成的内锁型超分子体系。结合超分子聚合物和轮烷的特性，发展出一种新颖的组装体一动态聚轮烧，参见:a) Y.Liu, Y.-L.Zhao, H.-Y.Zhang, H.-B.Song, Angew.Chem.1nt.Ed.2003，42，3260 - 3263; b) Y.Liu, S.-H.Song, Y.Chen, Y.-L.Zhao, Y.-ff.Yang, Chem.Commun.2005, 1702 - 1704 ; c) Y.-L.Zhao, H.-Y.Zhang, D.-S.Guo，Y.Liu, Chem.Mater.2006, 18, 4423 - 4429 ; d) H.Qian, D.-S.Guo，Y.Liu, Chem.- Eur.J.2012，18，5087-5095。生物刺激信号，例如酶，因其良好的生物相容性和高选择性，具有重大的意义和广阔的应用前景，参 B:a)R.V.Ulijn, J.Mater.Chem.2006, 16, 2217-2225 ;b)F.E.Alemdaroglu, J.Wang, M.Bcjrsch , R.Berger, A.Herrmann, Angew.Chem.1nt.Ed.2008, 47, 974 - 976 ; c)M.A.Azagarsamy, P.Sokkalingam, S.Thayumanavan, J.Am.Chem.Soc.2009, 131, 14184 - 14185 ; d) C.Wang, Q.Chen, Z.Wang, X.Zhang, Angew.Chem.1nt.Ed.2010,49,8612 - 8615。此外许多疾病都与酶的非正常活性有关，例如可以催化降解胆碱的胆碱酯酶，在细胞中过量表达。因此，由胆碱酯酶刺激响应的组装体在药物负载、运输和靶向释放领域具有广阔的应用前景，参见:a) D.-S.Guo, K.Wang, Y.-X.Wang, Y.Liu, J.Am.Chem.Soc.2012, 134, 10244 - 10250 ; b) J.Hu, G.Zhang, S.Liu, Chem.Soc.Rev.2012, 41，5933 - 5949。
发明内容本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种胆碱酯酶调控的动态聚轮烷及其制备方法，该方法通过α -CD穿在双位点胆碱(DiCh)客体上形成准轮烷，乙基桥联双磺化杯芳烃(bisSC4A)主体通过主客体相互作用包结客体季铵盐部分形成动态聚轮烷DiChOα-CD/bisSC4A。通过α-CD的引入，客体(DiCh)的疏水链部分穿插进入α-⑶空腔，其柔性减弱，刚性增强，使三元动态聚轮烷表现出更大的粒径和更小的扩散系数，为构筑超分子聚合物提供了新的策略和方法。本发明的技术方案:一种酶调控的动态聚轮烷，其构筑单元以乙基桥联双磺化杯[4]芳烃(bisSC4A)为主体，以双位点胆碱(DiCh)为客体，引入α -⑶通过主客体相互作用构筑超分子组装体。一种所述酶调控的动态聚轮烷的制备方法，步骤如下:I)将DiCh客体溶解于水中，配成浓度为lmmol/L的溶液，加入10当量的α -⑶，形成准轮烧，再加入I当量bisSC4A主体,均匀混合后得到三元动态聚轮烧溶液；2)在上述动态聚 轮烷溶液中加入胆碱酯酶(BChE)，BChE在溶液中的浓度为IOU/mL,即可制得酶调控的动态聚轮烷。本发明的优点是:通过α -⑶的引入，客体DiCh的疏水链部分穿插进入α -⑶空腔，其柔性减弱，刚性增强，使三元动态聚轮烷表现出更大的粒径和更小的扩散系数，为构筑超分子聚合物提供了新的策略和方法；此外，将胆碱酯酶加入超分子组装体中可以实现酶控解组装，为进一步探索组装体系所期望的刺激响应性质乃至自修复功能提供了依据和可行性。
图1(a)为主客体构筑超分子聚合物及酶控解聚的示意图；图1(b)为超分子体系中的分子结构。图2 为 DiCh/bisSC4A (a)和 DiChO a -CD/bisSC4A (b)的动态光散射图。图3 为随 DiCh/bisSC4A (A)和 DiChO a -CD/bisSC4A (.)浓度变化的扩散系数图。图4为DiCh/bisSC4A的高分辨透射电子显微镜图像。图5为DiChO α -⑶/bisSC4A的高分辨透射电子显微镜图像。图6为DiCh/bisSC4A的原子力显微镜图像。图7为BChE酶解DiCh的ES1-MS质谱图。图8 为 BChE 酶解 DiCh/bisSC4A 的 ES1-MS 质谱图。图9为BChE酶解DiCh/bisSC4A的动态光散射图。图10 为 BChE 酶解 DiChO a -CD/bisSC4A 的 ES1-MS 质谱图。图11为BChE酶解DiChO a -CD/bisSC4A的动态光散射图。图12为IOmM α -CD的动态光散射图。
具体实施方式实施例:一种所述酶调控的动态聚轮烷的制备方法，步骤如下:I)将DiCh客体溶解于水中，配成浓度为lmmol/L的溶液，加入10当量的α -⑶，形成准轮烧，再加入I当量bisSC4A主体,均匀混合后得到三元动态聚轮烧溶液；2)在上述动态聚轮烷溶液中加入胆碱酯酶(BChE)，BChE在溶液中的浓度为IOU/mL,即可制得酶调控的动态聚轮烷。图1(a)为主客体构筑超分子聚合物及酶控解聚的示意图；图1(b)为超分子体系中的分子结构。该动态聚轮烷的检测分析:I)该动态聚轮烷的粒径和形貌:首先通过动态光散射(DLS)手段对二元超分子体系DiCh/bisSC4A和三元动态聚轮烷DiChO a -CD/bisSC4A的粒径进行了表征。图2 为 DiCh/bisSC4A (a)和 DiChO a -CD/bisSC4A (b)的动态光散射图，DLS 的实验数据显示:在1.0mM主客体溶液中，DiCh/bisSC4A平均水合动力学直径是337nm，粒径分布较宽。而三元动态聚轮烷DiChO a -CD/bisSC4A不仅表现出更大的平均动态水合直径(896nm),而且给出了窄的动态水合直径的分布。图3 为随 DiCh/bisSC4A (A)和 DiChO a -CD/bisSC4A (.)浓度变化的扩散系数图，DOSY实验进一步证实了有大的聚集体生成。20mM bisSC4A的扩散系数为2.01 X IO-1V.s_1,20mM DiCh 的扩散系数为 4.32 X IO-1V.s-1，而 20mMDiCh/bisSC4A 的扩散系数为1.72X IO-V.s—1，主客体包合物的扩散系数小于单一主体或客体的扩散系数。从 I 到 40mM 升高，DiCh/bisSC4A 的扩散系数从 2.0OXlO-10 降到了 1.46X IO-1V.s' 三元动态聚轮烷在20mM的扩散系数为1.55 X IO-1V.s—1，从I到40mM升高，其扩散系数从
2.0OXlO-10降到了 1.35X IO-1V -S^10高分辨透射电子显微镜和原子力显微镜证实了二元超分子体系DiCh/bisSC4A和三元动态聚轮烷DiChO a -CD/bisSC4A的形貌:图4为DiCh/bisSC4A的高分辨透射电子显微镜图像；图5为DiChOa -⑶/bisSC4A的高分辨透射电子显微镜图像；图6为DiCh/bisSC4A的原子力显微镜图像。2)该动态聚轮烷胆碱酯酶解聚的实验验证:ES1-MS实验证实了酶解过程的存在。图7为BChE酶解DiCh的ES1-MS质谱图。图8为BChE酶解DiCh/bisSC4A的ES1-MS质谱图。两张图上DiCh的[(M-2I) /2]2+和[(M-1)]+峰消失,观察到choline峰(m/z=104)的产生,说明了 BChE酶将DiCh水解成了胆喊(choline)和辛二酸。图9为BChE酶解DiCh/bisSC4A的动态光散射图。如图所示，在ImM DiCh溶液中加入当量的bisSC4A和10U/mL BChE，303K温度下，24h后二元超分子组装体粒径完全消失，证实了 BChE酶能使DiCh/bisSC4A解聚。对于三元动态聚轮烷DiChO a-CD/bisSC4A，ES1-MS和DLS实验也证实了 BChE酶能使其解聚。图10 为 BChE 酶解 DiChO a -CD/bisSC4A 的 ES1-MS 质谱图，也观察到 choline 峰(m/z=104)的产生。图11为BChE酶解DiChO a -CD/bisSC4A的动态光散射图，ImM DiCh与10当量的a -⑶形成准轮烷，加入当量的bisSC4A形成动态聚轮烷，再加入10U/mLBChE，303K温度下，24h后平均水合动力学直径从896nm降到了 132nm，散射光强从917kcps降到了 58kcps。为了进一步说明BChE酶解DiChOa-CD/bisSC4A残留粒径的原因，IOmMa-CD的DLS实验给出了解释。图12为IOmMa -⑶的动态光散射图。 如图所示，IOmMa-OT的平均水合动力学直径为170nm，散射光强为75kcps，与残留粒径基本吻合，证实了三元动态聚轮烷DiChO a -CD/bisSC4A也能完全水解。
权利要求
1.一种酶调控的动态聚轮烷，其特征在于:构筑单元以乙基桥联双磺化杯[4]芳烃(bisSC4A)为主体，以双位点胆碱(DiCh)为客体，引入α -⑶通过主客体相互作用构筑动态聚轮烷。
2.一种如权利要求1所述酶调控的动态聚轮烷的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)将DiCh客体溶解于水中，配成lmmol/L溶液，加入10当量的α-⑶，形成准轮烷，再加入I当量bisSC4A主体,均匀混合后得到三元动态聚轮烧溶液； 2)在上述动态聚轮烷溶液中加入胆碱酯酶(BChE)，BChE在溶液中的浓度为10U/mL，即可制得酶调控的动态 聚轮烷。
全文摘要
一种胆碱酯酶调控的动态聚轮烷，其构筑单元以乙基桥联双磺化杯[4]芳烃为主体，以双位点胆碱为客体，引入α-CD通过主客体相互作用构筑动态聚轮烷；其制备方法是1)将双位点胆碱溶解于水中，配成浓度为1mmol/L的溶液，加入10当量的α-CD，形成准轮烷，再加入1当量乙基桥联双磺化杯[4]芳烃，均匀混合后得到三元动态聚轮烷溶液；2)加入胆碱酯酶，其在溶液中的浓度为10U/mL，即可制得酶调控的动态聚轮烷。本发明的优点通过α-CD的引入，客体双位点胆碱的疏水链部分穿插进入α-CD空腔，其柔性减弱，刚性增强，使三元动态聚轮烷表现出更大的粒径和更小的扩散系数，为构筑超分子聚合物提供了新的策略和方法。
文档编号A61K47/42GK103143030SQ20131006511
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者刘育, 郭东升, 张天行 申请人:南开大学