一种温敏性共聚物及其合成方法和水凝胶体系的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种温敏性共聚物及其合成方法和水凝胶体系，以聚(丙氨酸-缬氨酸)为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚(丙氨酸-缬氨酸)嵌段共聚物，疏水性链段聚(丙氨酸-缬氨酸)中丙氨酸的含量是15.2～23.5wt％，缬氨酸的含量是76.5～84.8wt％，共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是45.0～55.0wt％，疏水性链段聚(丙氨酸-缬氨酸)的含量是45.0～55.0wt％。本发明的聚多肽-聚醚水凝胶有两种氨基酸组分，能够削弱水凝胶中氢键作用，通过调控聚多肽中丙氨酸和缬氨酸的组成可以调控β-折叠链的氢键的强度，从而获得具有良好可逆热转变行为的多肽水凝胶。
【专利说明】一种温敏性共聚物及其合成方法和水凝胶体系
【技术领域】
[0001] 本发明属于刺激响应材料【技术领域】，特别涉及一种温敏性共聚物及其合成方法和 水凝胶体系。
【背景技术】
[0002] 刺激响应聚合物是指当温度、PH、光电磁等外界条件发生改变时，聚合物能够经历 构象变化从而对其做出响应的一类环境敏感型材料。而作为其中之一的温敏性聚合物，随 着温度升高，聚合物水溶液经历溶胶-凝胶转变。这样，药物或者细胞可以在聚合物水溶液 粘度较低时掺入，而随着温度改变在靶向位置原位形成凝胶，从而之后作为药物释放体系 或细胞生长基质加以应用。
[0003] 含有多肽组分的温敏性水凝胶材料中，氨基酸的二级结构以及纳米自组装在材料 性能方面起了主要作用。可以通过调控如：转变温度，凝胶模量，临界凝胶浓度，降解性等参 数，来达到设计具有特殊生物医学用途的新型温敏性水凝胶体系的目的。
[0004] 作为温敏性水凝胶，含有多肽组分的两亲性聚合物具有如下优势或特点：首先，聚 合物水溶液在室温下为液态，黏度小；其次，由于多肽二级结构相互作用，共聚物较低浓度 的水溶液即可发生溶胶凝胶转变，在药物控制释放领域应用更加灵活方便；再次，药物与聚 合物溶液的混合物以液体形式注入体内后，可以适应体内不同的空腔形状，不容易游走，有 利于药物的定点释放；最后，含有多肽组分的温敏性水凝胶在人体内能够被酶解成为氨基 酸等小分子，易被吸收，且对人体无害。
[0005] Byeongmoon Jeong, J Soft Matter 等人，4,2383-2387 (2008), Biomacromolecules，14, 3256-3266 (2013)报道了以聚L-丙氨酸为疏水性链段和聚乙二醇 为亲水性链段组成的聚多肽-聚醚两亲性共聚物，其一定浓度的水溶液在低温时为可流动 的液体状态，在30?35°C之间时开始形成水凝胶，具有合适的溶胶一凝胶转变温度。
[0006] 然而，单一氨基酸组分的多肽温敏性水凝胶氢键作用过于强烈，凝胶的可逆性往 往较差，尤其当氨基酸链段过长时，凝胶形成之后很难在低温下恢复成溶胶，难以达到反复 利用的目的。因此，发展具有良好可逆性的温敏性多肽水凝胶具有重要的应用价值。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有单一氨基酸组分的多肽温敏性水凝胶可逆性差的问 题，提供一种由丙氨酸与缬氨酸两种氨基酸组成的新型温敏性共聚物及其水凝胶体系，共 聚物中多肽链段之间的氢键强度可以通过组成来调控，从而获得具有良好可逆性能的温敏 水凝胶。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二 醇为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链 段聚（丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是15. 2?23. 5wt %，缬氨酸的含量是76. 5? 84. 8wt%。
[0010] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是45. 0?55. Owt 疏水性链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是45. 0?55. Owt %。
[0011] 为了达到更好的效果，进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含 量是51. 7?52. 5wt%，疏水性链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是47. 5?48. 3wt%。
[0012] 进一步地，所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为500?5000。
[0013] 所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量进一步为1000-2000。
[0014] 本发明还提供一种温敏性共聚物的合成方法，包括以下步骤：
[0015] Sl :按比例称取以下材料：
[0016] 引发剂：端氨基聚乙二醇单甲醚；
[0017] 溶剂：三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂；
[0018] 反应原料：N-羧基-a -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体和N-羧基-a -氨基-L-缬 氨酸环内酸酐单体；
[0019] S2:将称取的引发剂加入带有磁力搅拌的反应容器中，并将反应容器减压抽成真 空，随后每隔半小时通入高纯氩气置换体系，如此反复若干次；
[0020] S3 :向反应容器中加入称量的三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂，使端氨基 聚乙二醇单甲醚溶解，混合溶剂中，三氯甲烷与 N，N-二甲基甲酰胺的体积比为2:1 ;
[0021] S4 :待端氨基聚乙二醇单甲醚完全溶解后，加入称量的N-羧基-a-氨基-L-丙氨 酸环内酸酐和N-羧基-a -氨基-L-缬氨酸环内酸酐混合单体，然后将反应容器置于一定 温度的油浴中，使混合单体进行开环共聚合反应；
[0022] S5:将反应产物用冰冻乙醚进行溶解处理，然后过滤，并在真空烘箱中干燥至恒 重。
[0023] 上述温敏性共聚物的制备方法中，所述步骤Sl中各材料的重量分数为：端氨基聚 乙二醇单甲醚1〇〇、N-羧基-a -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体23?35、N-羧基-a -氨 基-L-缬氨酸环内酸酐单体100?114。
[0024] 上述温敏性共聚物的制备方法中，所述步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应 时，油浴温度为30?60°C。
[0025] 上述温敏性共聚物的制备方法中，所述步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应 的时间为16?36h。
[0026] 本发明的温敏性水凝胶体系，是由上述的温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝 胶体系中温敏性共聚物的浓度为4?9wt%。
[0027] 本发明的有益效果是：
[0028] 1、本发明的聚多肽-聚醚水凝胶有两种氨基酸组分，能够削弱水凝胶中氢键作 用，具有良好的生物相容性、可生物降解性和可注射性，通过调控聚多肽中丙氨酸和缬氨酸 的组成可以调控P _折叠链的氢键的强度，从而获得具有良好可逆热转变行为的多肽水凝 胶，经试验验证表明，该温敏性水凝胶经多次升降温后，其溶胶-凝胶转变温度变化不大， 表明其具有良好的可逆热转变性能；
[0029] 2、本发明的温敏性聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物水凝胶体系是 由聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水链段和聚乙二醇为亲水链段组成的两亲性共聚物组成，其 一定浓度的水溶液在室温或室温以下以可流动的溶胶形式存在，黏度小，而在人体温度下 则变成凝胶态，因此，可以将药物与聚合物溶液的混合物以液体形式注入体内，在人体内混 合液体转变成凝胶状态，可以适应体内不同的空腔形状，不容易游走，有利于药物的定点释 放，在药物控制释放领域应用更加灵活方便。
【专利附图】
【附图说明】 [0030]
[0031] 图1为Pl浓度为8wt%的温敏性水凝胶体系在KTC和37°C时的粘度对比图。
[0032] 图2为本发明不同浓度的温敏性水凝胶体系的溶胶-凝胶转变相图。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结和附图和实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0034] 实施例1
[0035] -种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇 为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链段聚 (丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是23. 5wt %，缬氨酸的含量是76. 5wt %。
[0036] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是52. 5wt %，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是47. 5wt %。
[0037] 本实施例所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为1000。
[0038] 进一步地，所述的亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量还可以为500、2000、 3000、4000 或 5000。
[0039] 本实施例的温敏性共聚物的合成方法包括以下步骤：
[0040] Sl :按比例称取材料，包括以下材料：
[0041] 引发剂：端氨基聚乙二醇单甲醚：数均分子量为1000,质量为I. OOg ;
[0042] 溶剂：三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂：6ml，其中，三氯甲烷/N，N-二甲基 甲酰胺体积比为2:1 ;
[0043] 反应原料：N-羧基-a -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体0. 35g和N-羧基-a -氨 基-L-缬氨酸环内酸酐单体I. OOg ;
[0044] S2:将称取的引发剂加入带有磁力搅拌的反应容器中，并将反应容器减压抽成真 空，随后每隔半小时通入高纯氩气置换体系，如此反复若干次；
[0045] S3 :向反应容器中加入称量的三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂，使端氨基 聚乙二醇单甲醚溶解；
[0046] S4 :待端氨基聚乙二醇单甲醚完全溶解后，加入称量的N-羧基-a-氨基-L-丙氨 酸环内酸酐和N-羧基-a -氨基-L-缬氨酸环内酸酐混合单体，然后将反应容器置于40°C 的油浴中，使混合单体进行开环共聚合反应；
[0047] S5 :待反应进行24h后，将反应产物用冰冻乙醚进行溶解处理，然后过滤，并在真 空烘箱中干燥至恒重。
[0048] 通过上述步骤，得到温敏性共聚物Pl。
[0049] 进一步地，步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应时，油浴温度还可以为：30°C、 35。。、40。。、45。。、50。。、55。。、60。。。
[0050] 进一步地，步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应的反应时间还可以为：16h、 20h、24h、28h、32h、36h。
[0051] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成,该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为4wt%。
[0052] 进一步地，所述的温敏性水凝胶体系中温敏性共聚物的浓度还可以为：6wt %、 7wt %、8wt %、9wt %。
[0053] 实施例2
[0054] -种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇 为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链段聚 (丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是15. 2wt %，缬氨酸的含量是84. 8wt %。
[0055] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是45. Owt %，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是55. Owt %。
[0056] 进一步地，所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为1500。
[0057] 本实施例温敏性共聚物的合成方法与实施例1相同。
[0058] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为5wt%。
[0059] 实施例3
[0060] 一种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇 为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链段聚 (丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是19wt%，缬氨酸的含量是81wt%。
[0061] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是55. Owt%，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是45. Owt %。
[0062] 进一步地，所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为5000。
[0063] 本实施例温敏性共聚物的合成方法与实施例1相同。
[0064] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为7. 5wt%。
[0065] 实施例4
[0066] 一种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇 为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链段聚 (丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是2 Iwt %，缬氨酸的含量是79wt %。
[0067] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是51. 7wt %，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是48. 3wt %。
[0068] 进一步地，所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为3000。
[0069] 本实施例温敏性共聚物的合成方法与实施例1相同。
[0070] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为9wt%。
[0071] 实施例5
[0072] -种温敏性共聚物，是以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚聚乙二醇 为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性链段聚 (丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是17wt%，缬氨酸的含量是83wt%。
[0073] 进一步地，所述的共聚物中亲水链段单甲醚聚乙二醇的含量是52. lwt%，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是47. 9wt %。
[0074] 进一步地，所述亲水性链段单甲醚聚乙二醇的数均分子量为3500。
[0075] 本实施例温敏性共聚物的合成方法与实施例1相同。
[0076] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为9wt%。
[0077] 实施例6
[0078] -种温敏性共聚物，其组分与实施例1相同。
[0079] 本实施例的温敏性共聚物的合成方法包括以下步骤：
[0080] Sl :按比例称取材料，包括以下材料：
[0081] 引发剂：端氨基聚乙二醇单甲醚：数均分子量为1000,质量为I. OOg ;
[0082] 溶剂：三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂：6ml，其中，三氯甲烷/N，N-二甲基 甲酰胺的体积比为2:1 ;
[0083] 反应原料：N-羧基-a -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体0? 23g和N-羧基-a -氨 基-L-缬氨酸环内酸酐单体I. 14g ;
[0084] S2:将称取的引发剂加入带有磁力搅拌的反应容器中，并将反应容器减压抽成真 空，随后每隔半小时通入高纯氩气置换体系，如此反复若干次；
[0085] S3 :向反应容器中加入称量的三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂，使端氨基 聚乙二醇单甲醚溶解；
[0086] S4 :待端氨基聚乙二醇单甲醚完全溶解后，加入称量的N-羧基-a-氨基-L-丙氨 酸环内酸酐和N-羧基-a -氨基-L-缬氨酸环内酸酐混合单体，然后将反应容器置于30°C 的油浴中，使混合单体进行开环共聚合反应；
[0087] S5 :待反应进行时间24h后，将反应产物用冰冻乙醚进行溶解处理，然后过滤，并 在真空烘箱中干燥至恒重。
[0088] 通过上述步骤，得到温敏性共聚物P2。
[0089] 进一步地，所述步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应时，油浴温度还可以为： 30。。、35。。、40。。、45。。、50。。、55。。、60。。。
[0090] 进一步地，所述步骤S4中混合单体进行开环共聚合反应的反应时间还可以为： lh、8h、16h、24h、36h、48h。
[0091] 本实施例的温敏性水凝胶体系由温敏性共聚物制备而成,该温敏性水凝胶体系中 温敏性共聚物的浓度为4wt%。
[0092] 进一步地，所述的温敏性水凝胶体系中温敏性共聚物的浓度还可以为：6wt %、 7wt %、8wt %、9wt %。
[0093] 实施例7
[0094] 一种温敏性共聚物，其组分与实施例2相同。
[0095] 本实施例的温敏性共聚物的合成方法步骤与实施例6相同，不同之处在于：反应 原料：N-羧基-a -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体为0. 29g，N-羧基-a -氨基-L-缬氨酸 环内酸酐单体l.〇7g。
[0096] 本实施例的温敏性水凝胶体系制备方法与实施例6相同。
[0097] 实验验证：下面通过实验验证本发明的温敏性水凝胶体系的性能。
[0098] 观察温敏性共聚物Pl浓度为8wt %的温敏性水凝胶体系在10?80°C之间的粘度 变化，如图1所示，在KTC时，温敏性水凝胶体系为可流动液体，而在37°C时转化为凝胶。
[0099] 取实施例1制得的温敏性共聚物Pl和实施例6制得的温敏性共聚物P2,将P1、 P2分别配置成浓度为4wt %、6wt %、8wt %、9wt %的温敏性水凝胶体系，并分别测定其溶 胶-凝胶热转变行为，得到其溶胶-凝胶转变相图，如图2所示。由图可以看出，当Pl、P2 浓度为8wt%时，两种温敏性水凝胶体系在室温或室温以下为可流动的液体，而在人体温度 时则以稳定的凝胶态存在。
[0100] 分别选取P1、P2配置成浓度为8wt%的温敏性水凝胶体系，反复升降温度三次，得 到的溶胶-凝胶转变温度分别如下表所示。
[0101]
【权利要求】
1. 一种温敏性共聚物，其特征在于，以聚（丙氨酸-缬氨酸）为疏水性链段、以单甲醚 聚乙二醇为亲水性链段构成的聚乙二醇-聚（丙氨酸-缬氨酸）嵌段共聚物，其中，疏水性 链段聚（丙氨酸-缬氨酸）中丙氨酸的含量是15. 2?23. 5wt %，缬氨酸的含量是76. 5? 84. 8wt %。
2. 根据权利要求1所述的一种温敏性共聚物，其特征在于，所述的共聚物中亲水链段 单甲醚聚乙二醇的含量是45. 0?55. Owt %，疏水性链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是 45. 0 ?55. Owt%。
3. 根据权利要求2所述的一种温敏性共聚物，其特征在于，所述的共聚物中亲水链段 单甲醚聚乙二醇的含量是51. 7?52. 5wt %，疏水性链段聚（丙氨酸-缬氨酸）的含量是 47. 5 ?48. 3wt%。
4. 根据权利要求1所述的温敏性共聚物，其特征在于，所述亲水性链段单甲醚聚乙二 醇的数均分子量为500?5000。
5. 根据权利要求4所述的温敏性共聚物，其特征在于，所述亲水性链段单甲醚聚乙二 醇的数均分子量为1000?2000。
6. -种权利要求1?5任一项权利要求所述的温敏性共聚物的合成方法，其特征在于， 包括以下步骤： 51 :按比例称取以下材料： 引发剂：端氨基聚乙二醇单甲醚； 溶剂：三氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂； 反应原料：N-羧基-α -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体和N-羧基-α -氨基-L-缬氨 酸环内酸酐单体； 52 :将称取的引发剂加入带有磁力搅拌的反应容器中，并将反应容器减压抽成真空，随 后每隔半小时通入高纯氦气置换体系，如此反复3?5次； S3:向反应容器中加入称量的三氯甲烷/Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合溶剂，使端氨基聚乙 二醇单甲醚溶解； 54 :待端氨基聚乙二醇单甲醚完全溶解后，加入称量的Ν-羧基-α -氨基-L-丙氨酸环 内酸酐和Ν-羧基-α -氨基-L-缬氨酸环内酸酐混合单体，然后将反应容器置于一定温度 的油浴中，使混合单体进行开环共聚合反应； 55 :将反应产物用冰冻乙醚进行溶解处理，然后过滤，并在真空烘箱中干燥至恒重。
7. 根据权利要求6所述的温敏性共聚物的合成方法，其特征在于：所述S1中各材料的 重量分数为：端氨基聚乙二醇单甲醚1〇〇、Ν_羧基-α -氨基-L-丙氨酸环内酸酐单体23? 35、Ν-羧基-α-氨基-L-缬氨酸环内酸酐单体100?114。
8. 根据权利要求6所述的温敏性共聚物的合成方法，其特征在于：所述S4中混合单体 进行开环共聚合反应时，油浴温度为30?60°C。
9. 根据权利要求6所述的温敏性共聚物的合成方法，其特征在于：所述S4中混合单体 进行开环共聚合反应的反应时间为16?36h。
10. -种温敏性水凝胶体系，其特征在于：由权利要求1?5中任一项权利要求所述的 温敏性共聚物制备而成，该温敏性水凝胶体系中温敏性共聚物的浓度为4?9wt%。
【文档编号】C08G69/08GK104292455SQ201410477830
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】郝建原, 朱萌, 刘钰, 叶友全 申请人:电子科技大学