[发明专利]一种具有支链结构的温度响应型手性高分子水凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能型高分子材料，具体为一种支链含有L-氨基酸基团的温度响应型手性高分子水凝胶。该凝胶在温度升至某一临界温度以上时收缩，温度恢复时又膨胀恢复，同时由于该凝胶含有L-氨基酸手性基团，因此具有识别、吸附手性分子的功能，是一种潜在的手性拆分材料。

背景技术

随着对手性药物研究的深入，新型手性制备技术开发受到广泛关注。目前手性药物制备主要有三种途径：从天然产物中提取、不对称合成法以及外消旋体拆分法。其中，提取法常常受到自然资源限制，难以获得大量的低价药物；不对称化学合成所得产物的旋光纯度较低，且试剂大多昂贵，步骤繁琐，因而在工业推广上也受到一定的限制。相比之下，拆分法成本较低，应用广泛，大约有65％的非天然手性药物是由外消旋体或中间产物拆分得到的，该方法具有对映体纯度高、经济实用和易于实现工业化的优点，是最有希望、最有前途的获得手性药物的方法。

近年来，手性材料的发展大大推进了手性拆分技术的进步，许多高效快捷的手性拆分技术依赖于高性能手性材料，例如手性固定相、手性膜、手性分子印迹聚合物等等。同时，为了提高材料的适用性和识别性能，将手性材料智能化成为该领域又一新的发展趋势。智能型水凝胶是一类对外界刺激例如温度、pH值、溶剂、离子浓度、光、电场、磁场等的变化能产生响应性的水凝胶，是一种新型智能材料。其良好的生物亲和性和环境响应性使得智能型水凝胶在组织工程、生物分离、固定化酶和药物缓/控释等方面具有很好的应用前景。其中对于温度敏感性凝胶的研究最多，例如典型的温度敏感性材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAam)，它具有低临界溶解温度LCST(～32.0℃)。当温度低于32.0℃时，凝胶的大分子链水合而伸展，凝胶吸水溶胀；当温度高于32.0℃时，凝胶发生急剧的脱水合作用。导致这种现象的原因，一般认为与“疏水/亲水平衡”有关。温敏凝胶具有一定比例的疏水基团(例如异丙基)和亲水基团(例如酰胺基团)，低温时，由于酰胺基与水发生氢键作用，而使高分子链延展，凝胶呈现溶胀状态。当温度升高时，聚合物与溶剂之间的氢键被破坏，聚合物之间的疏水相互作用增强，从而使凝胶收缩，发生体积相变。这一特殊性质使得PNIPAam等温敏材料在生物分离领域备受重视，并由于其具有操作简便、分离条件温和、可重复使用和批处理量大而受到人们的青睐。

目前，已有研究将PNIPAam的温敏性用于手性拆分，例如将其涂敷或通过共价键接枝到手性固定相表面，或修饰手性膜的膜孔。利用PNIPAam在LCST附近伸展或收缩的构象变化来调控手性识别材料对手性药物对映异构体的结合能力，从而更好地分离手性药物分子。然而，将智能凝胶作为固相萃取剂来进行手性分离的报道目前还很少。

然而，传统的宏观凝胶具有响应速度慢的缺陷，这是因为传统型凝胶的溶胀和收缩都是通过溶液在自身网络间扩散程度来决定的。响应速度太慢对凝胶应用有很大影响。目前，改善凝胶的响应性能的方法主要有三种：(1)使用孔结构；(2)在凝胶中引入柔性链；(3)制备微水凝胶。本发明所设计的具有支链结构的手性温敏凝胶就是根据第二个方法，将手性识别基团通过柔性支链与温敏性聚合物单体共聚。由于该凝胶具有可以自由活动的末端，当外界温度条件变化时，柔性支链会牵动整个大分子网络对外界变化进行响应，在短时间内达到溶胀-收缩平衡，从而使改性后的凝胶具有更好的敏感性。不仅如此，由于手性识别基团通过支链与凝胶高分子链连接，空间自由度大大增加，会更有利于手性吸附和拆分。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，在温度敏感型水凝胶的分子链中引入含有L-氨基酸基团的支链，从而提供一种兼具手性识别和温度响应型高分子水凝胶。这种凝胶可被用作固相萃取剂，可通过外界环境变化调节其内部孔隙的大小和形态，进而调节手性识别单元与被分离物质之间的识别、吸附等相互作用，从而实现手性拆分功能，因此是一种潜在的手性拆分材料。

本发明所制备的一种具有支链结构的手性温敏水凝胶，由结构如M₁所示的手性单体和如M₂所示的烷基丙烯酰胺类高分子单体构成。

M₁：n为2～6M₂：