[发明专利]聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法及温度敏感型水凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法及温度敏感型水凝胶。

背景介绍

刺激响应性水凝胶是一种由亲水性高分子组成的三维网络，能够感知外界环境，如温度、pH值、离子强度、生物分子、化学物质、光电和磁场等的微小变化，并通过自身体积的膨胀/收缩转变、溶胶/凝胶转变、对细胞黏附/脱附等对外界的刺激产生响应，在药物控制释放、物质分离提纯、生物活性物质包埋、细胞培养和组织工程等方面具有广泛的应用前景。

温度敏感型可注射性水凝胶是一种温度刺激响应的水凝胶，在低于人体体温时，温敏性水凝胶以溶液状态存在，与药物、多肽、蛋白质、细胞等生物活性物质较易混合；当注入到人体内部后，由于温度的变化，溶液迅速发生体积相变，形成水凝胶；在形成水凝胶的过程中，其中的药物或生物活性物质被包埋在水凝胶内部，然后通过扩散或者水凝胶自身降解缓慢释放，从而达到长效缓释的目的。温敏性可注射性水凝胶也可以作为体内原位组织培养的支架材料，由于注射前为低粘度溶液，因此适合于任意形状的创口，而且注射过程中不会造成新的创口。同时，温敏性水凝胶具有应用条件温和，无需使用有机溶剂，有利于维持生物活性物质的活性等优点，是药物与细胞释放载体和生物医用材料的研究热点之一。

现有技术公开了多种温敏性可注射性水凝胶，如聚乙二醇和聚（L-乳酸）的嵌段共聚物水凝胶（Nature, 1997, 388: 860-862.），聚乙二醇和聚氨基酸的嵌段共聚物水凝胶（Macromalecule, 2008, 41: 8204-8209，Biomacromolecules, 2009, 10: 2476-2481.），在温度变化时可以实现溶胶和凝胶的可逆变化。然而，目前报道的这些水凝胶都难以对材料进行进一步化学和生物分子修饰。尤其是使用生物功能分子对水凝胶材料的修饰，对改善材料的生物功能性，以及与细胞和组织的相互作用具有重要意义，是目前水凝胶材料领域受到广泛关注和具有挑战性的研究课题。对于传统的温度敏感嵌段共聚物水凝胶，其中的聚乙二醇嵌段主要是碳碳键和碳氧键，都是非常惰性的，很难进行活化；另外传统的聚酯和聚氨基酸嵌段，目前也鲜有可修饰基团的报导。当这些聚合物形成水凝胶时，其表面主要是亲水的聚乙二醇，难以与蛋白质分子结合，不利于细胞粘附，所以很大程度上限制了其在细胞培养和组织工程上的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的水凝胶难以对材料进行化学和生物份子修饰，从而导致应用范围窄的问题，而提供一种聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法及温度敏感型水凝胶。本发明提供的嵌段共聚物形成的温度敏感型水凝胶含有生物功能侧基，应用范围较广。

本发明提供了一种聚氨基酸嵌段共聚物，包含具有式（I）或式（II）结构的第一嵌段和具有式（III）结构的第二嵌段：

其中，R为叠氮化生物分子；

x为聚合度，10≤x≤227；

y为聚合度，10≤y≤226；

m为聚合度, 4≤m≤96；

n为聚合度，1≤n≤60。

优选的是，所述R为半乳糖、甘露糖、葡萄糖、生物素或短肽。

优选的是，所述第二嵌段占所述聚氨基酸嵌段共聚物的重量百分数为25%~75%。

本发明提供了一种聚氨基酸嵌段共聚物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：具有式（IV）结构的端氨基化的聚乙二醇单甲醚或具有式（V）结构的端氨基化的聚乙二醇与γ-丙炔基-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐发生聚合反应，得到嵌段共聚物；

其中，x为聚合度，10≤x≤227；y为聚合度，10≤y≤226；

步骤二：将步骤一得到的嵌段共聚物和叠氮化生物分子反应，得到聚氨基酸嵌段共聚物。

优选的是，所述端氨基化的聚乙二醇或端氨基化的聚乙二醇单甲醚与γ-丙炔基-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐的摩尔比为1:（5~120）；

优选的是，所述的步骤二中嵌段共聚物的炔基和叠氮化生物分子摩尔比为1：（0.8~1.2）。

优选的是，所述叠氮化生物分子为半乳糖、甘露糖、葡萄糖、生物素或者短肽。

本发明还提供了一种温度敏感型嵌段共聚物水凝胶，包含上述技术方案所述的聚氨基酸嵌段共聚物和溶剂。

优选的，所述溶剂为水、生理盐水、缓冲溶液、组织培养液或体液。

优选的，所述的聚氨基嵌段共聚物的质量分数为2%~30%。

本发明的有益效果