[发明专利]基于商用氨基酸的自组装纳米球、水凝胶及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类基于商用氨基酸的自组装纳米球、水凝胶及其制备方法。具体说是一类利用商业化的N-芴甲氧羰基-氨基酸（Fmoc-氨基酸），通过分子间氢键和芳香性堆积，从而高效率、大批量制备自组装纳米球以及超分子水凝胶的方法和产品。

背景技术

自组装是超分子化学的一个分支，它是在没有人为干涉的情况下，利用分子间非化学键力自发地组织成有序或特定结构的过程。（Science,2002,295,2418-2421）自组装是自然与科技生活中的一种普遍现象。直到1987年诺贝尔化学奖授予研究超分子与自组装的三位科学家之后（Jean-Marie Lehn、Donald J.Cram、Charles J.Pedersen），科学家才开始广泛、深入地对自组装展开研究。近年来，有关自组装的研究成果已达到井喷的境地，其已渗入到化学、材料、纳米、生物医药等等多个领域。利用自组装技术设计和开发出的材料已成为人们获取新型功能材料的重要手段之一。

水凝胶（hydrogel）是充满水分子的半固体胶状物质。水凝胶可以分为高分子水凝胶（也叫化学凝胶）和超分子水凝胶（也叫物理水凝胶，或自组装水凝胶），前者是由化学交联形成高分子网络束缚水分子制备而成，后者是由小分子（也称凝胶因子，hydrogelator）通过自组装形成三维网络束缚水分子制备而成。近二十年，随着有机凝胶因子的兴起(Chem.Rev.1997,97,3133)，水凝胶因子(Chem.Rev.2004,104,1201)逐渐引起研究者们的兴趣。超分子水凝胶的制备过程一般是在水性环境中，水凝胶因子通过分子间的非化学键力（氢键、离子键、疏水作用、π-π堆积、范德华力等等），自组装形成三维网状结构，以此束缚水分子形成半固体果冻状凝胶物质。现今，超分子水凝胶大多通过多肽自组装而成。鉴于多肽的合成比较繁琐，成本高昂，分子设计与组装方法复杂等等，开发出廉价并可大量获得的小分子（工业级），利用简单的方法即可制备成超分子凝胶，势必有利于该领域进一步的工业化应用。

纳米球（nanosphere）由于其内在的特性，如比表面大，尺寸可控，易于表面官能化等，吸引了大量研究者的兴趣。纳米球在药物载体、纳米材料模板、化学与生物传感、表面增强拉曼光谱平台等方面已有广泛的应用。目前制备纳米球的方法有很多，包括共聚物的自组装、两亲分子自组装、高分子交联、模板辅助等等。然而，利用工业级的小分子，通过自组装的方法，简单快捷的制备纳米球的方法，还鲜有报道。所以，寻求可组装成纳米球的廉价商用小分子，将有利于该领域进一步的工业化应用。

商用氨基酸（commercially available amino acids）包括带保护氨基酸与不带保护氨基酸。其中带保护的商用氨基酸一般有叔丁氧羰基（Boc）保护氨基酸与N-芴甲氧羰基（Fmoc）保护氨基酸，这些带保护氨基酸已经工业化，主要用于多肽或蛋白质的合成。自从1984年的诺贝尔化学奖得主R.Bruce Merrifield开发出多肽固相合成（solid phase peptide synthesis）法之后，多肽的人工合成很快地达到工业化。直到现今，大多数商业化定制多肽链都是利用Fmoc保护的氨基酸通过多肽固相合成技术得到的。Fmoc氨基酸的商业化极大地促进了多肽与蛋白质的研究与应用。

鉴于Fmoc氨基酸中有一个芴基和一个酰胺基，我们考虑将Fmoc氨基酸设计成能自组装成特定超分子结构的材料（如纳米球或水凝胶等等）。其设计原理是：Fmoc中的芴基利用π-π键，氨基酸中的酰胺基利用氢键（部分氨基酸侧链有π-π键），协调Fmoc氨基酸中的非共价键，则其可以在水中自组装成纳米球或水凝胶。

利用以上原理，我们成功制备出基于商用Fmoc氨基酸的纳米球与超分子水凝胶。所制备的纳米球形貌分布比较均一，尺寸可控；所制备的水凝胶只需超声即可成胶，不易变质。我们得到的纳米球与水凝胶是基于廉价、可大量获得的商用氨基酸，且制备方法简单快捷，制备的材料稳定性良好，为纳米球与水凝胶的工业化的应用铺平道路。

目前为止，在纳米球方面，没有关于Fmoc氨基酸自组装成纳米球的报道；在超分子水凝胶方面，没有关于Fmoc氨基酸通过简单超声即成凝胶的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用廉价、可大量获得的商用氨基酸通过自组装制备出纳米球及超分子水凝胶的方法和制备得到的产品。