[发明专利]一种寡聚氨基酸与海藻酸钠复合的杂化抗菌水凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种寡聚氨基酸与海藻酸钠复合的杂化抗菌水凝胶，属于可生物降解材料和生物医用材料领域。

背景技术

水凝胶是一种以水为分散介质的凝胶体系，其水含量可超过80％。由于水凝胶的优良性质及特点，其被广泛的应用于食品工程、环境工程及生物医药领域。根据其形成机制，水凝胶可分为化学凝胶和物理凝胶。化学凝胶是通过分子间化学交联形成，其力学性能优异，性能稳定。而物理凝胶则是通过非共价键(氢键、亲疏水相互作用和静电相互作用)作用力发生物理交联形成的，这类凝胶一般可发生可逆的溶胶-凝胶转变，不涉及化学反应，制备条件温和，尤其适合在生物医学领域进行应用。

天然高分子被广泛用于制备水凝胶，如羧甲基纤维素、壳聚糖、明胶以及海藻酸钠等，虽然上述水凝胶力学性能优异，但其功能单一，限制了它们在医疗领域的应用。近年来，具有多功能性的聚氨基酸类水凝胶的研究备受关注，聚氨基酸水凝胶具有与生俱来的良好生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性。不同的氨基酸残基侧链带有不同的官能团，它们能赋予材料丰富的功能性，例如正电性的赖氨酸能够赋予材料良好的抗菌性能。具有良好抗菌性能的水凝胶可极大降低注射部位细菌感染发生的概率。目前，常通过在水凝胶中添加抗菌剂赋予其抗菌性能(物理包覆型抗菌水凝胶)，可是此类抗菌水凝胶存在杀菌作用时间短、药物不良反应等缺点，限制了其在临床上的应用。因此，开发一种自身具备抗菌性能的水凝胶则显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有赖氨酸的寡聚氨基酸两亲分子与海藻酸钠复合形成稳定的自身具有抗菌性能的杂化水凝胶，所述杂化水凝胶无需额外添加抗菌剂即可实现自身的抗菌性能，且通过改变分子结构参数与组分比例可以调控其水凝胶的力学性能，本发明解决了目前物理包覆型抗菌水凝胶随着抗菌剂释放而抗菌性能下降的问题。

本发明首先提供一种基于寡聚氨基酸的两亲分子，其结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示，

式Ⅰ和式Ⅱ中，m为10～16之间的自然数，n为2～20之间的自然数，k为1～5之间的自然数，x为1或2；

式Ⅰ中，y为2～6之间的自然数；

式Ⅱ中，z为1～3之间的自然数。

式Ⅰ中，m具体可为14，n具体可为3或4，x具体可为2，y具体可为3。

本发明进一步提供了式Ⅰ所示基于寡聚氨基酸的两亲分子的制备方法，包括如下步骤：

(1)γ-苄基-L-谷氨酸酯与光气或三光气进行反应得到γ-苄基-L-谷氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物；

(2)ε-苄氧羰基-L-赖氨酸与光气或三光气进行反应得到ε-苄氧羰基-L-赖氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物；

(3)在烷基链伯胺的引发作用下，所述γ-苄基-L-谷氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物与所述ε-苄氧羰基-L-赖氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物经开环共聚合反应得到烷基链-聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)；

(4)所述烷基链-聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)与醇胺类化合物进行胺解反应，得到烷基链-聚谷氨酸醇胺酰胺-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)；

(5)在HBr的催化下，所述烷基链-聚谷氨酸醇胺酰胺-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)经脱保护反应，即得到式Ⅰ所示基于寡聚氨基酸的两亲分子。

本发明还进一步提供了式Ⅱ所示基于寡聚氨基酸的两亲分子的制备方法，包括如下步骤：

(1)β-苄基-L-天冬氨酸酯与光气或三光气进行反应得到β-苄基-L-天冬氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物；

(2)ε-苄氧羰基-赖氨酸与光气或三光气进行反应得到ε-苄氧羰基-L-赖氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物；

(3)在烷基链伯胺的引发作用下，所述β-苄基-L-天冬氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物与所述ε-苄氧羰基-L-赖氨酸的N-羧基-环内酸酐化合物经开环共聚合反应得到烷基链-聚(β-苄基-L-天冬氨酸酯)-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)；

(4)所述烷基链-聚(β-苄基-L-天冬氨酸酯)-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)与醇胺类化合物进行胺解反应，得到烷基链-聚天冬氨酸醇胺酰胺-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)；

(5)在HBr的催化下，所述烷基链-聚天冬氨酸醇胺酰胺-co-聚(ε-苄氧羰基-L-赖氨酸)经脱保护反应，即得到式Ⅱ所示基于寡聚氨基酸的两亲分子。