[發明專利]一種凝膠因子及其制備方法以及使用該凝膠因子的超分子金屬水凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201610114534.6
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105669650A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張翼;王曉娟;何庭;魏傳晚;楊蘭;張珍珠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C07D401/12
• 分類號: C07D401/12;C07B53/00;A61K47/22;C07B57/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

技術領域

本發明屬于超分子自組裝技術領域，尤其涉及一種凝膠因子及其制備方法以及使用該凝 膠因子的超分子金屬水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

超分子凝膠指的是小分子之間通過非共價鍵作用自組裝形成網絡結構束縛住溶劑形成的 凝膠。它已發展成為一大類具有廣闊應用前景的智能、功能性納米材料。這些小分子被稱為 凝膠因子，它們的合成和組裝是近十幾年研究的熱點。通過對凝膠因子的設計，使其具備刺 激響應性，可使超分子凝膠能對溫度、pH、離子強度等條件進行響應。通過向凝膠因子中引 入不同官能團，諸如光響應性基團等，可用于制備各種具有光電功能的材料；羧基、吡啶基 等官能團的引入，其凝膠性能可能被pH等條件控制；另外，還可以加入添加劑如離子、納 米粒子等可改變凝膠相態及性能。

超分子水凝膠(Supramolecularhydrogels)即小分子水凝膠，是以水為分散介質的凝膠。 水凝膠具有良好的生物相容性與生物降解能力，經常用于組織工程的支架，生物材料，傳感 器等。水凝膠因子自組裝形成超分子凝膠也是各種非共價鍵共同作用的結果，氫鍵和π-π堆 積作用是形成超分子凝膠過程中利用最廣泛的兩種非共價鍵。

然而，由有機小分子作為配體和金屬離子發生配位作用的一類非共價鍵，雖然屬于超分 子化學的研究范疇，但是在超分子凝膠材料方面的應用研究卻相對較少。實際上，金屬離子 誘導有機小分子形成超分子金屬凝膠的研究直到最近十幾年才逐步得到科學家重視。由于在 超分子凝膠中引入了金屬離子，使得超分子凝膠具備了各種新的特殊性質，比如磁響應性、 催化、傳感、氧化還原、光電等，這極大地推動了科學家對超分子金屬凝膠的研究興趣，也 使得超分子金屬凝膠的研究成為一個新的熱點研究領域。

響應性超分子凝膠作為新的功能材料，在諸多領域具有廣泛的應用前景。這些領域包括 生物、化學傳感器，藥物傳遞和緩釋，形狀記憶，組織工程，手性識別等等。目前，基于色 氨酸的氨基酸或短肽的水凝膠具備生物兼容性好、生物易降解、化學可修飾及廉價易制備等 諸多優良性質，已被廣泛應用于組織工程、藥物緩釋、細胞培養等領域。色氨酸是天然氨基 酸中的一種，并且是唯一一種有吲哚基團的氨基酸，所以基于色氨酸的衍生物比其它氨基酸 類多了形成氫鍵的位點，更容易形成凝膠。但是，單獨色氨酸類的氨基酸基本形成水凝膠， 不形成金屬凝膠，一般只有熱響應和pH響應，一般在其他方面(如磁響應、光響應)沒有 刺激響應性。

基于吡啶類的超分子金屬凝膠，由于在超分子凝膠中引入了金屬離子，使得超分子凝膠 具備了各種新的特殊性質，比如磁響應性、催化、傳感、氧化還原、光電等。但是，這類超 分子金屬凝膠絕大部分是有機凝膠，很大程度上限制了其應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種可快 速地與Co²⁺自組裝形成超分子金屬水凝膠，并可對Co²⁺特異性識別的凝膠因子及其制備方法； 并且提供了一種使用該凝膠因子的具有多重刺激響應性和手性依靠成膠性的超分子金屬水凝 膠及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種凝膠因子，其特征在于：結構式為

該凝膠因子中同時包含有色氨酸單元和吡啶環，色氨酸中的吲哚基和吡啶環均具有芳香 性，在自組裝過程中可提供π-π堆積；配體中吡啶氮上的氫和亞胺鍵上的氫均可在自組裝過 程中參與氫鍵的形成；吡啶氮原子和羧基可以作為金屬離子的配位點。這樣的凝膠因子結構 既具備形成超分子金屬凝膠所必須的配位點，又具有小分子的靈巧性，同時還保持了色氨酸 的生物功能。該凝膠因子可對二價鈷離子進行特異性識別，無需加熱無需超聲即可快速地形 成超分子金屬水凝膠。

作為一個總的發明構思，本發明另一方面提供了一種制備凝膠因子的方法，包括以下步驟：將L-色氨酸或D-色氨酸在堿性條件下與4-吡啶甲醛反應生成中間產物X或中間產物Y，所述中間產物X的結構式為中間產物Y的結構式為然后將中間產物X或中間產物Y在冰浴下與硼氫化鈉反應，再經酸化、提純后即得所述凝膠因子。