一種高強度多肽水凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水凝膠的制備方法，尤其涉及一種高強度多肽水凝膠的制備方法；屬 于化學制備領域。
【背景技術】
[0002] 水凝膠是以水為分散介質的凝膠材料，由于其豐富的孔結構和三維網狀結構能夠 提供較好的滲透性和機械支撐，因此在諸多領域有著廣泛的應用前景。近年來，水凝膠材料 備受國內外科學家的關注，對其在生物醫學如組織工程、藥物運輸等方面的應用進行了大 量研究。普通的水凝膠可以通過高分子量的合成聚合物之間或者一些小分子之間的共價交 聯得到，但是，這樣的交聯方式需要通過化學合成來進行。由于大部分的化學試劑含有毒 性，從而導致其形成的水凝膠沒有生物活性，也不可降解；另一種方法是利用一些小分子自 身可以自組裝的特性，通過非共價的相互作用形成網狀結構，在溫和的生理條件下進一步 成膠。由于第二種合成的方法條件溫和，組成單元可選可控，因此形成的膠具有良好的生物 相容性、可逆性等優勢，從而使這種方法越來越多的引起人們的關注。
[0003] 近些年來，人們通過對氨基酸殘基的排列組合，設計合成各種不同序列的肽分子， 通過精巧的分子結構和性質調控，很多肽分子可以自組裝形成穩定的水凝膠。肽分子作為 小分子物種，其水凝膠的形成一般是肽分子自組裝形成納米纖維，再由纖維進一步三維交 聯形成宏觀上水凝膠結構。這一過程是通過各種非共價相互作用如靜電作用、氫鍵、疏水作 用、π-π堆積等驅動完成，這就使得肽水凝膠具有良好的可調控性和可逆性。而且，由于 肽分子最初來源于生物體，其基本結構單元是α -氨基酸，有著較好的生物相容性，因此在 體內可以降解，并且代謝產物無毒。肽自組裝形成的水凝膠含水量非常高，并且這種支架的 孔結構與細胞外間質的結構類似，不僅能使細胞存活和移動，還能使生長因子和營養素等 緩慢地擴散出入，是可控制細胞分化的理想細胞培養基質，并且支撐細胞成長為一個完整 組織的理想材料。近些年來基于肽自組裝形成的水凝膠材料研究已經逐漸成為了材料領域 的研究熱點，在納米材料，生物醫學及組織工程等領域呈現出廣闊的應用前景。
[0004] 然而也正是由于肽分子水凝膠的形成一般是肽分子首先自組裝形成納米纖維，再 由纖維進一步三維交聯形成宏觀上的水凝膠結構。這一過程是基于非共價相互作用形成， 成膠能力有限，且其纖維間的交聯強度往往較低，導致其凝膠強度有限，自支撐性能差，容 易被破壞；而且，其纖維交聯所形成的三維網絡結構孔徑往往較小且難于有效調控，這大大 限制了其在組織工程材料等領域的應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種高強度多肽水凝膠的制備方法，用于制備水凝膠，且制 備出的水凝膠力學強度高，同時水凝膠的力學強度和孔徑尺寸是可調的。
[0006] 本發明的技術方案為：
[0007] -種高強度多肽水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)選擇能夠自組裝形成長纖維結構且帶正電荷的多肽分子，配制所述多肽分子 的水溶液，濃度為2mmol/L-10mmol/L ;超聲混勻，靜置，使其自組裝為長纖維結構；
[0009] (2)向步驟⑴所得的長纖維結構溶液中加入氧化石墨烯（GO)片層，使GO片層 的濃度為〇. 02~1.0 mg/mL，超聲混勾，調節所得多肽/GO片層混合溶液的pH值在8-11之 間，靜置，待體系熟化穩定后形成雜化水凝膠，即所述的高強度多肽水凝膠。
[0010] 所述步驟⑴中，所述多肽分子含有1個以上的帶正電荷的氨基酸殘基，優選I3K 或K3A3I3G3V3，尤其優選K 3A3I3G3V3，二者分子結構式分別為：
[0011] I3K分子結構式為：
[0015] 所述步驟（1)中，所述多肽分子濃度優選3-5mmol/L。
[0016] 所述步驟（1)中，超聲的目的是對溶液混勻，只要能達到混勻的目的即可；優選超 聲的條件為：超聲功率為：90-110W，超聲時間為：5-15min。
[0017] 所述步驟⑵中，所述GO片層尺寸參數為：長度為100-1500nm，寬度為 100-1500nm，厚度為 l-2nm ;優選長度為 300 ± 200nm，寬度為 300 ± 200nm。
[0018] 所述步驟（2)中，超聲的目的是對溶液混勻，只要能達到混勻的目的即可；優選超 聲的條件為：超聲功率為：90-110W，超聲時間為：5-15min。
[0019] 所述步驟（1)中，一般常溫下放置1-7天，多肽分子便可自組裝為長纖維結構；長 纖維結構是否形成可以通過透射電鏡（TEM)進行檢測。
[0020] 所述步驟（2)中，調節所得多肽/GO片層混合溶液的pH值可以降低多肽分子電 荷，有利于成膠。體系熟化是否完成則可以通過溶液流動性的消失來判斷，若熟化完成，將 盛放溶液的小瓶倒置溶液不會流下；一般靜置5-8小時便可熟化完成。
[0021] GO片層是石墨經強酸氧化制備，其長度和寬度尺寸難以控制到很精確的范圍，通 常使用的尺寸范圍以某一尺寸點為中心，呈左右擴散趨勢；例如長度為300±200nm的GO片 層是指長度集中在300nm附近，并向左右擴散200nm的尺寸范圍內的片層都可以接受（即 可接納的尺寸范圍為100_500nm)。GO片層的尺寸也常根據實際使用中對水凝膠孔徑尺寸 大小的需求進行調節選擇。
[0022] GO片層是厚度為l_2nm的薄片，其橫向尺寸可為幾十納米到十幾微米范圍，其結 構特征使其具有聚合物、膠體、薄膜以及兩性分子的特性，是一種優良的軟性碳材料。GO片 層一般由石墨經強酸氧化而得，其表面和邊緣有羧基、酚羥基和環氧基團等極性帶電集團， 在水中具有很好的分散性，且易于與其它物質相互作用。
[0023] 本發明將氧化石墨烯（GO)片層引入到多肽水凝膠中，通過GO片層與多肽自組裝 纖維的相互作用形成空間三維網絡結構，實現對水分子的有效結合和固定，形成水凝膠結 構，大大提高了體系的成膠能力，得到高強度的肽/GO雜化水凝膠材料。GO片層具有優良的 力學性能，其作為凝膠形成的促進劑和交聯劑，可以大大提高雜化水凝膠的力學強度，而且 通過對GO片層尺寸和表面電荷密度的調節可以有效調控雜化水凝膠材料的力學強度和孔 徑大小。
[0024] 本發明可通過調節GO片層的尺寸及濃度，實現對雜化水凝膠力學強度、孔徑尺寸 的調控。
[0025] -般來講，在適當的GO片層濃度范圍內，GO片層濃度越高，儲能模量（G'）和耗能 模量（G")越大，得到的水凝膠力學性能越好；所述適當濃度范圍是指GO片層的加入不能引 起體系的沉淀產生，GO片層加入量太大，會產生沉淀，體系分相，無法形成均一的水凝膠。
[0026] 不同尺寸GO片層同樣影響水凝膠的力學性能，在GO片層加入量相同的情況下，隨 著GO片層尺寸增加，體系力學性能下降，此外尺寸過大的GO片層在溶液中難于均一分散， 導致水凝膠的均勻性下降。不同尺寸GO片層的加入會影響水凝膠的孔徑大小。
[0027] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0028] (1)將GO片層引入到多肽水溶液中，通過GO片層與多肽自組裝纖維的相互作用， 可以提高體系的成膠能力，得到高強度的多肽/GO雜化水凝膠材料；
[0029] (2)可以通過GO片層的尺寸及濃度控制來調控多肽/GO雜化水凝膠的力學強度和 孔徑尺寸等性質。
【附圖說明】
[0030] 圖1多肽/GO雜化水凝膠制備流程示意圖，
[0031 ] 圖2實施例3雜化水凝膠的流變測定結果，
[0032] 圖3實施例3雜化水凝膠的透射電鏡（復染法）圖片。
【具體實施方式】
[0033] 以下結合實施例和附圖對本發明進行詳細的闡述，其中圖1是本發明的多肽/GO 雜化水凝膠制備流程示意圖，圖中簡要地呈現了本發明的制備流程。
[0034] 實施例1
[0035] (1)配制I3K多肽分子4. Ommol/L水溶液，超聲混勻，超聲功率為100W，超聲時間 為IOmin ;常溫下靜置3天，使其自組裝為長纖維結構，此時體系不能形成水凝膠；
[0036] (2)在上述含有多肽長纖維結構的溶液中加入長度為300±200nm，寬度為 300±200nm，厚度為l-2nm的GO片層，使GO片層濃度為0· lmg/mL (即每mL溶液添加0· Img GO片層），超聲混勻，超聲功率為100W，超聲時間為12min ;采用濃度為0. 5mol/L的NaOH溶 液調節混合溶液PH值為10. 5,常溫靜置6小時，形成雜化水凝膠。
[0037] 實施例1所得水凝膠儲能模量（G'）可達4000Pa，耗能模量（G〃）可達500Pa，凝膠 孔徑尺寸小于400nm ;通過本實施制備方法可以形成自支撐的雜化水凝膠。
[0038] 實施例2
[0039] (1)配制K3A3I3G 3V3S肽分子4. Ommol/L水溶液，超聲混