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摘要： 受贻贝粘附蛋白启发而产生的3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)衍生物引起了人们对生物材料和医疗器械的功能化涂层产生广泛兴趣.芴甲氧羰酰基-3,4-二羟基缩丙酮-L-苯丙氨酸[Fmoc-DOPA(acetonide)-OH]是贻贝粘附蛋白和多肽的固相合成关键原料.然而,现有的Fmoc-DOPA(acetonide)-OH的合成方法步骤繁琐、成本高,使其实际应用受到极大阻碍.本工作报道的两步法策略制备Fmoc-DOPA(acetonide)-OH,是一种简单且经济高效的合成方法,具有广阔的应用前景.
关键词: 贻贝粘附蛋白 ；3 ；4-二羟基苯丙氨酸(DOPA) ；Fmoc-DOPA(acetonide)-OH ；简单高效合成
摘要： 采用先保护羧基再保护氨基的策略,优化了美国专利中Tfa-DOPA-Ome的合成方法:以L-DOPA为原料,利用SOCl 2/MeOH酯化反应代替原路线的CH 3I/KHCO 3/DMF酯化反应,然后通过与三氟乙酸甲酯的酯-酰胺交换反应,实现了简单高效、一锅法保护L-DOPA的羧基和氨基的目标。接着,利用2,2-二甲氧基丙烷的高反应活性和CaCl 2对甲醇与水的强吸附性质,成功制备了缩丙酮保护的L-DOPA中间体。最后,利用一次性脱去氨基与羧基保护再转接上其它N-保护基的方法或利用选择性脱甲酯的方法,制得了Boc-DOPA(Acetonide)-OH、Fmoc-DOPA(Acetonide)-OH和另外两种新的缩丙酮保护的L-DOPA试剂。报道的合成策略避免了使用高沸点溶剂,不产生含碘废物,并且具有产物易分离纯化、产率高、低成本的优点。
关键词: 左旋多巴 ；缩丙酮 ；叔丁氧基羰基 ；9-芴基甲氧基羰基 ；邻苯二甲酰基 ；三氟乙酰基 ；寡肽
摘要： N^(α)-芴甲氧羰基-N^(δ)-叔丁氧羰基-L-鸟氨酰甘氨酸(Fmoc-L-Orn(Boc)-Gly-OH)是宫缩抑制剂阿托西班的短肽片段,通过液相合成法高效合成高纯度的Fmoc-L-Orn(Boc)-Gly-OH片段可以有效降低阿托西班的合成成本。采用液相合成方法,以N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺(HONB)活化N^(α)-芴甲氧羰基-N^(δ)-叔丁氧羰基-L-鸟氨酸(Fmoc-L-Orn(Boc)-OH)的羧基高效合成Fmoc-L-Orn(Boc)-Gly-OH,并对反应物料配比和反应溶剂体系进行了研究,得到了最优的Fmoc-L-Orn(Boc)-Gly-OH合成工艺,该工艺操作简单、成本低且产物纯度高,可用于工业化生产。
关键词: 阿托西班 ；Fmoc-L-Orn(Boc)-Gly-OH ；多肽片段 ；合成工艺 ；液相合成
被引量
1
【专利/发明】 • CN202510758421.9 • •
申请日：2025-06-09,
公开日：2025-08-19
申请人： 杭州肽佳生物科技有限公司
公开（公告）号： CN120271660B
摘要： 本发明提供一种高效选择性拮抗剂BQ‑788的制备方法，涉及拮抗剂的制备技术领域。本申请采用固液结合的方法来合成，由于色氨酸（DTrp）侧链上二烷酸二甲酯较困难，选用液相合成来得到Fmoc‑DTrp(CO2Me)‑OH，在合成过程中选用对甲氧基苄基来保护羧基，后续通过三氟乙酸即可脱除，可以成功避免了氢化导致色胺酸的吲哚环被还原的风险。然后利用固相合成的方法，可以快速高效得到片段，可以有效避免缩合过程消旋的问题，并且在固相上形成脲，操作简单方便，在制备过程中不使用氢气和双光气，生产安全，获得的产品产率及纯度较高，且制备步骤较少。
【专利/发明】 • CN201711419157.8 • •
申请日：2017-12-25,
公开日：2018-06-19
申请人： 杭州瑞岚得医疗科技有限公司
公开（公告）号： CN108178739A
摘要： 本发明公开了一种Fmoc Aza‑β3Leu‑OH的合成方法，所述的方法为：将FMOC‑Cl和水合肼发生亲核取代得到式A1所示的FMOC基甲酸酯；再将2‑甲基丙醛和所得式A1所示的Fmoc基甲酸酯缩合反应得到式A2所示的腙；将所得式A2所示的腙与还原剂氰基硼氢化钠发生还原反应得到式A3所示的Fmoc‑Azaβ3Leu肼；然后将所得式A3所示的Fmoc‑Azaβ3Leu肼与溴乙酸叔丁酯发生亲核取代得到式A4所示的FmocAza‑β3Leu‑OtBu；最后将所得式A4所示的FmocAza‑β3Leu‑OtBu与通有HCl气体的二氯甲烷进行脱脂反应得到式A5所示的目标产物FmocAza‑β3Leu‑OH。本发明所述的制备方法，反应条件温和，Fmoc保护基团可以很容易地使用温和碱性条件除去，操作简便，路线简单高效，适用性广泛。
【专利/发明】 • CN201611265509.4 • •
申请日：2016-12-30,
公开日：2018-08-10
申请人： 江苏金斯瑞生物科技有限公司
公开（公告）号： CN108383905A
摘要： 本发明公开了一种比伐卢定的制备方法，具体涉及药物多肽比伐卢定的高效合成。本方法采用Fmoc固相多肽合成法，在固相载体上依次偶联各个N端保护的氨基酸得到比伐卢定肽树脂，肽树脂经酸试剂裂解得到粗肽，粗肽经C18制备色谱柱纯化得到比伐卢定纯品。比伐卢定序列中有五个Gly，常规Fmoc固相多肽合成中Gly对应原料为Fmoc‑Gly‑OH，本发明采用Fmoc‑Gly(DMB)‑OH为原料，替换其中的一个或多个Fmoc‑Gly‑OH，有效提高了甘氨酸及其后续氨基酸的偶联效率，避免了Gly的缺失或多加现象。该方法操作简单，粗品纯度高，制备后产品纯度达到99.2％，单杂小于0.5％，具备良好的工业化生产前景。
【专利/发明】 • CN201711418465.9 • •
申请日：2017-12-25,
公开日：2018-06-08
申请人： 杭州瑞岚得医疗科技有限公司
公开（公告）号： CN108129356A
摘要： 本发明公开了一种Fmoc‑Azaβ3 Asp(OtBu)‑OH的合成方法：将水合肼和氯甲酸苄酯发生亲核取代得到肼基甲酸苄酯，然后在N，N‑二异丙基乙胺存在下，所述的肼基甲酸苄酯与溴乙酸叔丁酯的发生亲核取代反应，得到式C1所示的化合物1和式C2所示的化合物2；将所得式C1所示的化合物1与溴乙酸甲酯发生亲核取代得到式C3所示的化合物3；将所得式C3所示的化合物3在催化剂Pd/C作用下，在H2气氛下反应得到式C4所示的化合物4；将所得式C4所示的化合物4与FmocOSu混合，在NaHCO3作用下，得到式C5所示的化合物5；将MeOH与式C5所示的化合物5发生水解反应，得到式C6所示的目标产物Fmoc‑Azaβ3 Asp(OtBu)‑OH。本发明所述的制备方法，反应条件温和，操作简便，路线简单高效。
【专利/发明】 • CN202011097855.2 •
+1位作者
•
申请日：2020-10-14,
公开日：2022-04-19
申请人： 成都泰莱康科技有限公司;成都永泰诺科技有限公司
公开（公告）号： CN114369139A
摘要： 本发明公开了类蛇毒三肽的制备方法，通过Boc‑beta‑Ala‑OSu与L‑Pro‑OH反应得到Boc‑beta‑Ala‑Pro‑OH，通过Fmoc‑Dab(Boc)‑OH与苄胺脱水缩合再脱除Fmoc基团得到H‑Dab(Boc)‑NHBn，将Boc‑beta‑Ala‑Pro‑OH与H‑Dab(Boc)‑NHBn脱水缩合得到Boc‑beta‑Ala‑Pro‑Dab(Boc)‑NHBn，最后再通过Boc‑beta‑Ala‑Pro‑Dab(Boc)‑NHBn脱除Boc基团得到类蛇毒三肽。本发明方法合成工艺高效便捷，产率高，后处理简单，无需HPLC分离纯化即可得到高纯产品，且试剂用量少，可大大降低生产成本，更适合实际生产应用。
【专利/发明】 • CN202510758421.9 • •
申请日：2025-06-09,
公开日：2025-07-08
申请人： 杭州肽佳生物科技有限公司
公开（公告）号： CN120271660A
摘要： 本发明提供一种高效选择性拮抗剂BQ‑788的制备方法，涉及拮抗剂的制备技术领域。本申请采用固液结合的方法来合成，由于色氨酸（DTrp）侧链上二烷酸二甲酯较困难，选用液相合成来得到Fmoc‑DTrp(CO2Me)‑OH，在合成过程中选用对甲氧基苄基来保护羧基，后续通过三氟乙酸即可脱除，可以成功避免了氢化导致色胺酸的吲哚环被还原的风险。然后利用固相合成的方法，可以快速高效得到片段，可以有效避免缩合过程消旋的问题，并且在固相上形成脲，操作简单方便，在制备过程中不使用氢气和双光气，生产安全，获得的产品产率及纯度较高，且制备步骤较少。
【专利/发明】 • CN202011097855.2 •
+1位作者
•
申请日：2020-10-14,
公开日：2024-04-19
申请人： 成都泰莱康科技有限公司
公开（公告）号： CN114369139B
摘要： 本发明公开了类蛇毒三肽的制备方法，通过Boc‑beta‑Ala‑OSu与L‑Pro‑OH反应得到Boc‑beta‑Ala‑Pro‑OH，通过Fmoc‑Dab(Boc)‑OH与苄胺脱水缩合再脱除Fmoc基团得到H‑Dab(Boc)‑NHBn，将Boc‑beta‑Ala‑Pro‑OH与H‑Dab(Boc)‑NHBn脱水缩合得到Boc‑beta‑Ala‑Pro‑Dab(Boc)‑NHBn，最后再通过Boc‑beta‑Ala‑Pro‑Dab(Boc)‑NHBn脱除Boc基团得到类蛇毒三肽。本发明方法合成工艺高效便捷，产率高，后处理简单，无需HPLC分离纯化即可得到高纯产品，且试剂用量少，可大大降低生产成本，更适合实际生产应用。
【专利/发明】 • CN202310236038.8 •
+6位作者
•
申请日：2023-03-13,
公开日：2023-09-22
申请人： 成都郑源生化科技有限公司
公开（公告）号： CN116789731A
摘要： 本发明公开了短肽Fmoc‑L‑Ala‑L‑Ala‑OH的制备方法，采用液相合成法，先将N‑芴甲氧羰基‑L‑丙氨酸即Fmoc‑L‑Ala‑OH与活化剂HOR在缩合剂存在下于有机溶剂中反应，制得活性酯Fmoc‑L‑Ala‑OR，再将其与三甲基硅基即TMS临时性保护的L‑丙氨酸即H‑L‑Ala‑OH偶联，制得短肽Fmoc‑L‑Ala‑L‑Ala‑OH。本发明所述制备方法创造性地将‑TMS临时性保护用于短肽合成，无需柱层析纯化，即可简单高效地制得纯度高于90％的目标短肽，具有步骤短、操作简单、产物纯度高、收率高、制备成本低等优势，适合工业化大规模生产，所得短肽可用于生产多肽药物索玛鲁肽、利拉鲁肽、贝那鲁肽、度拉糖肽等，有效避免在制备多肽时逐个偶联H‑L‑Ala‑OH容易产生的氨基酸缺失问题。
【专利/发明】 • CN202110295018.9 •
+1位作者
•
申请日：2021-03-19,
公开日：2022-09-27
申请人： 博瑞生物医药(苏州)股份有限公司
公开（公告）号： CN115109118A
摘要： 本发明涉及药物合成技术领域，具体涉及一种固相合成DS‑8201中间体的方法及DS‑8201的制备方法。本发明的固相合成DS‑8201中间体的方法，先将化合物5的羟基端偶联至固相树脂上，再依次拼接Fmoc‑Phe‑OH、甘氨酸类似物、6‑马来酰亚胺己酸或其琥珀酰亚胺酯，使用固相合成方法快速、高效的合成linker片段，固相合成不需要每步纯化，每步缩合完毕后只需要将剩余的试剂/原料洗涤即可，最后将linker从树枝上切割下来，即可得到纯度较高的linker，步骤简单，成本低，适合工业化生产。
摘要： L-3,4-二羟基苯丙氨酸（左旋多巴或DOPA）被广泛用于治疗帕金森病。由于世界范围内老龄化问题严重,帕金森病患者日益增加,因此DOPA具有广阔的市场前景。目前,DOPA的制备方法主要有植物提取法、化学合成法、酶催化合成法、微生物发酵法,但存在成本高、反应条件苛刻、过程繁杂等缺陷。纳米酶作为一种具有酶催化功能的纳米材料,其结构及功能稳定性高,对反应条件要求不苛刻、制备简单成本低,易于批量生产。因此,本论文以酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase,TyrH,EC 1.14.16.2）作为模拟对象,分别以EDTA-Fe2+修饰的磁性纳米粒子:Fe3O4@EDTA-Fe2+以及g-C3N4修饰的磁性纳米粒子:Fe3O4@g-C3N4两种纳米材料作为酪氨酸羟化纳米酶,模拟TyrH低成本高效率催化酪氨酸（tyrosine,Tyr）生产DOPA。 扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）表征手段证实了该两种纳米酶是具有高结晶度的纳米级别的球形颗粒。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）表明该两种纳米材料均具有Fe-O和Fe-N键,与TyrH活性中心结构一致,表明纳米酶实现了对TyrH活性中心结构的模拟。N2吸附-解吸等温线表明纳米酶材料具有丰富的介孔结构,Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析证实了纳米酶的高比表面积以及丰富的孔径,为纳米酶提供丰富的活性位点的同时可以作为底物Tyr的可能性结合位点。振动样品磁强计（VSM）显示该两种纳米酶具有超顺磁特性,可快速磁分离,为产物的分离提纯均提供了极大的便利。 高效液相色谱法（HPLC）、质谱法（MS）分析手段证实了纳米酶催化体系中DOPA的产生,证实了该两种反应体系均能成功羟基化Tyr生成DOPA,表明纳米酶实现了对TyrH催化功能的模拟。对反应条件进行单因素优化,DOPA的产量分别提升至1.7 mM和1.0 mM。循环实验表明材料具有可重复利用性以及较强的活性稳定性。 通过自由基清除实验、电子自旋共振（ESR）、探针实验、探寻了体系中存在的氧化活性物质,结果表明了该两种仿生催化反应体系均存在大量·OH和1O2作用于催化Tyr生成DOPA。在Fe3O4@g-C3N4作为催化剂的反应体系中成功证实了FeⅣ=O的存在,证实了该纳米酶催化体系实现了对TyrH催化机制的模拟。 论文提出了通过制备一种具有酪氨酸羟化酶活性中心结构以及催化功能的磁性纳米酶作为催化剂来仿生制备DOPA的成本低廉、操作简单、条件温和的方式,为DOPA的制备提供了一种新方法,同时为仿生研究提供了一种新思路。
关键词: 酪氨酸 ；左旋多巴 ；酪氨酸羟化酶 ；纳米酶 ；仿生合成
摘要： 近年来各种检测生物内活性分子的手段、方法都在不断发展进步,荧光探针以其灵敏度高、选择性好、操作简单和无生物侵害性等优点引起了科研工作者的广泛关注,逐渐成为一种重要的生物化学传感领域的分析工具。而生物体内的活性分子含量的失衡往往与一些疾病息息相关,因此,开发近红外荧光探针用来高选择性检测生物体内活性分子对疾病的诊疗具有重大的实际价值。本文设计构建了若干近红外荧光探针用于生物体内活性分子的高效检测。首先,针对酪氨酸酶(TYR)在生物体内发挥的重要作用,设计合成了一种近红外荧光探针CHMC-Dopa。该探针以氯羟基花菁类荧光团(CHMC)和盐酸多巴胺通过胺基化反应制得,其中邻苯双羟基作为TYR的识别基团,CHMC作为信号输出基团,我们通过核磁共振谱、高分辨质谱等对其进行了表征确认。探针CHMC-Dopa的发射波长为628 nm,具有长波长发射的特点,有利于生物体内成像。当探针CHMC-Dopa与TYR作用后,荧光淬灭,反应前后荧光强度变化达到了10倍以上,且测试表明,荧光探针CHMC-Dopa与TYR作用,表现出高反应速率、较好的生物相容性和很好的灵敏度等特点,说明荧光探针CHMC-Dopa能够实现对TYR的检测。最后,我们也成功将CHMC-Dopa应用于对细胞内TYR进行生物成像。然后,我们设计合成另一种基于DCM荧光团用于检测TYR的荧光探针:DCM-Ph-OH,该探针以二氰基亚甲基-4H-吡喃(DCM)为荧光团和间羟基苯基为识别基团,与传统对羟基苯基基团作为识别基团相比,本课题以间羟基苯基基团作为识别基团,更不易与生物体内其它活性氧发生反应,具有更好的抗干扰能力;DCM-OH拥有在近红外区域发光的特点,是很好的近红外荧光信号输出基团。目前,荧光探针DCM-Ph-OH已完成合成工作,相关性能有待进一步测试。最后,我们合成了一种基于半花菁染料的荧光探针(Cy-SH),用来检测生物体内的信号小分子HNO,该荧光探针以二巯基异丁酸为识别基团,通过识别基团中的巯基与HNO进行相互作用,引起探针分子结构中的酯键断裂,达到荧光turn-on增强,从而最终实现对HNO的检测。Cy-OH具有很好的生物相容性与良好的近红外发射波长。目前,荧光探针Cy-SH已完成合成工作,相关性能有待进一步测试。
关键词: 荧光探针 ；近红外 ；高选择性 ；酪氨酸酶 ；次硝酸
摘要： 芳基酰胺类衍生物是构建自组装纳米材料中应用最广泛的构筑基元之一,它的自组装主要是依靠π-π堆积和氢键相互作用来完成的。其中,π-π堆积作用在很多自组装体形成过程中有着举足轻重的作用,而芳基酰胺类衍生物中的芳基平面是形成π-π堆积作用的主要基团。与此同时,互补氢键是最重要的非共价相互作用之一,被广泛应用于构建微纳米体系。在酰胺基团形成的氢键作用中,一般来说N-H作为氢键给体,C=O作为氢键受体,提供了一个强的(大约2.0 A)和定向的互补氢键相互作用。芳基酰胺类衍生物由于较强的分子间作用力,被应用在制备各种维度和尺度的微纳米结构上。通过合理设计,其组装体被赋予各种各样的功能,在刺激响应性材料、光电材料和生物材料应用方面展现出较大的潜力,引起了人们的持续关注。在本论文中,我们设计、合成了一系列基于芳基酰胺类结构的有机小分子构筑基元,并制备了多种功能性自组装微纳米结构。尤其对有机构筑基元自组装形成的有机超分子凝胶、多级自组装行为控制和形貌转变进行了深入研究,并对这些超分子结构的形成机理及分子堆积方式进行了讨论与总结。此外,我们还拓展并深入研究了该自组装体系在智能材料设计和油品污染处理等领域的应用。本论文主要包括以下几个部分:一、绪论本章主要介绍了论文的选题背景和依据,包括超分子自组装的概念和氢键作用、芳香堆积作用、疏水作用、主客体作用以及离子键等常见非共价键相互作用力的概念。概括了超分子自组装微纳米结构的几种形态,包括超分子囊泡、胶束和纳米颗粒以及纳米管。总结了超分子凝胶的基本概念、分类、形成机制和有关应用。此外,本章还介绍了氨基酸衍生物类凝胶因子和胆固醇衍生物类凝胶因子等典型芳基酰胺类有机小分子构筑基元在构建超分子凝胶中的一些重要研究进展。最后,本章简单总结了超分子功能材料在生物医学、信息技术和环境科学领域中的应用。二、芳基丝氨酸类有机凝胶的设计及其在净化含油水体中的应用随着含油污水排放和海洋石油污染的不断增加,环境和生态系统正在遭受不可逆转的破坏。水油分离与回收一直是一个重大的挑战。从小分子有机凝胶(LMOGs)衍生得到的相选择性有机凝胶(PSOGs),可以在油水两相体系中选择性地使油脂凝胶化,有利于将其方便地收集和回收。但在实际应用过程中,凝胶选择性差、凝胶时间长、回收性能差等问题是发展新型的高效油凝胶因子试剂的巨大挑战。为了解决这个问题,本章设计了一系列Fmoc-氨基酸衍生物并研究了其对一系列石油产品的凝胶化作用。其中基于丝氨酸的化合物对石油产品展现出了优异的凝胶性能,基于丙氨酸的化合物对石油产品的凝胶化不稳定,基于苯丙氨酸的化合物不能凝胶石油产品。由于不同取代基的Fmoc-氨基酸衍生物展现出了不同的组装性能,我们还对几种组装体的形成机理及分子堆积模式进行了研究。此外,丝氨酸基凝胶因子对水体中的油品也展现出了良好的选择性凝胶性能。于是,我们对该凝胶体系中的溶剂体系、油品类型、临界成胶浓度、成胶时间、以及无机盐溶液的影响进行了探索。对丝氨酸基凝胶因子的进一步研究表明,凝胶因子的成胶能力与分子结构之间存在着一定的构效关系。成胶时间、力学强度等均展现出了对烷基链长度的依赖性。凝胶油的收集和回收是实际应用的另一个重要因素,凝胶可以被酸解或热解的这一性质对实际溢油情况中处理油的回收提供了可能性。这类凝胶因子在处理海上溢油和日常工业生活所产生的含油废水等方面具有潜在的应用价值。三、溶剂调控的蒽修饰十八烷基氨基酸甲酯的分子组装与微纳米结构转变分子自组装结构在弱的分子间相互作用下的形成和转化至关重要。构筑具有尺寸、维度和形貌可调的微/纳米结构是制备高性能纳米材料的关键。同时,溶剂环境作为自组装体系的重要组成部分,对调节自组装过程起着举足轻重的作用。因此,通过调节溶剂调节非共价相互作用,从而促进自组装向优化的超分子结构演变,有利于深入理解复杂体系的组织机制。本章设计合成了 N-十八烷基氨基甲酸酯(A-9-YMOC)构筑基元。由于分子中的刚性蒽基、酰胺酯基团和长烷基链,可以提供π-π堆积作用、氢键作用和范德华力,因此A-9-YMOC具有非常好的自组装性能。由于其分子结构简单,分子间相互作用明显,因此对研究溶剂对其自组装性能的影响提供了可能。本章主要研究了 A-9-YMOC分子自组装形成有序微/纳米结构的能力,以及不同极性的溶剂对该分子自组装行为的影响。我们发现不同极性溶剂中溶质-溶剂之间的相互作用可以微妙地改变分子的堆积方式,进而影响分子自组装的纳米结构。在极性溶剂中π-π堆积作用对自组装过程起到了导向作用,微观上表现为纳米花的形貌;而在非极性溶剂中氢键在自组装过程中起了主导作用,其形貌为纳米纤维结构。我们提出了π堆积诱导型溶剂和氢键诱导型溶剂,并通过红外光谱、荧光光谱和X-射线粉末衍射推测出了不同的超分子结构中不同的分子排列。这一发现为设计制备有机功能小分子聚集体、调控微纳米结构提供了溶剂相互作用上的理论依据。四、基于Fmoc氨基酸的凝胶转变及超分子手性的调控手性或手性微纳米结构在各种生物系统中随处可见。其中,控制手性化合物在自组装过程中的手性放大,在生命的进化和超分子材料中尤为重要。通过手性或非手性分子来调节凝胶相中的自组装纳米结构,可能会给凝胶性能带来显著的变化。在合理设计超分子凝胶因子的基础上,大量的功能材料被制备出来。基于Fmoc氨基酸的双亲分子目前已经被证明是具有生物相容性的非常有吸引力的构筑基元。为了调节超分子手性并探讨其对凝胶性能的影响,本章以Fmoc-L-天门冬酰胺(Fmoc-L-Asn-OH)为模型分子,研究了其在良/不良溶剂体系(DMSO/H2O)中的自组装行为。通过控制溶剂环境,我们实现了Fmoc-L-Asn-OH凝胶-沉淀-凝胶的三级转变,包括自组装过程中的形貌、超分子手性以及凝胶性能的转变。在这个过程中,水的比例对调节凝胶的形成及其性质有着显著的影响。Fmoc-L-Asn-OH分子在较高水分数和较低水分数的DMSO/H2O混合溶剂中均能形成凝胶,其形貌分别为扁平的纳米纤维和螺旋纳米纤维,后者伴有超分子手性的出现;在中等比例水分数的溶剂中,由纳米薄片组成的沉淀聚集体代替了凝胶的形成。进一步的机理研究表明,芳香族Fmoc基团之间的π-π堆积作用和酰胺基团之间的氢键相互作用在凝胶的自组装过程中起到了重要作用,动力学和热力学过程分别控制了两种凝胶的形成。除此之外,两种凝胶展现出不同的热性能和机械力学性能。水含量较少的体系,凝胶的热稳定性较高而力学性质较低。这一工作为调控多形貌微聚集体及超分子手性提供了新方法,在智能材料设计领域具有重要的潜在应用价值。
关键词: 超分子自组装 ；芳基酰胺类化合物 ；有机小分子凝胶 ；自组装微纳米结构 ；油污凝胶化处理
被引量
2
摘要： 植入感染目前已成为生物医用金属植入器件临床应用的巨大障碍,开展抗植入感染材料的开发与研究具有必要性和迫切性。植入感染本质上是材料表面粘附的细菌与生成的生物膜引起的,从研究思路、方法和效果的角度分析,聚合物涂层因其结构功能可设计性、抗菌可靠性高、不影响整体机械性能等优点,无疑是解决细菌粘附与定殖的有效策略。近年来,基于聚合物的抗菌材料及抗菌机理得到了广泛的关注,但仍有诸多问题需要考虑和解决:如死细菌在杀菌型涂层表面累积问题;细菌抵抗型表面往往同时抵抗细胞粘附,缺乏相应生物活性的兼顾与调控,且抑菌活性仍不理想;多重抗菌涂层结构设计复杂,制备困难;LbL法与表面接枝法等涂层制备方法过程繁琐、冗长、不可控,制备工艺亟需进步等。这些都是本文关注并尝试解决的主要问题。大分子自组装及其组装聚集体研究一直是高分子科学领域的热点之一,随着多年发展,科学家们更加关注通过多组分、多级次组装方式探索大分子自组装聚集体的功能化及其应用。但大多数自组装研究集中在嵌段聚合物,因合成相对困难,其实际应用受到了一定限制。相对于嵌段共聚物,双亲性无规共聚物简单易得,其组装胶体表面同时存在离散分布的亲疏水功能微区,还可作为生物活性组分（如抗菌、锚定组分等）载体。基于这种独特的结构特点,以无规共聚物胶体粒子作为涂层构建基元可以提供一种简单、便捷的方法构筑多功能且结构可控的涂层表面,以解决以上抗菌涂层面临的诸多问题,拓宽大分子自组装实际应用的研究具有十分重要的理论价值和实际意义。围绕以上背景,本文设计合成了不同结构、功能的双亲性无规共聚物,以其自组装体作为构筑涂层的基本基元,再结合电泳沉积技术在钛及其合金表面制备了多功能且结构可控的抗菌涂层材料,以解决抗菌涂层面临的诸多问题,为制备多功能抗菌涂层提供新思路。主要研究路线是:首先,构建了季铵盐接触型抗菌涂层材料,就死细菌是否会在杀菌材料表面累积进行验证,并探究涂层对有毒离子释放的抑制能力;其次,基于疏水化两性离子聚合物构建了细菌粘附抵抗型涂层材料,在解决细菌在材料表面粘附问题的同时实现了细胞的粘附与增殖,研究了涂层促进细胞粘附的机制;为进一步提高涂层的抗菌性能并调节细胞粘附行为,从聚合物结构、组装组分与涂层性能之间的构效关系出发,构筑了具有可控细胞粘附行为的多重抑菌杂化涂层材料,阐述了调控机理及理论依据。最后,通过优化聚合物结构及合成路径,发展了羧酸甜菜碱型两性离子复合涂层,获得更优抗菌效果的同时验证了涂层疏水性调节细胞粘附机理的实用性和普适性。具体探究内容如下:1、季铵盐型功能涂层及其性能研究首先在医用镍钛合金表面构建了季铵盐接触型抗菌功能涂层,并探究了涂层对镍钛合金中有毒Ni2+离子释放的抑制能力和杀菌能力。通过控制聚合单体投料比和随后季铵化反应程度合成了不同羟基（-OH）与叔胺(-N（CH3）2)基团比率和不同季铵盐含量的光敏性季铵盐聚合物聚(7-（丙烯酰氧基）-4-甲基香豆素-co-甲基丙烯酸羟乙酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯十二烷基季铵盐)（PCHD-Q）,季铵盐组分摩尔分数分别控制在1%（Q1）和10%（Q10）左右。将所得聚合物在选择性溶剂中自组装成胶体粒子,粒子对pH、盐浓度、UV辐照具有响应性。最后,以15 V、5 min的沉积电泳条件和UV辐照10 min的光交联条件在镍钛合金表面制备了涂层材料,电泳沉积机理为电化学粒子凝聚机理,光交联过程增加了涂层结构的致密性与均匀性。研究结果表明:涂层有效地抑制了有毒Ni2+的体外释放,并降低了释放Ni2+诱导的细胞毒性,抑制机理主要是:一方面,电泳涂层经光交联增加了涂层结构致密性与均匀性,在早期起到物理阻隔作用;另一方面,基于涂层中-OH和-N（CH3）2基团起到物理吸附作用,在后期抑制了Ni2+向外释放,且-OH含量更高的涂层抑制效果更好。同时,所制备的季铵盐型涂层材料具有突出的杀菌能力和良好的细胞相容性,抗菌能力随季铵盐组分的增加而增强。此外,季铵盐涂层抗菌结果显示了死细菌会在涂层表面粘附、累积。2、疏水化两性离子型抑菌及促细胞粘附功能涂层材料基于两性离子聚合物构建了双亲性细菌粘附抵抗型涂层材料,以解决细菌在抗菌材料表面粘附这一问题,同时实现了细胞在此类涂层表面的粘附与增殖。首先,通过引入手性单体丙烯酸异冰片酯（ISA）合成了疏水化的两性离子聚合物聚（磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）(PSDI)并自组装成胶体粒子（CP）;然后,将CP溶液与单宁酸水溶液（TA）等体积混合后共电泳沉积在钛合金表面构筑了抑菌功能涂层材料。结果表明:成功合成了疏水化两性离子聚合物PSDI,其磺化程度为84.3%;CP与TA混合形成了CP-TAX复合胶体溶液（X为TA浓度）,过高的TA含量不利于胶体体系稳定;经探索以25 V、60 s沉积条件制备了涂层材料,TA组分的引入增加了电泳过程的稳定性,改善了涂层形貌的完整性和平整度,并通过氢键和离子键作用与聚合物PSDI形成三维物理交联网络结构,提高了涂层的溶液稳定性;所制备的复合涂层有效地抑制了细菌在表面的定殖与粘附,主要抑菌机理为:涂层表面兼具ISA和SBMA功能团,通过建立手性表面、静电屏蔽表面及一定程度的水化表面协同抑制了细菌初始粘附;同时,ISA组分的引入在不影响抑菌功能的同时增加了涂层的疏水性,形成的适度亲水表面促进了细胞的粘附与增殖,初步提出增加抑菌涂层疏水性可实现细胞粘附的机制,这对两性离子型表面是十分有意义的。3、可控细胞粘附及多重抑菌杂化涂层材料基于聚合物结构与细胞粘附行为之间有一定的相关性这一结论,设计特定结构的聚合物并研究其结构对细胞粘附行为的调控是本章的重点;为了进一步提高抗菌活性,多重抗菌理念被引入涂层材料中。首先,设计合成了一些列不同组分、配比以及磺化度的双亲两性离子聚合物聚（甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）(PDI)和聚（磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）(PDI-S),然后在乙醇中与TA杂化自组装形成胶体粒子PDI/AT和PDI-S/TA,TA为天然多酚,可以促进涂层与基材表面的附着力,同时赋予涂层高效的抗菌活性;探索并以相对优化的沉积条件在医用钛表面构建了多功能抑菌涂层材料。研究结果显示,杂化涂层具有优异的溶液稳定性,其表面性质受聚合物组成、磺化度及TA组装组分的影响;杂化涂层Ti-PDI/TA及Ti-PDI-S/TA具有十分优异的抗菌性能和可调的细胞粘附性质,抗菌机理为:首先通过增加ISA或SBMA功能组分抑制细菌初始粘附,再进一步通过TA组分破坏细胞膜结构和代谢途径杀死已附着在表面的细菌,减少了涂层表面活/死细菌附着量;细胞粘附行为的调控机理为:通过改变聚合物结构参数调节杂化涂层表面亲疏水性质,从而实现调控细胞粘附行为;其中,涂层实现抑菌性能的ISA组分摩尔分数阈值为30%,ISA摩尔分数为50%时是涂层从促进细胞粘附到抑制细胞粘附转变的最优值。最后,动物实验表明促细胞粘附的杂化涂层具有良好的体内相容性。该涂层体系通过调节聚合物结构参数而实现调节细胞及细菌的粘附行为,在骨科或心血管支架领域均具有潜在应用。4、羧酸甜菜碱两性离子型复合抗菌功能涂层材料通过优化聚合物结构及合成路径,发展了羧酸甜菜碱两性离子复合涂层,验证了基于疏水性调控细胞粘附行为机理的普适性。本章首先设计合成羧酸保护的两性离子型聚合物聚（羧基保护甜菜碱甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸异辛酯-co-多巴胺甲基丙烯酸甲酯）(P（CB-tBu-co-EHA-co-DOPA）),通过其组装的胶体粒子负载了Cu2+抗菌组分并电泳沉积制备多功能涂层材料。研究表明:成功制备了负载Cu2+的涂层材料;间接法细胞毒性实验表明,涂层60天内累积释放的Cu2+不会诱导明显的细胞毒性,说明了负载Cu2+策略的安全性;涂层具有优异的综合性能,其可以通过简单三氟乙酸溶液的处理实现由季铵盐复合涂层向羧酸甜菜碱两性离子复合涂层转换,从而改变涂层表面物化性质,极好地控制细胞由粘附向抗粘附的转变,控制效果与聚合物结构相关,增加CBMA组分效果更好,该结果验证了疏水性调控细胞粘附行为机理的可行性与普适性;脱保护前后的涂层均具有优异的抗菌性质,其抗性来源于涂层的粘附抵抗性、季铵盐接触及Cu2+释放杀菌性,细胞毒性实验及动物实验则表明涂层材料具有良好的生物相容性。该工作以极为简单的表面处理方式控制细胞粘附行为并提供多重抗菌性,颇具新意。综上所述,本文以设计合成的双亲性无规共聚物为基础,结合大分子自组装及电泳沉积技术,在钛及其合金表面制备涂层材料,赋予涂覆表面以理想的抗菌活性,并兼具功能性。主要通过无规聚合物结构、组装组分的控制,成功构建并发展了具有多重抗菌机理的涂层表面,解决了聚合物抗菌涂层面临的诸多问题;并基于结构与性能的构效关系的研究,提出了调控细菌及细胞粘附行为的特定机理,并证实其普适性。本研究结合大分子自组装及电泳沉积技术,为抗菌聚合物涂层固定、制备提供了一种简单、高效的策略,以无规聚合物自组装胶体粒子作为构建基元,拓宽了大分子自组装在生物涂层领域的研究范畴。
关键词: 无规共聚物 ；自组装胶体粒子 ；电泳沉积 ；抗菌涂层 ；细胞相容性
被引量
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摘要： 医用粘合剂具有可有效止血、避免针刺对人体组织带来的二次伤害、使用方便、无需拆除等优点，渐渐成为了伤口愈合领域的生力军。纤维蛋白胶以及合成类的氰基丙烯酸酯粘合剂是两类广泛应用的组织粘合剂。纤维蛋白胶具有快速固化和生物降解性的优点，但粘附力和拉伸强度较差，并且可能会产生过敏反应等。氰基丙烯酸酯粘合剂具有粘附性强、对组织瞬时粘附和易于使用的优点，然而，降解缓慢可能导致机体的排异反应，交联瞬间会释放出大量热量以及降解产物的毒性限制了它的应用。此外，只有应用于干燥的手术环境，纤维蛋白胶和氰基丙烯酸酯才能发挥最佳效果，这大大限制了其在许多内脏器官手术中的湿润组织粘连和止血领域的应用。 贻贝仿生粘合剂是目前粘合剂研究中的一个新热点。贻贝能够在水中粘附于各种非特异性的界面，其强粘附能力在于其足部分泌的粘附蛋白中存在一种叫L-3-(3,4-二羟基苯)丙氨酸（L-DOPA）的氨基酸。在氧化或碱性条件下，DOPA上的邻二羟基被氧化成邻醌，促使足部粘合蛋白发生交联反应，随后触发分子间交联，使蛋白质网络具有内聚力和体积弹性。氧化态的DOPA也能通过与生物表面上的亲核基团如-NH2,-SH,-OH和-COOH形成共价键，来提升它对生物表面的强粘附力。因此，将含邻苯二酚的物质结合到聚合物的结构中得到组织粘合材料的研究越来越受到青睐，然而，这些邻苯二酚聚合物的合成需要多步骤制备及纯化，尽管具有令人欣喜的组织粘附性质，但是目前已合成的贻贝启发粘合剂聚合物基本上是不可降解的，这很大程度地限制了它们在组织工程和药物传递等各种医疗领域中的潜在用途。聚苹果酸是以苹果酸为唯一单体，相互通过酯键连接而成的一种脂肪族聚酯，在人体内酶的作用下最终会降解为水和二氧化碳，不会产生蓄积毒性。聚苹果酸具有多个活性中心（悬挂羧基），可共价连接多个具有生物学功能的基团，是连接药物、功能基团的高效载体。本文受贻贝粘附机制的启发，以聚苹果酸作为高分子骨架，与多巴胺直接缩合连接，以期得到反应简单、生物相容性好、可降解的类贻贝粘附生物粘合剂。 本课题参考实验室现有的PMLA合成工艺，分别以L-天冬氨酸、L-苹果酸为原料，内酯开环聚合法及一步缩聚合法合成两种不同构型的聚苹果酸β-PMLA，γ-PMLA，进而与多巴胺通过酰胺反应得到粘合剂β-PMLA-DA，γ-PMLA-DA。GPC（凝胶渗透色谱法）检测分子量，红外与核磁共振氢谱表征其结构。通过对反应条件的筛选与优化，PMLA多巴胺接枝率可达21.3%。 通过搭接剪切实验测试PMLA-DA对四种不同基材（不锈钢、玻璃、PTFE（聚四氟乙烯）和猪皮）的粘合强度，结果表明β-PMLA-DA具有良好的非特异粘合性质，对不粘性材料聚四氟乙烯亦有较好的粘性，对猪皮的粘合强度是商用纤维蛋白胶的1.5倍。比较γ-PMLA-DA与β-PMLA-DA两种构型不同的粘合剂，β-PMLA-DA的多巴胺接枝率高于γ-PMLA-DA，粘合性能亦优于γ-PMLA-DA。细胞毒性实验与体内生物相容性测试表明PMLA-DA无细胞毒性，具有良好的生物相容性。 受海洋生物贻贝的启发，本课题通过化学仿生的方式，合成基于聚苹果酸的生物粘合剂。该反应将多巴胺连接到聚苹果酸的活化羧基，得到的粘合剂不仅对多种基材具有良好的粘合能力，而且生物相容性好，降解性质佳。本研究为该粘合剂后续的工作打下了基础，对生物医用粘合剂、金属或无机材料粘接剂等产品的研发提供了实验依据。
关键词: 贻贝仿生粘合剂 ；制备工艺 ；聚苹果酸 ；生物相容性
摘要： 糖尿病是一种广泛分布于全球的以高血糖为特征的复杂慢性代谢性疾病,其发病时的高血糖症状会导致患者的糖、脂代谢紊乱,从而引起一系列慢性并发症。随着人类文明的持续进步和生活水平的不断提高,糖尿病患病率逐年上升。其中2型糖尿病患者明显增多,目前约占糖尿病总患病人群的90%以上。2型糖尿病的特征主要表现为胰岛素抵抗,即由胰岛素调节的细胞糖代谢能力下降或胰岛β细胞功能受损引起的胰岛素分泌减少,或两者兼而有之。这种疾病的存在愈发威胁着人类的生命健康。目前2型糖尿病的治疗方法及药物多种多样,但寻找一种安全有效的2型糖尿病的治疗药物仍然是一个巨大的挑战。因此,寻找一种更安全、更有效的2型糖尿病治疗药物是眼下迫在眉睫的任务。2017年12月5日,美国FDA批准了由丹麦Novo Nordisk公司研发的一种新型治疗2型糖尿病新药索马鲁肽(又名:Semaglutide或Ozempic)上市。索马鲁肽是GLP-1(胰高血糖素样肽-1)受体激动剂,通过刺激胰岛素的分泌来降低患者体内的血糖水平,同时亦能降低患者的血压与体重。索马鲁肽在人体内具有长达165小时的半衰期,是目前最新研发出来的一种一周给药一次的GLP-1受体激动剂。索马鲁肽还具有极高的安全性,它引起胰腺炎或由于重复给药引起低血糖症状的风险极低。鉴于索马鲁肽的上述优势,目前索马鲁肽在欧美等国家正在成为治疗2型糖尿病的一线药物。索马鲁肽是一个含有一条长脂肪侧链的三十一肽,通过将GLP-1受体激动剂利拉鲁肽(Liraglutide)结构上的8位谷氨酸残基(Glu)替换成了 2-氨基异丁酸残基(Aib)以及将27位赖氨酸残基上的6位氨基连接的软脂酰谷氨酸替换成了由两个8-氨基-3,6-二氧杂辛酸(AEEA)、谷氨酸(Glu)和十八烷二酸偶联而成的长脂肪链而制得。作为一种多肽类药物,索马鲁肽的合成方法与其他多肽类药物类似,主要通过固相合成法制备。考虑到固相合成法存在的一些缺点以及索马鲁肽结构的特点(它含有一条长脂肪侧链,其合成原料价格昂贵),我们尝试将一种新型基于疏水载体辅助的液相肽合成法用于索马鲁肽的合成,并在此基础上进行工艺优化。这种新方法的原理类似于传统固相合成法,也是将多肽C末端的氨基酸与载体偶联,然后通过逐个偶联的方式得到所需片段,最后通过裂解得到产物。然而,该方法与固相合成法具有明显本质区别:其所使用的载体在非极性溶剂中高度易溶,而在极性溶剂中难溶;偶联和脱保护反应为均相反应,可在溶液中进行,能通过TLC法进行简单直观的监测,有效减少了杂质的产生;当反应完成后,只需向反应液中加入不良溶剂即可析出产物结晶,分离纯化步骤像固相合成法一样易于处理;由于是均相反应,其氨基酸以及催化剂的投料量更加合理,无须像固相合成法那样大幅过量,这在很大程度上降低了制备成本。基于该方法的特点和索马鲁肽结构性质,我们将索马鲁肽分为以下六个片段:Boc-His(Trt)-Aib-Glu(OtBu)-Gly-OH(片段 1)、Fmoc-Thr(tBu)-Phe-Thr(tBu)-Ser(tBu)-Asp(OtBu)-OH(片段 2)、Fmoc-Val-Ser(tBu)-Ser(tBu)-Tyr(tBu)-Leu-Glu(OtBu)-Gly-OH(片段 3)、Fmoc-Gln(Trt)-Ala-Ala-Lys[-AEEA-AEEA-γ-Glu(α-OtBu)-Oct(OtBu)]-Glu(OtBu)-Phe-OH(片段 4)、Fmoc-Ile-Ala-Trp(Boc)-Leu-OH(片段 5)、Fmoc-Val-Arg(Pbf)-Gly-Arg(Pbf)-Gly-OH(片段6)。我们选择2,4-二(二十二烷氧基)苯甲醇作为可溶性疏水载体,将氨基酸的羧基通过酯化反应偶联到载体的醇羟基上,并通过Fmoc保护法依次偶联氨基酸得到六个Fmoc保护的连有载体的片段:Tag-片段1-6。然后分别脱去Tag-片段1-5的载体,并在Tag-片段6的基础上依次按片段5-1的顺序(即索马鲁肽主链C末端到N末端的顺序)偶联得到Tag-全保护索马鲁肽,最终通过裂解和制备液相纯化得到索马鲁肽。在索马鲁肽的合成研究中,由于片段4结构中赖氨酸残基(Lys)的氨基上连有长脂肪侧链,我们选用Alloc-Lys(Fmoc)-OH作为片段上赖氨酸残基的原料。当偶联至此氨基酸残基时,首先脱去Fmoc保护基并使用侧链所需要的三种原料依次偶联合成侧链,然后脱去Alloc保护基并偶联主链上剩余的氨基酸残基得到片段4。这也是Alloc保护基法在此种多肽液相合成法中的首次应用。然后本文对此方法合成索马鲁肽的工艺进行了优化。我们考察了各种影响因素如催化剂、反应温度、投料比以及后处理方法等对反应的影响,建立了一条成本低、收率高、产品纯度高且操作简便的合成路线。其主要研究成果体现在以下几个方面:①在片段C末端氨基酸与载体的偶联反应中,当载体、氨基酸和DIC的投料比为1:1.2:1.5时,在40℃反应条件下,合成了四种高纯度Fmoc保护的片段:Fmoc-Gly-O-Tag、Fmoc-Phe-O-Tag、Fmoc-Asp(OtBu)-O-Tag 和 Fmoc-Leu-O-Tag,极大的降低了后续分离纯化的难度;②在片段C末端氨基酸与载体的偶联反应中,由于偶联产物颗粒细小且粘稠,导致过滤极其困难。在过滤前将硅藻土加入到不良溶剂的结晶液中充分混合后再抽滤,巧妙解决了过滤困难的技术难题。然后用产物的良溶剂(例如四氢呋喃)提取滤饼(硅藻土与产物的混合颗粒)达到了高效分离纯化的目的;③在脱除Tag-片段1载体的反应中,通过调整三氟乙酸的用量,可以减少组氨酸残基上的三苯甲基保护基的脱落,使得此步反应收率由73.28%提高到93.02%,产品纯度由81.95%提高到92.86%;④在片段4的合成中,我们使用四(三苯基膦)钯和苯硅烷催化体系将Alloc化学应用到了这种液相合成法中,这使片段4的纯度达到98%以上;⑤在脱Fmoc保护反应中,当pH调至6时,能有效克服Tag-片段6难以结晶的难题,使得此片段收率达到76.73%,纯度达到96.73%;⑥在依次偶联各片段合成Tag-全保护索马鲁肽的反应中,我们采用DMT-MM作为偶联剂,通过筛选和优化得到合理的投料比反应体系,使裂解后的索马鲁肽粗肽总收率和纯度显著提高,分别达到51.82%和62.25%。而最新的索马鲁肽固相合成专利文献报道的粗肽总收率和纯度分别为39.22%和53.51%,极大提高了索马鲁肽的合成效率。综上所述,疏水载体辅助的液相多肽合成法合成索马鲁肽相较于固相多肽合成法而言,投料比更合理、产品收率和纯度更高,这些都可以直观地体现到成本的降低上。此外,本文建立的索马鲁肽疏水载体辅助液相多肽合成法的工艺路线,操作简便、反应条件温和,具有潜在的工业应用价值。
关键词: 2型糖尿病 ；GLP-1受体激动剂 ；索马鲁肽 ；多肽液相合成法 ；合成工艺
被引量
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摘要： 天然酶是一种具有三维活性结构的生物大分子催化剂,其在天然催化过程中具有极高的催化效率和底物识别特性。这些优势大力推动了科学家们对仿生酶的研究。酶模拟物可作为一种价格低廉、高效及高稳定性的天然酶替代物。该替代物在有机合成、环境保护中具有重要作用,并可帮助阐明天然酶的催化机制以及了解生物酶在生命起源的进化。仿生酶的设计原则主要是选取其生物酶组分中的关键组分为主体。当前酶模拟物的主要主体为非蛋白源分子。这些主体很大程度上限制了仿生酶的生物体内应用。如何设计催化位点,选择主体分子并将其整合在活性三维结构中,并实现可调控催化是当前面临的一大挑战。自然界中有序的蛋白质分子聚集体主要由分子间相互作用力及配位作用驱动组装形成。受天然酶启发,本文构建了光氧化酶模拟物及金属纳米酶模拟物,进一步推动了新型仿生酶构建及其催化性能研究。主要工作内容如下:(1)光氧化酶纳米囊泡可基于小分子共组装而设计构建。9-芴基甲氧基羰基-L-组氨酸(Fmoc-His-OH)与酞菁可共组装为纳米囊泡。该仿生酶可灵活调节粒径分布和膜厚度,并具有活性氧物质介导的光敏氧化能力。与单纯的酞菁染料相比,纳米囊泡中的酞菁染料近似于单分子分散,可以增强染料荧光强度及产生单线态氧能力;进一步改善了光敏氧化过程中光催化效率和稳定性。(2)共组装金属纳米酶可通过金属离子配位氨基酸构建。N-(苄氧基羰基)-组氨酰肼(Z-His-NHNH2)可与锌离子灵活配位形成具有可调控粒径和催化活性的纳米酶。基于不同金属浓度构建的纳米级超分子网络可用于模拟水解酶活性;该仿生酶被认为是最简单的金属纳米酶,并具有很强的环境耐受性;可以在未来用作人工药物潜在催化载体。以上工作说明氨基酸可调控酞菁及金属离子形成有效的超分子催化剂作为酶模拟物,并解决了目前选择仿生酶催化主体、构建活性结构以及实现可控催化等难题。所构建的超分子光催化剂能够对理解简单光催化膜系统、水解酶进化路径提供思路;并可应用于未来光敏纳米反应器、人造细胞器及潜在前药递送。
关键词: 仿生酶 ；自组装 ；氨基酸 ；酞菁染料 ；金属离子
被引量
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摘要： 伤口愈合是创伤治疗过程中需面临的一个重要问题。目前,临床上普遍使用如手术缝合线、医用订皮机等机械侵入性技术促进伤口愈合,这些方法存在操作繁琐、高病菌感染率、组织免疫性反应等问题,会导致伤口愈合缓慢。与之相反,组织粘合剂是一种用于伤口止血、愈合、防止流体渗漏的医用材料,其组成和功能具有灵活的可设计性,并且操作简单,有助于缩短手术时间,快速恢复组织的完整性和功能性,成本效益高,展现出广阔的应用前景。但目前经FDA批准可用于特定手术的商业化传统组织粘合剂,如氰基丙烯酸酯胶、纤维蛋白胶、聚乙二醇基粘合剂等,仍存在各种各样的缺陷,尚不具备完全替代机械侵入性技术的条件。因此,研制出性能更优异的新型组织粘合剂,以满足临床医学的严格要求仍然是一个非常重要的、具有实际应用前景的研究领域。在自然界中,海洋生物贻贝通过体内分泌的足丝,使其能在湍流和盐碱环境中依旧强烈地附着在异物表面。研究表明,贻贝优异的粘附能力归因于足丝中的贻贝足蛋白（Mfps）,而贻贝粘附蛋白分子结构中对粘附起到关键作用的是含邻苯二酚的多巴。基于上述分析和认识,我们通过适宜的分子设计与合成技术,向特定的单体、预聚体或反应性聚合物引入邻苯二酚或邻苯三酚官能团以及可生成交联键的反应性官能团,制备出粘合强度高、使用安全、便利的组织粘合剂。通过现代测试技术表征所制备预聚体产物的化学结构,以及其通过交联所得的组织粘合剂的溶胀性、表面形貌、组织粘附性和生物相容性等性能,为构建新型、性能优异的仿生组织粘合剂奠定理论和实验基础。研究的主要内容和结果如下所述:（1）使用半胱氨酸（Cys）模拟贻贝Mfp-6对邻苯二酚基团的抗氧化保护机制,在Cys存在下制备聚多巴胺（PDA）溶液,并以丙烯酰胺（AM）为单体,以聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）为交联剂,通过自由基聚合反应合成PDAxCysy PEGzPAM-t水凝胶组织粘合剂,作为伤口敷料覆盖于外科组织伤口处,促进伤口愈合。研究结果表明,Cys能在不影响生物相容性的前提下通过模拟贻贝Mfp-6对邻苯二酚基团的抗氧化保护机制,有效提高粘合剂粘附性能,当Cys/DA（mol/mol）=1/12时可到达到邻苯二酚的最佳氧化还原平衡点,其粘合强度到达最大值9.5 kPa。该粘合剂能高效地通过基体形变将外力撕扯粘合剂剥离组织的能量耗散,防止在粘附区域出现应力集中而导致剥离,同时具有可重复使用性;粘合剂的溶胀率（2000～6000%）、断裂拉伸强度（6.4～15.0 kPa）和断裂伸长率（114～1170%）可通过PDA、Cys和PEGDA三者之间的组分配比进行调节;该粘合剂具有自修复性,其断裂拉伸强度和断裂伸长率的恢复率达60%。（2）通过聚琥珀酰亚胺（PSI）与特定伯胺衍生物的氨解反应,分别制得带有乙烯基、邻苯二酚和羟基官能团的反应性聚天冬酰胺PASAM（C=C/Dopa/OH）即组分一,以及带有巯基、邻苯二酚和羟基官能团的反应性聚天冬酰胺PASAM（SH/Dopa/OH）即组分二。将组分一和组分二分别溶于一定浓度的过氧化氢（H2O2）溶液和辣根过氧化物酶（HRP）溶液,制得两种预聚液,再分别装入双针筒注射器,在手术切割后的组织切口边缘处或受伤组织的边缘处进行原位注射,并使之接触、靠紧。在HRP和H2O2共同作用下,组分一和组分二的邻苯二酚官能团之间、乙烯基与巯基之间可形成两类化学交联点,最终使粘合剂凝胶化,从而构建了双组分原位注射型聚天冬酰胺仿生组织粘合剂PASAM（C=C/Dopa/OH）-PASAM（SH/Dopa/OH）,实现组织修复。研究结果表明,双组分组织粘合剂预聚液可在10秒内实现快速凝胶化,并且与单组分粘合剂相比,具有更高的交联密度和粘合强度,而在HRP溶液浓度为2 mg/mL,H2O2溶液浓度为15 wt%时,粘合剂的交联点密度最高,粘合强度达到最大值24.5 kPa,高于已商业化的纤维蛋白胶的粘合强度;该粘合剂在PBS缓冲液浸泡下其溶胀率不超过200%;NIH-3T3细胞在含有该粘合剂的培养基中具备一定的增殖能力。（3）以明胶（GT）作为组织粘合剂大分子主链,经含有邻苯三酚官能团的没食子酸（GA）修饰,制得凝胶前体GT-GA,并分别以戊二醛（GTA）和HRP/H2O2作为交联剂组分,经双针筒注射器进行原位伤口注射,凝胶化后分别形成粘合剂GT-GA-GTA和GT-GA-HRP/H2O2,实现组织修复。研究结果表明,GT-GA-GTA和GT-GA-HRP/H2O2都能在10秒内实现凝胶化,其中GT-GA-GTA在GTA质量与GT-GA相同时粘合强度达10.9 kPa,GT-GA-HRP/H2O2在HRP溶液浓度为1.0 mg/mL,H2O2溶液浓度为15.00 wt%时,粘合强度达最大值7.8 kPa;GT-GA-GTA的SR最高达850%,而GT-GA-HRP/H2O2最高达435%;HRP/H2O2的存在对细胞存活率影响较小,而GTA的存在则明显的降低了细胞存活率。
关键词: 组织粘合剂 ；贻贝 ；邻苯二酚 ；聚丙烯酰胺 ；聚天冬酰胺 ；明胶
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