[发明专利]结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，特别涉及一种结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶及其制备方法和应用。 

技术背景

聚羧酸甜菜碱（PCB，Polycarboxybetaine）在聚甜菜碱化合物中有着悠久的历史。最近证实，PCB在单一蛋白质溶液或复杂介质中通过SPR（Surface plasmon resonance，表面等离子共振）检测不到非特殊蛋白质的吸附(<0.3ng.cm^－2）。这是其它物质很难达到的，甚至是PEG（Ployethylene glycol，聚乙二醇）。PCB的另外一个独特之处是能够在水解过程中通过酯基取代羧基而制得，而聚羧酸甜菜碱酯是带有正电荷的，这种阳离子的聚羧酸甜菜碱酯在与蛋白质、DNA和细菌相互作用时产生特殊性质。Cheng等（Angewandte Chemie-International Edition,2008,47(46),8831-8834.以及Langmuir,2001,17(9),2841-2850.）研究发现，羧酸甜菜碱酯聚合物集抗菌、自洁以及防污等优点于一身。其具体过程是：聚羧酸甜菜碱酯带正电，能杀死99.9%的大肠杆菌；当其水解成两性离子聚合物聚羧酸甜菜碱时会释放已死亡的细菌，因此可以实现材料的自清洁；而水解后的两性羧酸甜菜碱聚合物又能阻抗蛋白吸附，具有防污的功能。 

由于这类具有杀菌作用的PCB酯在自身的水解过程中能够转化成无毒、无污染的两性离子聚合物PCB，它们在广泛的应用领域中是非常有前景的。功能性和超低污染PCB在生物医药领域尤其受欢迎，同时也是PEG的良好替代物。以PCB为基础的材料能够用于制备多功能性的纳米颗粒，如定位、诊断和与单纳米粒子结合的药物输送，具细胞黏附性基团和物质生长因子的多功能组织支架，还有在同一表面上具有很多不同生物识别因子的蛋白芯片。 

从目前国内外关于甜菜碱的研究来看，关于甜菜碱的聚合方式主要是自由基聚合和原子转移自由基聚合（ATRP，Atom transfer radical polymerization）接枝。传统的自由基聚合易发生链终止和链转移，分子结构不可控，也无法调节甜菜碱基团的分布，大大影响了聚合物的性能以及实验的可重复性。而另一部 分研究主要集中在将PCB酯通过表面引发原子转移自由基聚合接枝到金和玻璃表面上。将ATRP用于材料表面的聚合改性，能充分发挥“可控”与“活性”的特点，但是也不可避免的存在一些问题。比如：ATRP反应条件苛刻必须在无氧环境下操作；ATRP反应过程中必须使用的催化剂和配位剂价格较高，反应产物中的催化剂残留的去除也是较难的课题；并且，目前可用于ATRP接枝的材料主要是金和玻璃，接枝表面有待拓展等等。 

而可逆加成-断裂链转移自由基聚合法（RAFT，Reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization）采用双硫酯为链转移剂进行新的可控自由基聚合，在传统自由基聚合体系中加入双硫酯或其衍生物等作为链转移剂，可得到分子量可控，多分散性系数较小的聚合物，并可进行活性嵌段聚合。RAFT聚合除具有活性聚合的基本特征外，与其它可控自由基聚合特别是ATRP反应相比，RAFT聚合还具有如下特点：单体适用范围较广，可用于含有羧基、羟基、二烷胺基等特殊官能团烯类单体的聚合；RAFT聚合所要求的聚合条件温和，可在传统的自由基聚合条件下进行，适合的反应温度范围较宽，且反应过程无需保护和解保护等。 

发明内容

本发明的首要目的是改进甜菜碱酯类聚合物的聚合方法，克服自由基聚合以及原子转移自由基聚合的种种缺点，在传统自由基的反应条件下运用RAFT聚合方法，提供一种具有抗菌、自洁以及防污功能的结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶。 

本发明的另一目的是在于提供所述的结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶的制备方法。 

本发明的再一目的是在于提供所述的结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶的应用。 

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种结构相对可控的甜菜碱酯类智能水凝胶，包含以下按重量份计的组分： 

所述的羧酸甜菜碱酯的结构式如式Ⅰ所示： 

（式Ⅰ）； 

其中n为1～3的自然数；m为1～5的自然数；R为甲基或乙基其中一种烷基。