[发明专利]一种多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了由动态化学键交联的具有多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶及其制备方法，利用动态席夫碱键、动态配位键和氢键共同交联成胶。本发明还公开了所述氨基糖苷小分子水凝胶在体外的抗菌应用，在细菌感染的弱酸环境中动态的席夫碱键和动态的配位键断裂，从而导致凝胶降解释放出具有抗菌活性的氨基糖苷类抗生素和3，4‑二羟基苯甲醛。本发明制备方法简单，利用天然的氨基糖苷类抗生素、3，4‑二羟基苯甲醛、三价铁离子制备水凝胶，成胶基元全部来源天然，环境友好。本发明所述凝胶利用动态的席夫碱键、配位键、氢键形成水凝胶，利用的化学简单，但却可以赋予该凝胶温度、光、氧化还原、pH、电等多重响应性。本发明具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于有机化学及生物材料技术领域，具体涉及一种多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

小分子水凝胶在细胞培养、组织工程和受控药物释放等领域中具有重要用途。这类小分子水凝胶通常先自组装形成纤维状的超分子结构，然后通过纤维结构间的非共价作用力，比如静电或者氢键等交联形成水凝胶。其具有易于构造、刺激响应性、易于降解和低免疫原性等优点。但是另一方面，维持凝胶结构的非共价作用力相对较弱，这可能导致超分子凝胶的机械性能低和稳定性较差。

鉴于现有技术小分子水凝胶通常是由物理交联形成的超分子水凝胶，其机械性能低和稳定性欠佳。而动态共价键具有共价键稳定和非共价键可逆两方面的优势，通过引入动态共价键构筑小分子水凝胶是改善上述问题的有效方法之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种由动态共价键构筑的小分子水凝胶及其制备方法，本发明由动态化学键交联的具有多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶及其制备方法，得到具有较高机械性能和稳定性的小分子水凝胶，同时赋予该凝胶多重响应性。图4中所述凝胶的存储模量为15354.4帕，可表示水凝胶的机械性能。

本发明提出了一种多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶，其由动态席夫碱键、动态配位键和氨基糖苷类抗生素分子上糖单元之间形成的氢键共同交联形成。

现有技术中，无论是聚合物水凝胶还是小分子水凝胶的制备过程常采用的是复杂的化学合成与纯化(如聚合物需要修饰或合成大分子，多肽凝胶需要设计多肽序列等)以及物理的复杂操作(如反复的升温降温等等)，而本发明制备多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶可以避免这些复杂性。本发明中所利用的材料全部来源于天然小分子，无需预合成的工作。本发明中制备凝胶所采用的方法是室温下一锅混的制备方法，无需预合成的工作，也无需进行复杂的物理操作工作。

本发明中，形成所述多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶的成胶基元来源天然，故水凝胶降解的产物全部是天然小分子，该凝胶的使用对环境友好。

本发明中动态共价键赋予了所述多重响应性的氨基糖苷小分子凝胶温度、光、氧化还原、酸/pH、电等多重响应性，可通过调节温度、光、氧化还原、pH、电等因素来调节水凝胶的降解行为。

本发明采用动态的席夫碱键、动态的配位键和氨基糖苷类抗生素分子上糖单元之间形成的氢键共同交联制备所述水凝胶。与由非共价键交联形成的小分子水凝胶相比，本发明水凝胶具有较高的机械性能和稳定性，同时还具有多重响应性。所述多重响应性包括温度、光、氧化还原、酸、电等。优选地，本发明所述小分子水凝胶具有酸响应性，会在细菌生长的弱酸环境中通过酸响应释放具有抗菌活性的氨基糖苷类抗生素和3，4-二羟基苯甲醛，因而在体外具有高效的抗菌性能。

本发明提供了一种多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶的制备方法，所述制备方法为，利用3，4-二羟基苯甲醛分子的醛基和氨基糖苷类抗生素分子的氨基形成动态席夫碱键，同时利用3，4-二羟基苯甲醛分子上面的邻二羟基结构和三价铁离子形成动态配位键和氨基糖苷类分子上的糖单元之间形成的氢键共同交联成胶，制备得到所述多重响应性的氨基糖苷小分子水凝胶。

在一具体实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：