[发明专利]一种结构优化的手性超分子水凝胶基元、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种结构优化的手性超分子水凝胶基元的设计思路与制备方法，所述手性超分子水凝胶以苝酰亚胺、联苯、萘环等含大π键共轭结构疏水基团为中心核，在所述中心核两侧对称对称连接手性氨基酸基元。本发明通过优化中心核疏水基元，使其在分子自组装时，由于分子中心更大的π键共轭结构、使得分子间π‑π相互作用大大增强，协同手性氨基酸酰胺键间氢键作用，可获得手性组装结构更稳定的超分子水凝胶材料。

技术领域

本发明属于化学合成领域，尤其涉及一种结构优化的手性超分子水凝胶制备方法及其应用，尤其具体涉及一种通过增大凝胶基元中心共轭核体系进而增强凝胶基元间π-π堆积相互作用。利用凝胶基元中心核间强π-π共轭作用协同手性氨基酸间氢键作用，可获得手性组装结构更稳定的超分子水凝胶材料，解决现有凝胶基元间由于分子间弱相互作用造成的组装结构无法长期稳定存在，易解体的问题。

背景技术

手性现象普遍存在于生物和自然界中，在分子水平(如L-氨基酸和D-糖)、纳米螺旋结构(如DNA、RNA和蛋白质)、宏观系统(如海螺和植物)，甚至在星系中都存在。在半个世纪前就在药物设计中对手性对映体有了详细的研究。对有些手性药物而言，一个对映体是有效的且安全的，而另一个对映体是无活性甚至有毒的。由于手性分子的这些生物学效应，分子手性一直被认为是生物材料发展的关键因素。例如，手性对映体修饰的手性表面可以调节生命活动，包括蛋白质和DNA吸附，细胞粘附、扩散和分化。

与分子手性相比，超分子手性的重要性及其潜在的生物功能尚未得到充分的探索。然而，由于分子单元的空间不对称堆积产生的超分子手性(如DNA中的双螺旋、蛋白质中的螺旋与折叠结构)却参与了许多重要的生命活动。DNA的右旋螺旋结构就是一个典型的例子，它在基因表达中起着重要的作用。此外，蛋白质构象紊乱或错误折叠可能会破坏体内细胞和组织功能，增加患阿尔茨海默病、克雅氏病、帕金森氏病等疾病的风险。在这些高度复杂的超分子手性结构及其相应的生物学应用的启发下，构建手性可调的仿生超分子组装是化学、材料科学和生物学面临的一个极大挑战。由超分子组装构成的水凝胶是最具吸引力的材料之一，类似生命体内的细胞外基质。与传统的高分子水凝胶的共价交联不同，超分子水凝胶内部为非共价相互作用，如氢键，π-π堆叠、范德华力、疏水相互作用。由于非共价相互作用的可逆性，超分子水凝胶面对外部刺激(如温度、溶剂、pH值、酶和光)和生化信号反应更加敏感，并能为细胞生长提供一个动态环境。因此，超分子水凝胶手性结构的组装过程以及组装体性能可以为理解超分子手性在生物学中的作用提供重要见解。

例如：公开号为CN 110408584A，公开日为2019年11月5日，名称为“左旋手性纳米凝胶细胞支架材料及其制备方法”的中国专利文献公开了一种左旋手性纳米凝胶细胞支架材料及其制备方法；公开号为CN 109316632，公开日为2019年2月12日，名称为“一种左旋水凝胶材料的制备方法”的中国专利文献公开了一种左旋凝胶材料的制备方法；公开号为CN109337864，公开日为2019年2月15日，名称为“一种右旋水凝胶材料的制备方法”的中国专利文献公开了一种右旋凝胶材料的制备方法；公开号为CN 111729622，公开日为2020年10月2日，名称为“一种苯丙氨酸衍生的手性超分子水凝胶及其应用”的中国专利公开了一种苯丙氨酸衍生的手性超分子水凝胶及其应用。然而在以上专利文献所公开的技术方案中，该凝胶材料在结构上仍有不少缺陷，特别是中心核共轭结构仅为单苯环，共轭体系过小，导致π-π堆叠作用力较弱，使得手性微结构不稳定，易解体，限制了材料的实际应用，以上专利公开的材料均无法实现手性材料用于长时间(两周以上)细胞培养。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构优化的手性超分子水凝胶基元结构的设计思路及其用途。在之前发明专利的基础上通过优化中心核疏水基元，使其在分子自组装时，由于分子中心更大的π键共轭结构、使得分子间π-π相互作用大大增强，协同手性氨基酸酰胺键间氢键作用，可获得手性组装结构更稳定的超分子水凝胶材料，解决现有手性超分子水凝胶难以稳定存在的问题。

为了实现上述目的，本发明从以下几个方面实现了：