光敏性短肽分子的构建及应用研究

论文摘要

光敏性有机小分子因其结构和性质能被外界光源方便有效地调控而被广泛应用于材料及生物医药等研究领域。水凝胶作为一种具有介于水溶液状态和固体状态之间的特殊状态的“软物质”,因其独特的功能已被广泛的用于细胞培养基质、组织工程等领域而成为一类重要的生物功能材料。利用短肽分子来构建水凝胶体系在化学合成上具有简便快捷的优势,且作为潜在的生物功能材料,短肽超分子水凝胶具有生物相容性好、在体内易于降解等优势。我们以合成短肽分子作为分子构件,用具有光反应活性的光敏分子对其进行结构修饰,使其在光照反应前后具有不同的分子自组装性质,从而实现了由于自组装性质改变而诱导的各种宏观性质变化,构建了光敏性的超分子水凝胶体系。论文第一部分是用在光照条件下有开关环性质的吲哚啉螺毗喃分子对合成短肽分子的氮端进行修饰,构建了一类具有光敏性的短肽分子。通过对这些短肽分子的自组装性质及光敏性进行研究,我们成功构建了基于吲哚啉螺吡喃类二肽分子的光敏水凝胶体系。我们发现当二肽分子氮端的吲哚啉螺吡喃结构单元处于开环状态时,分子间可以有效堆积从而促使体系自组装成为纳米纤维,宏观上表现为形成红色的水凝胶；而当自组装体系受可见光辐照后,短肽分子氮端的光敏分子结构发生变化,由平面结构转化为螺环结构,因此诱导了原自组装体系性质如颜色、状态等的显著变化。对于吲哚啉螺吡喃取代基团与短肽片段间的相对位置及短肽分子中氨基酸残基组成对取代短肽分子形成超分子水凝胶能力的关系,我们开展了深入的研究。发现SpriopyranⅠ修饰的二肽分子中,当二肽片段中含有侧链为脂肪族烷烃及带有酸性羧基的氨基酸残基时,二肽分子较易自组装成水凝胶；而侧链为带有苯环或者碱性氨基的二肽分子由于溶解度太好或者太差不能成水凝胶。而SpriopyranⅡ修饰在氮端的短肽分子则普遍很难形成水凝胶,我们认为这可能是由于SpriopyranⅡ的结构上从N端连接出来的肽链不能很好的达到π-π堆积、二肽分子间氢键以及范德华力的平衡,从而不利于其自组装。在SpriopyranⅠ修饰的短肽体系中,我们还发现Spriopyranl-D-Ala-D-Ala形成的水凝胶还可以与万古霉素通过分子识别而实现智能化响应,从而使得该水凝胶成为具有光/分子识别双重响应性能的智能型超分子体系。论文第二部分主要将二肽分子以及一些功能性短肽分子用光活性的2,5-二芳基四氮唑类分子进行修饰,构建了一系列光敏性的短肽分子。我们主要合成了两种类型的四氮唑类短肽分子,通过将其与合成短肽分子的氮端相连,我们得到在光诱导下可以与烯烃发生快速1,3-偶极环加成反应的光敏性短肽分子。我们对这些短肽分子的自组装性质进行了研究,发现与四氮唑相连的氨基酸对其成胶性能有较大的影响,与四氮唑相连的氨基酸为丙氨酸时,不利于其自组装形成水凝胶。我们认为丙氨酸上的甲基影响了其分子间的氢键及π-π堆积的平衡,从而不利于其自组装。在四氮唑分子与短肽片段间插入连接片段如丁二酸等,可得到多种在不同的酸碱性及一定浓度下具有形成超分子水凝胶能力的取代短肽分子。通过扫描电镜观测到这些二芳基四氮唑分子取代的短肽分子可自组装形成交织的纳米纤维结构。光敏性测试则显示TetⅡ类型的四氮唑取代的短肽与烯烃在光诱导下的反应速率比TetⅠ类型的四氮唑取代的短肽分子要快,因而更加适于构建光敏水凝胶。论文还对其他的光敏分子用于构建光敏性短肽及其应用开展了探索性的工作,包括具有光致顺反异构化性质的偶氮苯结构单元取代的二肽小分子,及具有光致离去性能的“笼分子”修饰的的光敏性短肽。我们研究了pH及盐效应对基于偶氮苯类取代的二肽分子的自组装性质影响,发现较低的pH以及较高的盐浓度对其自组装是有利的。而对“笼分子”修饰的光敏性短肽,对其成胶测试结果显示此类化合物对碱比较敏感,即在碱性条件下会发生酯的水解,从而使得结构受到破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 光敏有机分子简介
• 1.1.1 含光致离去基团的"笼分子"
• 1.1.2 光诱导产生可逆结构或构型变化的分子
• 1.1.3 可发生"photo-click"反应的2,5-二芳基四氮唑类分子
• 1.2 水凝胶概述
• 1.3 多肽超分子水凝胶
• 1.4 论文立题依据
• 参考文献
• 第二章 基于吲哚啉螺吡喃修饰短肽的光敏超分子水凝胶体系的研究
• 2.1 结果与讨论
• 2.1.1 吲哚啉螺吡喃类二肽分子的合成
• 2.1.2 吲哚啉螺吡喃类二肽分子的自组装性质研究
• 2.1.3 吲哚啉螺吡喃类二肽分子形成水凝胶的形貌
• 2.1.4 吲哚啉螺吡喃类二肤分子形成水凝胶的圆二色谱
• 2.1.5 吲哚啉螺吡喃类二肽分子形成水凝胶的光敏性
• 2.1.6 SPⅠ-D-Ala-D-Ala形成水凝胶的分子识别功能
• 2.1.7 功能性吲哚啉螺吡喃类短肽的合成及性质研究
• 2.1.8 本章小结
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 吲哚啉螺吡喃类（SPⅠ）二肽分子的合成
• 2.2.3 吲哚啉螺吡喃类（SPⅡ）二肽分子的合成
• 2.2.4 吲哚啉螺吡喃类二肽水凝胶的制备
• 2.2.5 吲哚啉螺吡喃类二肽水凝胶的性能测试
• 2.2.6 SPⅠ类型二肽分子水凝胶的光敏性测试
• 2.2.7 SPⅠ-D-Ala-D-Ala形成水凝胶的分子识别功能
• 参考文献
• 第三章 基于二芳基四氮唑取代短肽的光敏自组装体系研究
• 3.1 结果与讨论
• 3.1.1 四氮唑类短肽的合成
• 3.1.2 四氮唑类短肽的自组装性质
• 3.1.3 四氮唑类短肽水凝胶的形貌
• 3.1.4 四氮唑类短肽水凝胶的光敏性
• 3.1.5 四氮唑类短肽水凝胶光照前后的荧光光谱
• 3.1.6 功能性四氮唑类短肽水凝胶
• 3.1.7 本章小结
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 四氮唑类短肽的合成
• 3.2.3 四氮唑类短肽与烯烃的光反应
• 3.2.4 四氮唑类短肽水凝胶的制备
• 3.2.5 四氮唑类短肽水凝胶的性能测试
• 3.2.6 四氮唑类短肽的光敏性测试
• 3.2.7 HPLC对四氮唑类短肽的光敏性的监测
• 3.2.8 光照前后荧光光谱的测定
• 参考文献
• 第四章 偶氮苯类二肽小分子的合成及自组装性质研究
• 4.1 结果与讨论
• 4.1.1 偶氮苯类二肽小分子的设计与合成
• 4.1.2 偶氮苯类二肽小分子的自组装性质研究
• 4.1.3 本章小结
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 偶氮苯类二肽分子的合成
• 4.2.3 基于偶氮苯乙酸取代短肤分子的水凝胶的制备
• 4.2.4 四氮唑类短肽水凝胶的性能测试
• 参考文献
• 第五章 基于光致离去基团取代的光敏短肽的合成与自组装性质研究
• 5.1 结果与讨论
• 5.1.1 光致离去基团取代短肽分子的合成
• 5.1.2 基于笼分子的短肽的自组装性质测试
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器与试剂
• 5.2.2 基于笼分子短肽的合成
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间已发表及待发表论文及专利
• 附图